單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)

1、第四章第四章 單片機系統(tǒng)擴展技術(shù)單片機系統(tǒng)擴展技術(shù) 第一節(jié) 系統(tǒng)擴展概述 一、單片機典型擴展方法一、單片機典型擴展方法 通過系統(tǒng)總線將各擴展部件連接起來，以使各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信號。 二、單片機系統(tǒng)總線構(gòu)造二、單片機系統(tǒng)總線構(gòu)造 總線是連接計算機各部件的一組公共信號線，按其功能通常分為地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)。 DB：P0口。AB：P2、P0口。 P0P0口是分時復(fù)用分時復(fù)用的雙向數(shù)據(jù)總線雙向數(shù)據(jù)總線和低低8 8位地址總線位地址總線，增加一個8位鎖存器，通過對鎖存器的控制實現(xiàn)對地址（低8位）和數(shù)據(jù)的分離。地址鎖存器地址鎖存器74LS373真值表： OE

2、G D Q L H HH L H LL L L 不變 H 高阻 CB：控制信號線 。ALE：地址鎖存選通信號（高電平有效）。PSEN：擴展程序存儲器（外部ROM）讀選通信號（低電平有效）。EA：內(nèi)外程序存儲器的選擇信號（低電平有效）。RD和WR：擴展外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的讀、寫選通信號（低電平有效）。第二節(jié) 存儲器的擴展一、典型RAM和ROM芯片介紹隨機存儲器（RAM）：讀寫兩種操作，分為靜態(tài)（SRAM）和動態(tài)（DRAM）兩種?？删幊蘎OM（PROM）：內(nèi)容只能寫一次。可改寫ROM（EPROM）：紫外線擦除?？筛膶慠OM（EEPROM）：）：電擦除?？觳翆慠OM：flashROM。6116

3、-2K SRAM6116-2K SRAM6116引腳功能A0A10地址線 CE選片 OE讀D0D7數(shù)據(jù)線A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccA8A9WEOEA10CED7D6D5D4D36116寫 WE2732-4K EPROM2732-4K EPROM27322732引腳功能引腳功能A0-A11地址線 CE選片 OE/Vpp輸出允許/編程電源O0-O7數(shù)據(jù)線A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GNDVccA8A9A11OE/VppA10CEO7O6O5O4O32732二、存儲器擴展的基本方法1、存儲器擴展的基本問題。 擴展容量：16根地址線最大可擴展到64K。 擴

4、展要解決的問題：地址線、擴展芯片在64K范圍內(nèi)所占的地址范圍。 存儲器擴展的編址：存儲芯片片的選擇、片內(nèi)單元的編址。 選擇芯片的方法：片選技術(shù)。2、存儲器擴展的片選技術(shù)片選兩種方法: 線選法線選法和片選法。片選法。（1）線選法 線選法用低位地址線對片內(nèi)的存儲單元低位地址線對片內(nèi)的存儲單元進行尋址進行尋址，用余下的高位地址線分別接至余下的高位地址線分別接至芯片的片選端芯片的片選端，以區(qū)分各芯片的地址范圍。線選法擴展存儲器的缺點： 各芯片間地址不連續(xù)。 有相當(dāng)數(shù)量的地址不能使用。eg1 擴展三片2K存儲芯片（6116），試用線選法給出接線圖和地址。編址： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P

5、2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7P0.0 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A01號片 00 1 10 0 0 0 00H 00 1 10 1 1 1 FFH2號片 00 1 01 0 0 0 00H 00 1 01 1 1 1 FFH3號片 00 0 11 0 0 0 00H 0 0 0 11 1 1 1 FFH地址范圍：1# 3000H37FFH 2# 2800H2FFFH 3# 1800H1FFFH（2）片選法 將低位地址總線直接連至各芯片的地址線,將高位地址總線經(jīng)地址譯碼器譯碼后作為各芯片的片選信號。 一般使用2/4譯碼器、3/8譯碼器，對P2口高位地址線進

6、行譯碼，適用于大規(guī)模擴展。 74LS138譯碼器的引腳圖、真值表ABCG2AG2BGY7GNDVccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y61 162 153 144 135 126 117 108 9 eg2 擴展三片2K存儲芯片（6116），試用片選法給出接線圖和地址。編址：P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7P0.0 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7A01號片 00 0 00 0 0 0 00H 00 0 00 1 1 1 FFH2號片 00 0 01 0 0 0 00H 00 0 01 1 1 1 FFH3號片 00 0 10 0

7、 0 0 00H 0 0 0 10 1 1 1 FFH地址范圍： 1# 0000H07FFH 2# 0800H0FFFH 3# 1000H17FFH擴展接線結(jié)構(gòu)如圖：三、存儲器擴展實例eg3 線選法擴展二片2K容量6116，一片4K容量2716。2716：0000H07FFH 6116（1）：0000H07FFH6116（2）：0800H0FFFH第三節(jié) I/O接口的擴展一、 I/O接口技術(shù)概述1.CPU和外部設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送特點外部設(shè)備工作速度差異很大。慢速設(shè)備：開關(guān)、繼電器等；快速設(shè)備：磁盤等。CPU無法按固定時序協(xié)調(diào)各方的工作。外部設(shè)備種類繁多：機械式、機電式、電子式。外部設(shè)備數(shù)據(jù)信號多

