存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)課件

1、 第六章 存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)集成了各種存儲(chǔ)器和I/O功能部件，但有時(shí)，在進(jìn)行較復(fù)雜過(guò)程的控制時(shí)，它自身的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。為此，應(yīng)擴(kuò)展其外部功能部件，這就是通常所說(shuō)的單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展問(wèn)題。 第六章 存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)集成一.MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)總線MCS-51系列單片機(jī)具有INTEL標(biāo)準(zhǔn)并行總線，可方便的與外圍設(shè)備進(jìn)行連接，是單片機(jī)外部擴(kuò)展的基礎(chǔ)?？偩€：所謂總線就是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線。MCS-51系列單片機(jī)使用的是并行總線結(jié)構(gòu)，按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組.6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址一.MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)總線6.1 MCS

2、-51系 6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址1.地址總線 地址總線用于傳送單片機(jī)發(fā)出的地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向傳輸?shù)摹?031一共有16位數(shù)據(jù)總線（P0,P2）。2.數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線用于在單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間或單片機(jī)與I/O之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線是雙向的，可以進(jìn)行兩個(gè)方向的傳送。8031共有8位數(shù)據(jù)總線（P0） 6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址1.地6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址3.控制總線 控制總線實(shí)際上就是一組控制信號(hào)線，包括單片機(jī)發(fā)出的，以及從其他部件傳送給單片機(jī)的。8031的控制總線ALE, PSEN,

3、 EA, RD和WR6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址3.控制6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址二.構(gòu)造8031系統(tǒng)總線 1.P0口作為低8位地址總線，由于P0口是分時(shí)作地址總線和數(shù)據(jù)總線，因此，需要增加一個(gè)8位地址鎖存器。 2.以P2口作為高8位地址總線，與P0口提供的低8位地址總線，構(gòu)成了完整的16位地址總線。 6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址二.構(gòu)造6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址 3.各控制信號(hào)線。除了地址線和數(shù)據(jù)線之外，還需要一些控制信號(hào)線，已構(gòu)成系統(tǒng)的控制總線，包括：（1）ALE 作為低8位地址鎖存控制信號(hào)（2）PSEN

4、作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)（3）EA 作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)（4）RD和WR 作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口 的讀選通、寫選通信號(hào)6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址 3.6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址三.存儲(chǔ)器地址空間分配 實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如何將64K空間分配給各個(gè)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，并且使各芯片之間一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，地址不發(fā)生重疊，從而避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，這就是存儲(chǔ)器地址空間的分配問(wèn)題。6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址三.存6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址 MCS-51單片機(jī)發(fā)出的地址是對(duì)應(yīng)的每一個(gè)

5、存儲(chǔ)單元的，對(duì)于外擴(kuò)外設(shè)的單片機(jī)系統(tǒng)而言，要完成存儲(chǔ)單元的選擇，必須要進(jìn)行兩步選擇： 一是必須選中該芯片，稱為片選 二是必須選擇該芯片的某一單元，稱為單元 選擇。 其中，片選都是運(yùn)用的高位線。6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址 6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址線選法線選法就是利用系統(tǒng)的高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：不需要加地址譯碼器，成本低，體積小。缺點(diǎn)：可尋址的芯片數(shù)目受到限制，地址空間不連續(xù)例如：用線選法擴(kuò)展4K的RAM(2片6116)6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址線選法6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址譯碼法譯碼法

6、就是使用譯碼器對(duì)單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器的譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：有效的利用存儲(chǔ)空間，使用于大容量多芯片的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。常用的譯碼器芯片：74LS138(3-8譯碼器)，74LS139（2-4譯碼器）6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址譯碼法6.1 MCS-51系列外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址例1：用譯碼法擴(kuò)展8片6264芯片（8K）例2 ：用譯碼法（74LS138）將64K字節(jié)的存儲(chǔ)空間全部劃分為每塊4K字節(jié)存儲(chǔ)空間，該如何劃分？練習(xí)6.1：如何用74LS138實(shí)現(xiàn)對(duì)每塊為2K存儲(chǔ)空間的劃分，畫(huà)出連接電路，寫出譯碼器輸出所對(duì)應(yīng)的地址范圍。6.1 MCS-51系列

7、外部總線結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)器編址例1： 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器（ROM）一旦寫入就不能隨意更改。 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展二、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法 1. 控制線的連接 ALE連接到地址鎖存器（74LS373）的 鎖存允許端（G） PSEN連接到程序存儲(chǔ)器的OE端 EA現(xiàn)在一般的情況是懸空 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展二、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò) 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展2.數(shù)據(jù)線的連接 程序存儲(chǔ)器8位數(shù)據(jù)線D0D7連接到單片機(jī)的P0口。3.地址線的連接 根據(jù)存儲(chǔ)器容量的大小，將存儲(chǔ)器的低8位地址與鎖存器的輸出端相連接，將存儲(chǔ)器的高8位地址線連接

8、到單片機(jī)的P2口。 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展2.數(shù)據(jù)線的連接 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展例3：用27C256（32K）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。例4：用譯碼法擴(kuò)展4片27128（16K）程序存儲(chǔ)器 6.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展例3：用27C 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有128256B的RAM, 在實(shí)際工作中，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量需要較大時(shí)，就必須通過(guò)并行總線擴(kuò)展外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法大致相同，地址線和數(shù)據(jù)線的連接方法與程序存儲(chǔ)器的連接方法一致，不同的是控制信號(hào)線的連接 6

