單片機-08-并行擴展(沖突時的文件備份2015-11-17 00-59-45)

1、單片機原理及接口技術(shù)并行擴展技術(shù)單片機擴展的意義51單片機內(nèi)部資源 4KB程序存儲器 128B數(shù)據(jù)存儲器 4個8位并行I/O接口夠用嗎？8.1 并行系統(tǒng)擴展概述并行擴展：利用單片機的并行I/O接口進行擴展的技術(shù)主要目的：擴充存儲器容量和接口數(shù)量基本原理：利用三總線結(jié)構(gòu)訪問控制片外單元8.1.1 并行系統(tǒng)擴展能力存儲器：16位地址總線決定了最大容量64KB（0000H-FFFFH)接口芯片：使用地址總線訪問，用MOVX指令控制數(shù)據(jù)存儲器51單片機程序存儲器I/O接口芯片AD/DA 芯片邏輯運算芯片按鍵、顯示、聲音0551H0550H8551H8550H51單片機5001H5000H程序存儲器數(shù)據(jù)

2、存儲器2數(shù)據(jù)存儲器1地址的概念：為了明確訪問一個具體單元（如一個存儲器字節(jié)），必須給每個單元賦予不同的編號，即地址。地址的產(chǎn)生：CPU每根地址線的電平有“0”和“1”兩種狀態(tài)，所有地址線上的每種電平組合視作一個地址。編址和譯碼: 通過硬件連線（輔以必要的邏輯器件）的方法，可以組合出不同的地址，并分配給不同的單元，能實現(xiàn)上述功能的電路稱為地址譯碼電路。 8.1.3 存儲器空間地址0550H = 0000 0101 0101 00008550H = 1000 0101 0101 0000P0P2編址的基本方法 用全部或部分地址線進行邏輯組合，組合得到的信號可代表一個或一段連續(xù)的地址單元譯碼的主要任

3、務(wù) 設(shè)計合適的邏輯電路組合出系統(tǒng)所需的地址信號編址/譯碼的目的給每個單元分配一個或多個地址，以便相互區(qū)別同一個單元可以有一個或幾個乃至數(shù)K個地址一般不允許多個單元共用一個地址 編址與譯碼存儲器尋址的特點 存儲器芯片內(nèi)部有若干存儲單元（幾K到幾十M），而芯片有與其容量匹配的地址線.存儲器芯片可根據(jù)地址線上電平的組合狀態(tài)，自動選中相應(yīng)的存儲單元，即芯片本身可完成內(nèi)部譯碼。芯片有片選端（/CE)決定是否使用該片器件61161.線選法編址線選法是一種用一根高位地址線直接選擇一個芯片的尋址方法。首先將與需要地址單元數(shù)相匹配的低位地址線與器件的單元地址引腳相連：然后用剩余的高位地址線每根接一個器件的片選端

4、，用以選擇器件。設(shè)器件內(nèi)部有M個單元，則根據(jù)2KM可知應(yīng)該用K根地址線選擇其內(nèi)部M個單元，于是一般將A0AK1與器件相連， AKA15用于選擇不同芯片。對剩余高位地址線的理解要注意以下兩點：如果系統(tǒng)中有若干個芯片內(nèi)部有多個單元，并且分別連接了K1、K2KN根低位地址線，則剩余高位地址線16Max（K1，K2KN），如果系統(tǒng)中同時有數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，則剩余高位地址線是分別計算的。線選法步驟存儲器地址空間 設(shè)A11A13為“0”，則1# 6116內(nèi)部2K個單元的地址為1000，0000，0000，0000B到1000，0111，1111，1111B，即8000H87FFH，2# 6116內(nèi)部

5、2K個單元的地址為4000H47FFH。A15 A14 A0 A15 A14 . A01# 61161 0 ？00000000000 1 0 ？111111111112# 61160 1 ？00000000000 0 1 ？11111111111線選譯碼法特點電路簡單，一般不需要額外的邏輯器件，但線選法有如下局限：使用時需要軟件配合，以避免地址沖突由于高位地址線不能同時為低，造成地址空間浪費。（如果系統(tǒng)中器件較多，需要的地址單元較多時，不宜采用線選譯碼法）同上原因，64K地址空間中會有若干地址段不能使用，可用地址空間是不連續(xù)的。2 . (全地址)譯碼法 定義： 用高位地址線進行邏輯組合，得到互