8、樣化：電壓信號、電流信號、數(shù)字量、模擬量等。外部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送有近距離、遠距離。2.接口電路主要功能 速度協(xié)調(diào) 數(shù)據(jù)鎖存 三態(tài)緩沖 總線隔離技術(shù)總線隔離技術(shù)：任一時刻，只允許一個數(shù)據(jù)源使用數(shù)據(jù)總線。其余數(shù)據(jù)源都和數(shù)據(jù)總線隔離。隔離。 信號轉(zhuǎn)換3.I/O數(shù)據(jù)傳送方式 無條件傳送方式 外部設(shè)備總是處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，無須測試，隨時可以傳送數(shù)據(jù)。 查詢方式 有條件數(shù)據(jù)傳送，I/O操作之前，檢查I/O設(shè)備狀態(tài)，確認(rèn)已為輸入輸出作好準(zhǔn)備，實行數(shù)據(jù)傳送。 中斷方式二、簡單I/O擴展 簡單輸入口的擴展 解決的是數(shù)據(jù)輸入的緩沖問題。 利用三態(tài)緩沖器可以實現(xiàn)，當(dāng)輸入設(shè)備被選通時使數(shù)據(jù)總線與數(shù)據(jù)源連通；當(dāng)輸入設(shè)備未

9、被選通時把數(shù)據(jù)總線與數(shù)據(jù)源隔離。 簡單輸出口的擴展 實現(xiàn)數(shù)據(jù)保持。 輸出口的擴展通常使用鎖存器芯片。三、可編程并行接口芯片 可編程I/O擴展：還具有狀態(tài)寄存狀態(tài)寄存和命令寄存命令寄存功能，通過軟件編程方式，確定擴展芯片的工作方式。 典型芯片：8255A，81551可編程并行接口8255A結(jié)構(gòu)201918171615141312111098765543212122232425262728293031323334353637383940A825521032104567010123PBPBPBPCPCPCPCPCPCPCPCAAGNDCSRDPAPAPAPA34567765432107654PBPB

10、PBPBPBVccDDDDDDDDRESETWRPAPAPAPA引腳功能： CS：片選信號（低電平有效） RD：讀信號（低電平有效） WR：寫信號（低電平有效） A0、A1：端口選擇信號 RESET：復(fù)位信號（高電平有效） D0D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總路線 PA：8位I/O口 PB：8位I/O口 PC：8位I/O口 Vcc ：電源+5V GND；地8255A的端口尋址和操作10000000CS 1100100A1 1010010A0 1111000RD 0000111WR/CBACBA控制寄存器控制寄存器選中端口選中端口高阻抗高阻抗寫控制字寫控制字口口寫寫口口寫寫口口寫寫口口讀讀口口讀讀口口讀讀操

11、作操作CBACBA8255A工作方式方式方式0：基本輸入：基本輸入/輸出方式輸出方式 兩個8位口PA、PB及兩個4位口，輸入/輸出的任意組合。 適用于無條件數(shù)據(jù)傳輸。也可以對C口進行位操作。以C口某一位狀態(tài)，實現(xiàn)查詢方式數(shù)據(jù)傳送。方式方式1：選通輸入：選通輸入/輸出方式（應(yīng)答輸出方式（應(yīng)答I/O方式）方式） PA、PB用于數(shù)據(jù)輸入/輸出，PC為數(shù)據(jù)傳送聯(lián)絡(luò)信號。方式方式2：雙向數(shù)據(jù)傳送方式：雙向數(shù)據(jù)傳送方式 只有PA，能選擇該工作方式，適用PC5位口線作控制線。PA工作于方式2下，則PB只能工作在方式0。PC口聯(lián)絡(luò)信號定義01234567PCPCPCPCPCPCPCPCINTRBIBFBSTB

12、BINTRASTBAIBFA輸入輸入INTRBOBFBACKBINTRAACKAOBFA輸出輸出INTRASTBAIBFA輸入輸入INTRAACKAOBFA輸出輸出口口C1方方式式2方方式式數(shù)據(jù)輸入STB：選通脈沖（輸入），低電平有效。IBF：輸入緩沖器滿信號（輸出），高電平有效。此信號有效，數(shù)據(jù)已裝入8255A鎖存器。狀態(tài)信號狀態(tài)信號INTR：中斷請求信號（輸出），高電平有效。當(dāng)IBF為高電平，信號由低變高，中斷請求信號有效。STBIBFINTR數(shù)據(jù)輸出ACK：外設(shè)響應(yīng)信號（輸入），低電平有效。當(dāng)外設(shè)取走數(shù)據(jù)，并處理完，向單片機發(fā)回響應(yīng)信號。OBF：輸出緩沖器滿信號（輸出），低電平有效。狀態(tài)

