單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展總線

1、. . . . 6.4 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展總線 1. MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)特點(diǎn)擴(kuò)展都是通過(guò)接口來(lái)擴(kuò)展，需要注意I/O口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 I/O口的復(fù)用和多用 I/O口的復(fù)用：由于受到引腳數(shù)限制，P0口復(fù)用，既作低8位地址線，又作數(shù)據(jù)線，但分時(shí)使用，用ALE信號(hào)鎖存切換。 I/O口的多用：P3口可作通用I/O口，在擴(kuò)展時(shí)，具有“第二功能”。 P3.0 RXD P3.2 INT0 P3.4 T0 P3.6 WR P3.1 TXD P3.3 INT1 P3.5 T1 P3.7 RD產(chǎn)生接口控制信號(hào)的指令 MCS-51無(wú)I/O專用指令，把I/O寄存器看成存儲(chǔ)器的一部分，所以對(duì)I/O寄存器的操作都用數(shù)據(jù)傳

2、輸指令。輸入指令 MOV A,P1 MOV Ri,P1 MOV Rn,P1 MOV direct,P1 MOVX A,Ri MOVX A,DPTR輸出指令 MOV P1,A MOV P1,Ri MOV P1,Rn MOV P1,direct MOVX Ri,A MOVX DPTR,A 2. 擴(kuò)展總線由于數(shù)據(jù)線與低8位地址線復(fù)用P0口,為了把它們分離與片外芯片相連，通常要加鎖存器才能構(gòu)成總線結(jié)構(gòu)。 6.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 1. EPROM擴(kuò)展 (1) 程序存儲(chǔ)器有獨(dú)立的地址空間(0000HFFFFH)，可尋址圍64 kB。程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用地址總線和數(shù)據(jù)總線 (2) 對(duì)片有 ROM/EPRO

3、M 的單片機(jī)，片 ROM 與片外ROM采用一樣的操作指令，片與片外程序存儲(chǔ)器的選擇靠硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即由EA的高低電平來(lái)選擇。 (3) 雖然程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址重疊，但不會(huì)發(fā)生沖突。因?yàn)槌绦虼鎯?chǔ)器使用單獨(dú)的控制信號(hào)和指令，用PSEN作為讀操作信號(hào)，讀取數(shù)據(jù)用MOVC查表指令。而讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用RD信號(hào)和MOVX指令， (4) 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片程序存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)所使用的EPROM芯片數(shù)量越來(lái)越少，因此地址選擇大多采用線選法，而不用地址譯碼法。 2. RAM擴(kuò)展 MCS-51 系列單片機(jī)的片RAM只有 128字節(jié)(51型)或256字節(jié) (52型) ，如果還不能滿

4、足應(yīng)用要求，就需要進(jìn)行RAM擴(kuò)展，擴(kuò)展時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： (1) RAM與EPROM地址空間重疊(0000HFFFFH)，尋址圍都為64 kB，但由于使用不同的控制信號(hào)和指令，RAM使用RD/WR控制線讀/寫，而 EPROM用PSEN作為讀操作控制線，故共用地址總線和數(shù)據(jù)總線不會(huì)發(fā)生沖突。 (2) IO與外圍接口與RAM實(shí)行統(tǒng)一編址，即任何擴(kuò)展的IO口與外設(shè)均占用RAM地址空間。 (3) 訪問(wèn)部RAM和外部RAM，應(yīng)選用不同的指令。當(dāng)訪問(wèn)部RAM時(shí)，使用MOV指令，可用寄存器間接尋址或直接尋址 MOV A，Ri/directMOV Ri/direct，A ( i0，1)當(dāng)訪問(wèn)外部RAM時(shí)，只能

5、使用MOVX指令和寄存器間接尋址。兩種情況·若訪問(wèn)外部RAM的首頁(yè)，即前256字節(jié)，可用下述兩條指令： MOVX A，Ri MOVX Ri，A ( i0，1)·若訪問(wèn)整個(gè)64 k外部RAM ，則應(yīng)用下述兩條指令： MOVX A，DPTR MOVX DPTR，A若當(dāng)前DPTR數(shù)據(jù)指針另有它用，又需訪問(wèn)整個(gè)64 k外部RAM，這時(shí)低8位地址仍用Ri ( i0或1)寄存器間接尋址，而高8位可采用預(yù)先通過(guò)P2口輸出地址碼的方法。例如： MOV P2，#02H ；P2口預(yù)置高位字節(jié)地址02H MOV R1，#25H ；低8位地址25H送R1 MOVX A，R1 ；將0255H容送A或