6、斥的信號用于選擇不同器件的方法稱為全地址譯碼方法：同線選法，先用和單元數(shù)量相配的低位地址線連接，將剩余的高位地址線通過門電路及其它邏輯器件進行邏輯組合，得到不同時有效的組合邏輯信號，用每個組合信號選擇一個器件。全地址譯碼法示意圖 單片機A0A14U1 62256A0A14U2 62256 地址總線 A0A14 數(shù)據(jù)總線 D0D7A15CECE24譯碼器74LS139 用譯碼器74LS139實現(xiàn)片選38譯碼器74LS138 74138邏輯功能表416譯碼器74LS154 8.1.2 鎖存器74373、74573、74273以及8282等都是常用的鎖存器 將單片機低8位地址信號延長低8位地址輸出時

7、，ALE高電平，tAVLL時間后，ALE變低，而ALE信號變低后，低8位地址信號還會保持tLLAX，即ALE信號的下降沿正好在低8位地址信號穩(wěn)定期間，通過ALE的鎖存作用，可將低8位地址信號延長至ALE信號的上升沿。低8位地址信號延長的解決辦法把ALE與74373的G端相連，控制鎖存狀態(tài)切換；鎖存器的/OE端接地，允許鎖存信號輸出；將低8位地址總線（P0口）與74373的輸入D端相連，再把鎖存器的Q端與存儲器的低8位地址輸入引腳對應(yīng)連接。單片機原理及接口技術(shù)接口技術(shù)基礎(chǔ)8.2 外部存儲器擴展方法 為了能讀取外部EPROM的每個單元的內(nèi)容，須了解：單片機CPU在讀外部程序存儲器時會給出哪些信號這

8、些信號在時間上的相互關(guān)系（即單片機CPU讀外部程序存儲器的時序）；具體存儲器芯片所需要的控制信號。 8.2.1 程序存儲器單片機讀外部程序存儲器時序 CPU在一個機器周期內(nèi)，會有兩次取指令操作。如果指令在外部程序存儲器中，則會兩次讀外部程序存儲器，這兩次讀操作分別發(fā)生在S1狀態(tài)的P2節(jié)拍和S4狀態(tài)的P2節(jié)拍。 單片機讀外部程序存儲器的時序圖 27xx程序存儲器 /E或/CE片選/G或/OE輸出允許/P編程脈沖VPP方 式Q0Q7001VCC讀選中單元的內(nèi)容輸出011VCC輸出禁止高阻狀態(tài)1VCC未選中高阻狀態(tài)01脈沖VPP編程數(shù)據(jù)輸入001VPP校驗數(shù)據(jù)輸入1VPP編程禁止高阻狀態(tài)2764EP

9、ROM 工作方式單片機時序與存儲器信號的匹配1）將2764片選端/CE接地或接系統(tǒng)譯碼電路輸出，保證存儲器芯片能被選中，進入工作狀態(tài)；2）將2764使能端 /OE端與單片機控制信號/PSEN相連，該信號為低時， /OE端端為低，使2764被選中單元的內(nèi)容輸出到引腳Q0Q7上；3）在/PSEN上升沿，單片機把P0口內(nèi)容讀入CPU，故將P0口與2764引腳Q0Q7對應(yīng)相連，保證單片機讀入的內(nèi)容是從2764選中單元輸出的指令碼；上述工作已能完成！剩余問題：如何選中2764某一單元剩余問題及解決辦法要求：單片機為了選中外部程序存儲器的某一個單元，將在P2口和P0口上給出16位地址，應(yīng)該: 將低13位地

10、址的送至2764芯片，以選擇其內(nèi)部某個單元， 將其余高位地址用于譯碼以選擇其它芯片。問題：單片機地址輸出方式不一樣： 高8位地址從P2口輸出，且在整個讀操作期間有效； 低8位地址信號只保持一段時間，在讀操作完成以前就消失了，不能滿足存儲器芯片對輸入地址的要求，解決思路：如何將單片機低8位地址信號延長將單片機低8位地址信號延長ALE信號的下降沿正好在低8位地址信號穩(wěn)定期間，通過ALE的鎖存作用，可將低8位地址信號延長至ALE信號的上升沿。單片機擴展程序存儲器的具體實現(xiàn) 單片機P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0 ALED7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q