13、信息狀態(tài)信息。輸出數(shù)據(jù)寫入8255A鎖存器后，信號有效，啟動外設(shè)接收數(shù)據(jù)。INTR：中斷請求信號（輸出），高電平有效。ACKOBFINTR8255A控制字工作方式控制字工作方式控制字11AA01 C口低半字節(jié)輸入1 ，輸出0B口：輸入1 ，輸出0方式選擇0：方式0，1：方式1組組B2D1D0D7D6D5D4D3D方式選擇00方式0，01方式1，1方式2C口高半字節(jié)輸入1，輸出0A口：輸入1，輸出0組組A設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效C口位置位/復(fù)位控制字 C口位置位/復(fù)位控制字一種對C口的位操作命令，直接把C口的某位置成1或清0。特征是最高位為0。MCS-51和8255A的接口方法 下圖為MCS-5

14、1和8255A的一種接口邏輯。PA口、PB口、PC口、控制口的地址分別為：7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。2. RAM/IO擴展器81558155片內(nèi)資源： 256B的靜態(tài)RAM 兩個可編程的8位并行口PA、PB 一個可編程的6位并行口PC 一個可編程的14位減法計數(shù)器TC8155結(jié)構(gòu)引腳功能：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線 I/O口地址或RAM單元地址，ALE下降沿觸發(fā)鎖存8位地址。ALE：地址鎖存信號 ALE的下降沿將P0口輸出的低8位地址信息、8155的CE和IO/M的狀態(tài)鎖存到8155內(nèi)部寄存器。IO/M：I/O與RAM選擇信號 0：對RAM進行讀寫；1：對I/O進行讀

15、寫CE：片選信號RD、WR：讀、寫選通信號TIME IN、TIME OUT：定時計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入和輸出引腳。 PA、PB：兩個8位口，編程選定輸入輸出方式PC口：6位輸入/輸出口。在A口和B口以選通方式(中斷方式)進行數(shù)據(jù)傳送時，PC口提供聯(lián)絡(luò)信號。各聯(lián)絡(luò)信號的定義 543210PCPCPCPCPCPC輸出輸出輸出輸出輸出輸出ASTBABFAINTRBSTBBBFBINTRASTBABFAINTR控制端口控制端口PA控控制制端端口口PB,PA8155的命令/狀態(tài)寄存器命令寄存器命令寄存器：8位寄存器（鎖存器）定義8155的工作方式。狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器：7位寄存器（鎖存器）鎖存I/O口和定

16、時/計數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)。 兩寄存器用一個口地址一個口地址，命令寄存器命令寄存器只能寫入，狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器只能讀出。PAPB1PC2PCIEAIEB1TM2TM：輸出：輸出輸入輸入1:000：A、B基本I/O，C輸入；01：A、B基本I/O，C輸出；10：A選通I/O，B基本I/O；11：A、B選通I/OA中斷允許，1允許B中斷允許，1允許定時器工作方式00：不影響計數(shù)器工作01：停止計數(shù)10：達到計數(shù)值停止11：啟動計數(shù)8155命令字格式命令字格式8155狀態(tài)字格式INTR：A口中斷請求標(biāo)志；BF：緩沖器滿標(biāo)志；INTE：A口、B口中斷允許標(biāo)志；TIMER：定時器/計數(shù)器中斷請求標(biāo)志。AIN

17、TRABFAINTEBINTRBBFBINTETIMER RAM單元及單元及I/O口編址口編址 通過8位地址線AD0AD7進行編址，通過IO/M 端口的電平，確定當(dāng)前尋址是RAM還是I/O口。 6個可尋編址I/O端口1100002AD0011001AD1010100AD位位計數(shù)器高計數(shù)器高定時定時位位計數(shù)器低計數(shù)器低定時定時口口口口口口狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器命令命令選擇選擇8/8/PCPBPA/8155與與MCS-51單片機連接單片機連接8155和MCS-51兼容信號有：AD0AD7、ALE、RESET、 、 ?？梢灾苯酉噙B。RDWR當(dāng)P0.7P0.3=00000對應(yīng)6個可編址端口。范圍00H0

18、7H。當(dāng)P0.7P0.3為其它組合時，對應(yīng)RAM，地址為08HFFH1M/IO 0AD7AD7 . 0P0 . 0P RESETWRRDALERESETWRRDALEM/IO80518155CEAD0PRESETWRRDALERESETWRRDALEM/IO80518155CE0 . 2P1 . 2PPAPBPC以高位地址直接作為 信號M/IO對8155使用16位編址當(dāng) 時，8155內(nèi)部RAM地址為：0000H00FFH；當(dāng) 時，8155端口地址為：0100H0105H1M/IO 0M/IO 8155的定時器的定時器/計數(shù)器計數(shù)器14位減法計數(shù)器位減法計數(shù)器兩個8位寄存器構(gòu)成27MD16MD135TD124TD113TD102TD91TD80TD77TD66TD55TD44TD33TD22TD11TD00TD輸出方式輸出