6、 MOVX R1，A ；將A容送0255H單元 3. 片選方法與其地址空間在一個(gè)較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)中，有時(shí)需擴(kuò)展多片存儲(chǔ)器。多片擴(kuò)展時(shí)，各片的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線都并行掛接在系統(tǒng)三總線上，但每片的片選信號(hào)CE要分別處理。產(chǎn)生片選控制信號(hào)的方法有兩種，即線選法和譯碼法。 (1) 線選法 所謂線選法，即用所需的低位地址線進(jìn)行片存儲(chǔ)單元尋址，余下的高位地址線可分別作不同芯片的片選信號(hào)，當(dāng)某芯片對(duì)應(yīng)的片選地址線輸出有效電平時(shí)，該芯片被選中，作選通操作。下圖為采用線選法擴(kuò)展3片2764A的電路原理圖。從圖可知，擴(kuò)展3片2764A除CE片選信號(hào)外，其余完全同8031擴(kuò)展一片2764A的電路設(shè)計(jì)。圖中三片2

7、764A的三個(gè)片選端CE分別與8031的高位地址線P2.5、P2.6和P2.7相連。當(dāng)A13、Al4、A15分別為低電平時(shí)，選中對(duì)應(yīng)的2764A芯片。因此三片存儲(chǔ)器各片的地址圍是：2764A(1)地址圍：C000HDFFFH2764A(2)地址圍：A000HBFFFH2764A(3)地址圍：6000H 7FFFH由此可見(jiàn)，該擴(kuò)展系統(tǒng)的3片2764A，占用了全部16根地址總線，但尋址的圍之和卻只有24 KB，且地址圍不連續(xù)。實(shí)際上浪費(fèi)了較大的地址空間。因此線選法適用于系統(tǒng)中存儲(chǔ)器和接口資源較少的情況。 譯碼法所謂譯碼法是指由低位地址線進(jìn)行片尋址，高位地址線經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼產(chǎn)生不同芯片的片選信號(hào)。譯

8、碼法又分為全譯碼和部分譯碼兩種方式。全譯碼方式是將所余的高位地址線全部參與譯碼，即作為譯碼器的輸入線，譯碼器的輸出作為片選線。在全譯碼片選方式下，每個(gè)芯片的地址圍是唯一的，不存在地址重疊問(wèn)題。部分譯碼方式是取所余高位地址線中的部分線參與譯碼，譯碼器的輸出作片選線。這種方式下，由于未參與譯碼的高位地址線狀態(tài)是不確定的，使得各芯片的地址不唯一，存在著地址重疊。在譯碼法中，常用譯碼器有74LSL38和74LS139等。 74LS138是“3-8”譯碼器，有3個(gè)選擇輸入端，對(duì)應(yīng)8種輸入狀態(tài)。輸出端有8個(gè)，每個(gè)輸出端分別對(duì)應(yīng)8種輸入狀態(tài)中的1種，低電平有效，即對(duì)應(yīng)某一種輸入狀態(tài)，僅允許1個(gè)輸出端為低電平

9、，其余全為 l 。另外還有3個(gè)片選控制引腳 G1、G2A和 G2B，只有當(dāng)同時(shí)滿足G11、G2A0和 G2B0時(shí)，才能選通譯碼器，否則譯碼器無(wú)輸出有效。 74LS139是雙“2-4”譯碼器，每個(gè)譯碼器僅有1個(gè)片選端1/2G，低電平選通；有2個(gè)選擇輸入(A、B)，4個(gè)譯碼輸出(Y0Y3 )，輸出低電平有效。 這是采用74LS139譯碼器擴(kuò)展3片2764A的電路原理圖。6.6 并行接口擴(kuò)展在應(yīng)用系統(tǒng)中，通常需要使用較多的鍵盤和LED數(shù)碼管顯示器，就需要擴(kuò)展IO口來(lái)實(shí)現(xiàn)。 MCS-51單片機(jī)有32根I/O線，如果P0P2口已用于擴(kuò)展，用戶只能用P1和部分P3口作為I/O線，不夠用就需要擴(kuò)展I/O口。

10、按 MCS-51 的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展的 IO 口采取與外部 RAM統(tǒng)一編址方法，即兩者合用64 k地址空間。因此，CPU可以像訪問(wèn)外部RAM那樣訪問(wèn)外部IO口，對(duì)IO口進(jìn)行輸入輸出操作。 IO口擴(kuò)展芯片主要有通用可編程并行接口芯片和TTL、CMOS鎖存器、緩沖器電路芯片兩大類。常用的可編程并行接口芯片有 8255 可編程并行接口:含三個(gè)8位并行接口PA、PB和PC口。 8155/56 （CE/CE）可編程多功能接口:含三個(gè)并行接口PA(8)、PB(8)和PC(6)口 256個(gè)字節(jié)SRAM和1個(gè)14位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8155可編程并行IO接口的擴(kuò)展 18155的引腳與部結(jié)構(gòu) 8155芯片為40引腳雙列