11、3Q2Q1Q074373GD7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0VppVcc2764A12A11A10A9A8PP2.4P2.3P2.2P2.1P2.05V/PSEN（非） 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時/PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作1、內(nèi)部ROM讀取時，/PSEN不動作；2、外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；3、外部RAM讀取時，兩個/PSEN脈沖被跳過不會輸出；4、外接ROM時，與ROM的/OE腳相接。多片程序存儲器擴展電路程序存儲器擴展小結(jié)單片機為了能讀取外部程序存儲器給出了若干信號，且這些信號有嚴格的時序規(guī)定；一個存儲

12、器芯片需要若干控制信號，信號之間同樣有時序要求，正確合理利用單片機提供的信號，使其滿足存儲器芯片的要求，是擴展接口設(shè)計要完成的工作，單片機與存儲器芯片之間的信號匹配要求決定了接口電路中每根線的連接方法 這是單片機程序存儲器擴展技術(shù)的理論基礎(chǔ)。8.2.2 數(shù)據(jù)存儲器擴展 單片機讀寫外部數(shù)據(jù)存儲器時序 MCS51單片機寫外部數(shù)據(jù)存儲器時序單片機讀外部數(shù)據(jù)存儲器采用MOVX A，Ri或MOVX A，DPTR指令，寫外部數(shù)據(jù)存儲器采用MOVX Ri，A或MOVX DPTR，A指令，不同的讀寫指令P0口將輸出DPL或者Ri的內(nèi)容，而P2口將輸出DPH或特殊功能寄存器P2的內(nèi)容。因為P0口是復用口，低8位

13、地址信號只保持一段時間，在數(shù)據(jù)完成讀寫前將消失；單片機在低8位地址信號有效期間，同樣給出ALE信號，用于低8位地址信號的鎖存，從而延長這組短周期信號；讀外部數(shù)據(jù)存儲器時，單片機給出了/RD信號，并在其上升沿讀P0總線上的內(nèi)容到CPU的A累加器；寫外部數(shù)據(jù)存儲器指令時，單片機給出了/WR信號，在寫信號為低電平期間，將A累加器內(nèi)容送至P0總線上。無論是讀還是寫外部數(shù)據(jù)存儲器期間，/PSEN信號一直為高電平，因此將禁止外部程序存儲器輸出，保證外部數(shù)據(jù)存儲器和外部程序存儲器不會同時被選通而引起混亂，反之亦然。數(shù)據(jù)存儲器6225662256 引腳定義引 腳功 能片選信號輸入讀信號輸入寫信號輸入引 腳A0

14、A14I/O1I/O8VccVss功 能地址線數(shù)據(jù)線電源地I/O引腳高 阻高 阻數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出模 式未選中 禁止輸出讀寫62256工作模式及控制信號單片機外部數(shù)據(jù)存儲器擴展接口電路 單片機P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEP2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q074373GD7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A062256A14A13A12A11A10A9A88.2.3 存儲器綜合擴展 A7.A0A12.A8D7.D0P0口ALEP26.P20單片機A7

15、.A0A14.A8D7.D062256WE_CE2764DGQ373其他型號存儲器24Cxx系列EEPROMFlash存儲器擴展 Flash存儲器在EPROM和EEPROM的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種可擦除、非易失性存儲元件特點：存取速度快且容量相當大，內(nèi)部數(shù)據(jù)在不加電的情況下能保持10年以上信息擦除和重寫速度一般為幾十微秒，常用的有Intel、Winbond、Sumsung等公司生產(chǎn)的各型Flash存儲器。 單片機原理及接口技術(shù)I/O接口技術(shù)8.3 外部I/O接口的擴展方法存儲器擴展和I/O擴展本質(zhì)上一樣，都使用MOVX指令，即將外部I/O視作片外RAM來訪問。區(qū)別：前者完成的是計算機系統(tǒng)本身