9、.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制信號(hào)的連接單片機(jī)的讀控制線RD連接到存儲(chǔ)器的輸出允 許線OE，用于讀操作單片機(jī)的寫控制線WR連接到存儲(chǔ)器的寫入允 許線WE，用于寫操作。單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)PSEN懸空不用 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1.外部數(shù) 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展例6: 用線選法擴(kuò)展3片6264（8K），并分析每一片6264所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間。例7：用譯碼法擴(kuò)展4片62128（16K），并分析每一片62128所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間。 6.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展例6: 用線選法 6.4 存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展實(shí)際單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常既需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器

10、，又需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。擴(kuò)展的方法：只需要根據(jù)各自控制總線的特點(diǎn)，將其“掛”接到三總線上即可。例8：擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器一片27C256(32K),和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一片6264（8K） 6.4 存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展實(shí)際單片機(jī)應(yīng)用 6.4 存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展例9：采用譯碼法擴(kuò)展2片8K的程序存儲(chǔ)器（2764）和2片8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（6264）。 6.4 存儲(chǔ)器的綜合擴(kuò)展例9：采用譯碼8.4 I/O口的擴(kuò)展 MCS-51系列單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口。在實(shí)際應(yīng)用中只有P1可以作為單純的I/O口。因此必須作I/O口的擴(kuò)展。8.4 I/O口的擴(kuò)展8.4 I/O口的擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)中采用簡(jiǎn)單的TTL電路可以直接傳送并行數(shù)

11、據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的I/O口的擴(kuò)展。采用74LS244作擴(kuò)展輸入。采用74LS273作擴(kuò)展輸出。8.4 I/O口的擴(kuò)展8.5 綜合功能的擴(kuò)展8.5.1 8155擴(kuò)展 8155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片，共有3個(gè)部分組成：256個(gè)字節(jié)的內(nèi)部RAM;一個(gè)14位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；3個(gè)可編程的I/O口8.5 綜合功能的擴(kuò)展8.5.1 8155擴(kuò)展8.5 綜合功能的擴(kuò)展一、8155的引腳和結(jié)構(gòu)8.5 綜合功能的擴(kuò)展一、8155的引腳和結(jié)構(gòu)8.5 綜合功能的擴(kuò)展二、8155的I/O地址及RAM編址8.5 綜合功能的擴(kuò)展二、8155的I/O地址及RAM編8.5 綜合功能的擴(kuò)展三、8155的寄存器（1）

12、命令寄存器 8155只有一個(gè)控制字，命令寄存器決定A口、B口、C口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及功能。其位格式為：8.5 綜合功能的擴(kuò)展三、8155的寄存器8.5 綜合功能的擴(kuò)展PA：決定A口的工作方式 PA=0，A口為輸入方式； PA=1，A口為輸出方式。PB：決定B口的工作方式。 PB=0，B口為輸入方式； PB=1，B口為輸出方式。8.5 綜合功能的擴(kuò)展PA：決定A口的工作方式8.5 綜合功能的擴(kuò)展PC2、PC1：決定PC口的工作方式。 PC2PC1 （ALT1）=00，A口、B口為基本輸入/輸出，C口為基本輸入口； PC2PC1 （ALT2）=01，A口、B口為基本輸入/輸出，C口為基本

13、輸出口； PC2PC1 （ALT3）=10，A口為選通輸入/輸出口， B口為基本輸入/輸出口； PC2PC1 （ALT4）=11，A口、B口為選通輸入/輸出口。8.5 綜合功能的擴(kuò)展PC2、PC1：決定PC口的工作方8.5 綜合功能的擴(kuò)展IEA：A口中斷允許位。 IEA=1允許A口中斷， IEA=0禁止A口中斷。IEB：B口中斷允許位。 IEB=1允許B口中斷， IEB=0禁止B口中斷。8.5 綜合功能的擴(kuò)展IEA：A口中斷允許位。8.5 綜合功能的擴(kuò)展TM2、TM1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器命令。 TM2TM1=00，空操作，不影響計(jì)數(shù)器操作； TM2TM1=01，停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)； TM2TM1=10，

14、定時(shí)/計(jì)數(shù)器長(zhǎng)度減為0時(shí)停止計(jì)數(shù)； TM2TM1=11， 連續(xù)方式，當(dāng)計(jì)數(shù)器賦予初值后，立即啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；若正在計(jì)數(shù)，則置新的方式和長(zhǎng)度，計(jì)數(shù)結(jié)束后按新的方式和新的時(shí)間常數(shù)計(jì)數(shù)。8.5 綜合功能的擴(kuò)展TM2、TM1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器命令。8.5 綜合功能的擴(kuò)展（2）狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器由7位寄存器組成，其中6位用于表示A口和B口的狀態(tài)，1位表示定時(shí)/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。此寄存器為只讀寄存器其位格式為：8.5 綜合功能的擴(kuò)展（2）狀態(tài)寄存器8.5 綜合功能的擴(kuò)展INTRA：A口中斷請(qǐng)求位。BFA：A口緩沖器滿標(biāo)志位。INTEA：A口中斷允許位。INTRB：B口中斷請(qǐng)求位。BFB：B口緩沖器滿標(biāo)志位。INTEB：B口中斷允許位。TIMER：定時(shí)中斷請(qǐng)求位。8.5 綜合功能的擴(kuò)展INTRA：A口中斷請(qǐng)求位。8.5 綜合功能的擴(kuò)展四、8155的定時(shí)/計(jì)數(shù)器8.5 綜合功能的擴(kuò)展四、8155的定時(shí)/計(jì)數(shù)