單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)

1、第四章第四章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù) 第一節(jié) 系統(tǒng)擴(kuò)展概述 一、單片機(jī)典型擴(kuò)展方法一、單片機(jī)典型擴(kuò)展方法 通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)將各擴(kuò)展部件連接起來(lái)，以使各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)。 二、單片機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)構(gòu)造二、單片機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)構(gòu)造 總線(xiàn)是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線(xiàn)，按其功能通常分為地址總線(xiàn)(AB)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)(DB)和控制總線(xiàn)(CB)。 DB：P0口。AB：P2、P0口。 P0P0口是分時(shí)復(fù)用分時(shí)復(fù)用的雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)和低低8 8位地址總線(xiàn)位地址總線(xiàn)，增加一個(gè)8位鎖存器，通過(guò)對(duì)鎖存器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)線(xiàn) 。ALE：地址鎖存選通信號(hào)（高電平有效）。PSEN：擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器（外部ROM）讀選通信號(hào)（低電平有效）。EA：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)（低電平有效）。RD和WR：擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的讀、寫(xiě)選通信號(hào)（低電平有效）。第二節(jié) 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展一、典型RAM和ROM芯片介紹隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）：讀寫(xiě)兩種操作，分為靜態(tài)（SRAM）和動(dòng)態(tài)（DRAM）兩種?？删幊蘎OM（PROM）：內(nèi)容只能寫(xiě)一次?？筛膶?xiě)ROM（EPROM）：紫外線(xiàn)擦除?？筛膶?xiě)ROM（EEPROM）：）：電擦除?？觳翆?xiě)ROM：flashROM。6116

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

4、展要解決的問(wèn)題：地址線(xiàn)、擴(kuò)展芯片在64K范圍內(nèi)所占的地址范圍。 存儲(chǔ)器擴(kuò)展的編址：存儲(chǔ)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(chǔ)器擴(kuò)展的片選技術(shù)片選兩種方法: 線(xiàn)選法線(xiàn)選法和片選法。片選法。（1）線(xiàn)選法 線(xiàn)選法用低位地址線(xiàn)對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元低位地址線(xiàn)對(duì)片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址進(jìn)行尋址，用余下的高位地址線(xiàn)分別接至余下的高位地址線(xiàn)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(xiàn)選法擴(kuò)展存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)： 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(kuò)展三片2K存儲(chǔ)芯片（6116），試用線(xiàn)選法給出接線(xiàn)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(hào)片 00 1 10 0 0 0 00H 00 1 10 1 1 1 FFH2號(hào)片 00 1 01 0 0 0 00H 00 1 01 1 1 1 FFH3號(hào)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(xiàn)直接連至各芯片的地址線(xiàn),將高位地址總線(xiàn)經(jīng)地址譯碼器譯碼后作為各芯片的片選信號(hào)。 一般使用2/4譯碼器、3/8譯碼器，對(duì)P2口高位地址線(xiàn)進(jìn)

6、行譯碼，適用于大規(guī)模擴(kuò)展。 74LS138譯碼器的引腳圖、真值表ABCG2AG2BGY7GNDVccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y61 162 153 144 135 126 117 108 9 eg2 擴(kuò)展三片2K存儲(chǔ)芯片（6116），試用片選法給出接線(xiàn)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(hào)片 00 0 00 0 0 0 00H 00 0 00 1 1 1 FFH2號(hào)片 00 0 01 0 0 0 00H 00 0 01 1 1 1 FFH3號(hào)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(kuò)展接線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖：三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)例eg3 線(xiàn)選法擴(kuò)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(kuò)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(diǎn)外部設(shè)備工作速度差異很大。慢速設(shè)備：開(kāi)關(guān)、繼電器等；快速設(shè)備：磁盤(pán)等。CPU無(wú)法按固定時(shí)序協(xié)調(diào)各方的工作。外部設(shè)備種類(lèi)繁多：機(jī)械式、機(jī)電式、電子式。外部設(shè)備數(shù)據(jù)信號(hào)多

8、樣化：電壓信號(hào)、電流信號(hào)、數(shù)字量、模擬量等。外部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送有近距離、遠(yuǎn)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(xiàn)隔離技術(shù)總線(xiàn)隔離技術(shù)：任一時(shí)刻，只允許一個(gè)數(shù)據(jù)源使用數(shù)據(jù)總線(xiàn)。其余數(shù)據(jù)源都和數(shù)據(jù)總線(xiàn)隔離。隔離。 信號(hào)轉(zhuǎn)換3.I/O數(shù)據(jù)傳送方式 無(wú)條件傳送方式 外部設(shè)備總是處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)，無(wú)須測(cè)試，隨時(shí)可以傳送數(shù)據(jù)。 查詢(xún)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(shí)行數(shù)據(jù)傳送。 中斷方式二、簡(jiǎn)單I/O擴(kuò)展 簡(jiǎn)單輸入口的擴(kuò)展 解決的是數(shù)據(jù)輸入的緩沖問(wèn)題。 利用三態(tài)緩沖器可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)輸入設(shè)備被選通時(shí)使數(shù)據(jù)總線(xiàn)與數(shù)據(jù)源連通；當(dāng)輸入設(shè)備未