11、直插封裝，單一的+5V電源，其引腳與部結(jié)構(gòu)如圖所示。 AD7AD0：三態(tài)地址/數(shù)復(fù)用總線。與單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線(P0口)相連。 IOM：IO口或RAM選擇信號(hào)。當(dāng)IOM1時(shí)，選擇8155的IO口，AD7AD0上的地址為IO口地址。當(dāng)IOM0時(shí)，則選擇8155的片RAM，AD7AD0上的地址為8155中RAM單元地址 (00HFFH)。 CE：片選信號(hào)，低電平有效。 ALE：地址鎖存信號(hào)。8155部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息與CE，IOM的狀態(tài)都鎖存到8155部鎖存器。因此P0口輸出的低8位地址信號(hào)不需要外接鎖存器。 RD：讀選通信號(hào)，控制對(duì)81

12、55的讀操作。 WR：寫選通信號(hào)，控制對(duì)8155的寫操作。 PA 7PA0：8位通用IO口，其輸入輸出的流向可由程序控制。 PB7PB0：8位通用IO口，功能同A口。 PC5PC0：既可作6位通用IO口，也可作為A口和B口的控制信號(hào)線，這些可通過(guò)程序控制。 RESET：復(fù)位信號(hào)。該端施加大于640 ns的正脈沖時(shí)，將8155復(fù)位，復(fù)位后A口、B口、C口均置為輸入方式。 TIMER IN：定時(shí)計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。 TIMER OUT：定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出端。2. 8155的地址編碼與工作方式 8155部有7個(gè)寄存器，6個(gè)寄存器地址。當(dāng)CE=0、IO/M=1時(shí)，CPU對(duì)I/O口進(jìn)行讀寫，訪問(wèn)那個(gè)寄存器決定

13、于低3位地址A2 A1 A0。 A2 A1 A0 選中的寄存器地址 0 0 0 命令(寫入)/狀態(tài)(讀出)寄存器 00H 0 0 1 PA口 01H 0 1 0 PB口 02H 0 1 1 PC口 03H 1 0 0 定時(shí)器低8位 04H 1 0 1 定時(shí)器高8位 05H命令寄存器與狀態(tài)寄存器共用一個(gè)地址，命令寄存器只能寫入，狀態(tài)寄存器只能讀出。 命令寄存器：8位，只能寫入用 MOVDPTR,#XXXXXXXXXXXXX000B MOVA,#XXH MOVXDPTR,A D3D0 規(guī)定工作方式 D5、D4 分別規(guī)定PB口和PA口的中斷 D7、D6 用于控制計(jì)數(shù)器8155的A口、B口可工作于基本

14、IO方式或選通IO方式。C口可工作于基本IO方式，也可以作為A口、B口在選通工作方式時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)線。當(dāng)C口作為狀態(tài)控制信號(hào)時(shí)，其各位的作用如下： PC0：AINTR (A口中斷請(qǐng)求線) PC1：ABF (A口緩沖器滿信號(hào)) PC2：ASTB (A口選通信號(hào)) PC3：BINTR (B口中斷請(qǐng)求線) PC4：BBF (B口緩沖器滿信號(hào)) PC5：BSTB (B口選通信號(hào))在不同方式下，A口、B口與C口工作方式定義如下：PC2 PC1 工作方式 0 0 ALT1：C口為輸入，A口，B口為基本輸入/輸出。 1 1 ALT2：C口為輸出，A口，B口為基本輸入/輸出。 0 1 ALT3：A口為選通輸

15、入/輸出， B口為基本輸入/輸出。 PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為ASTB， PC3PC5為輸出。 1 0 ALT4： A口、B口為選通輸入/輸出。 PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為ASTB， PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為BSTB。 狀態(tài)寄存器：7位，只能讀出 8155的狀態(tài)寄存器，用于鎖存輸入/輸出口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。狀態(tài)寄存器端口地址與命令寄存器一樣，低8位也是00H，狀態(tài)寄存器的容只能讀出不能寫入。用MOVDPTR,#XXXXXXXXXXXXX000B MOVXA,DPTR狀態(tài)寄存器的格式如下圖所示。 8155的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8155部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，它對(duì)TIMER IN端輸入脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束 (即減1計(jì)數(shù)“回0”)時(shí)，由TIMER OUT端輸出方波或脈沖。當(dāng)TIMER IN接外部脈沖時(shí)，為計(jì)數(shù)方式；接系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可作為定時(shí)方式。 定時(shí)器控制分兩層：由寫入命令寄存器的控制字高兩位TM2和TM1決定啟動(dòng)、停止或裝入常數(shù)。由寫入計(jì)數(shù)器的兩個(gè)寄存器容決定計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和輸出方式。初值圍為0002H3FFFH。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器由兩個(gè)8位