9、被選通時(shí)把數(shù)據(jù)總線(xiàn)與數(shù)據(jù)源隔離。 簡(jiǎn)單輸出口的擴(kuò)展 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保持。 輸出口的擴(kuò)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(kuò)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(guò)軟件編程方式，確定擴(kuò)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(hào)（低電平有效） RD：讀信號(hào)（低電平有效） WR：寫(xiě)信號(hào)（低電平有效） A0、A1：端口選擇信號(hào) RESET：復(fù)位信號(hào)（高電平有效） D0D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總路線(xiàn) 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(xiě)控制字寫(xiě)控制字口口寫(xiě)寫(xiě)口口寫(xiě)寫(xiě)口口寫(xiě)寫(xiě)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(gè)8位口PA、PB及兩個(gè)4位口，輸入/輸出的任意組合。 適用于無(wú)條件數(shù)據(jù)傳輸。也可以對(duì)C口進(jìn)行位操作。以C口某一位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)查詢(xún)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(hào)。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(xiàn)作控制線(xiàn)。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(hào)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(mǎn)信號(hào)（輸出），高電平有效。此信號(hào)有效，數(shù)據(jù)已裝入8255A鎖存器。狀態(tài)信號(hào)狀態(tài)信號(hào)INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)（輸出），高電平有效。當(dāng)IBF為高電平，信號(hào)由低變高，中斷請(qǐng)求信號(hào)有效。STBIBFINTR數(shù)據(jù)輸出ACK：外設(shè)響應(yīng)信號(hào)（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(jī)發(fā)回響應(yīng)信號(hào)。OBF：輸出緩沖器滿(mǎn)信號(hào)（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(xiě)入8255A鎖存器后，信號(hào)有效，啟動(dòng)外設(shè)接收數(shù)據(jù)。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)（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(duì)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(kuò)展器81558155片內(nèi)資源： 256B的靜態(tài)RAM 兩個(gè)可編程的8位并行口PA、PB 一個(gè)可編程的6位并行口PC 一個(gè)可編程的14位減法計(jì)數(shù)器TC8155結(jié)構(gòu)引腳功能：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線(xiàn) 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(hào) 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(hào) 0：對(duì)RAM進(jìn)行讀寫(xiě)；1：對(duì)I/O進(jìn)行讀

15、寫(xiě)CE：片選信號(hào)RD、WR：讀、寫(xiě)選通信號(hào)TIME IN、TIME OUT：定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入和輸出引腳。 PA、PB：兩個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，PC口提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。各聯(lián)絡(luò)信號(hào)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(shí)/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)。 兩寄存器用一個(gè)口地址一個(gè)口地址，命令寄存器命令寄存器只能寫(xiě)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(shí)器工作方式00：不影響計(jì)數(shù)器工作01：停止計(jì)數(shù)10：達(dá)到計(jì)數(shù)值停止11：?jiǎn)?dòng)計(jì)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(qǐng)求標(biāo)志；BF：緩沖器滿(mǎn)標(biāo)志；INTE：A口、B口中斷允許標(biāo)志；TIMER：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求標(biāo)志。AIN

17、TRABFAINTEBINTRBBFBINTETIMER RAM單元及單元及I/O口編址口編址 通過(guò)8位地址線(xiàn)AD0AD7進(jìn)行編址，通過(guò)IO/M 端口的電平，確定當(dāng)前尋址是RAM還是I/O口。 6個(gè)可尋編址I/O端口1100002AD0011001AD1010100AD位位計(jì)數(shù)器高計(jì)數(shù)器高定時(shí)定時(shí)位位計(jì)數(shù)器低計(jì)數(shù)器低定時(shí)定時(shí)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(jī)連接單片機(jī)連接8155和MCS-51兼容信號(hào)有：AD0AD7、ALE、RESET、 、 ?？梢灾苯酉噙B。RDWR當(dāng)P0.7P0.3=00000對(duì)應(yīng)6個(gè)可編址端口。范圍00H0

18、7H。當(dāng)P0.7P0.3為其它組合時(shí)，對(duì)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(hào)M/IO對(duì)8155使用16位編址當(dāng) 時(shí)，8155內(nèi)部RAM地址為：0000H00FFH；當(dāng) 時(shí)，8155端口地址為：0100H0105H1M/IO 0M/IO 8155的定時(shí)器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器14位減法計(jì)數(shù)器位減法計(jì)數(shù)器兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成27MD16MD135TD124TD113TD102TD91TD80TD77TD66TD55TD44TD33TD22TD11TD00TD輸出方式輸出