16、的擴展，而后者是實現(xiàn)和外設(shè)的連接，是測控中必須解決的問題；存儲器芯片內(nèi)部一般有數(shù)千個單元，若干地址線，而I/O設(shè)備一般只有少數(shù)幾個或者一個單元，只有一、兩根地址線甚至沒有專門的地址線。故地址線和譯碼信號的連接上有較大的不同。 接口應(yīng)有的功能： 通過地址譯碼實現(xiàn)對不同設(shè)備的選擇； 設(shè)置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，解決CPU與外設(shè)之間的速度差異 （74LS273/74LS244)；進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，如串并相互轉(zhuǎn)換； 協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)在信號類型和電平的差異； 協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)讀寫時序； 設(shè)置中斷和DMA控制邏輯等9.2.2 8255接口芯片及其應(yīng)用 8255是Intel公司開發(fā)的8位通用I/O接口芯片，內(nèi)部具有

17、3個8位I/O口，分別稱為PA口、PB口和PC口通過設(shè)置控制字，3個口可工作于基本I/O方式、選通I/O方式和雙向總線等3種方式3個口都可工作于I/O方式，另兩種方式，3個口情況有所不同 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)A組數(shù)據(jù)總線緩沖器內(nèi)部控制線內(nèi)部數(shù)據(jù)線D0D7A組控制端口AB組控制端口B端口C低4位讀寫控制邏輯PC0PC3PB0PB7PC4PC7PA0PA7端口C高4位B組A0A1RST8255的控制字 8255有兩個控制字，一個用來選擇IO端口的工作方式，稱為工作方式控制字；另一個用來控制PC口的每一位，稱為PC口位控制字。兩個控制字共用一個內(nèi)部寄存器地址，即A1A011，控制字最高位作為標識位，用于

18、區(qū)分不同的控制字：當D71時，寫入的是工作方式控制字；當D70時，對PC口位控制字進行操作。讀/寫控制邏輯電路 功能：根據(jù)CPU發(fā)來有關(guān)控制信號選擇內(nèi)部寄存器完成與CPU之間的數(shù)據(jù)交換，RESET信號實現(xiàn)對8255內(nèi)部寄存器單元的復位。 工作方式控制 8255內(nèi)部有兩個工作方式控制電路A組控制電路，B組控制電路，兩個控制電路共用一個控制命令寄存器。A組由PA口和PC口的上半部分（PC7PC4）組成，由A組控制電路控制；B組由PB口和PC口的下半部分（PC3PC0）組成，由B組控制電路控制。8255結(jié)構(gòu)輸入/輸出端口：PA、PB、PC口都是具有數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖和數(shù)據(jù)輸入鎖存功能的8位并行口。通

19、常情況下：PA口和PB口作為數(shù)據(jù)輸入/輸出口，PC口作為控制/聯(lián)絡(luò)端口使用。1.工作方式控制字 2. PC口位控制字 8255的工作方式 方式0基本輸入/輸出 PA、PB和PC都可工作于方式0，3個口的每一位都可以獨立地設(shè)置為輸入或輸出口。CPU可用無條件讀寫方式與8255交換數(shù)據(jù)，適用于鍵盤、發(fā)光二極管等不需應(yīng)答的無條件傳輸輸出的數(shù)據(jù)鎖存于相應(yīng)端口，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。2. 方式1選通輸入/輸出三個端口分成A、B兩組，A組：由PA口和PC口的高4位組成；B組：由PB口和PC口的低4位組成。PA、PB - 傳輸數(shù)據(jù)PC - 分別作為PA、PB口與CPU以及PA、PB口與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)信號。適用于需

20、要應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號的有條件數(shù)據(jù)傳輸情況（打印機）3.方式2雙向選通輸入/輸出只有PA口可以工作于方式2，需要5根PC口線（PC3PC7）作為控制聯(lián)絡(luò)線。方式2與方式1的區(qū)別在于：方式1是單向的，而PA口工作于方式2時，既可輸入數(shù)據(jù)也可輸出數(shù)據(jù)，且輸入和輸出均帶有鎖存。PA口工作于方式2時需要5根控制聯(lián)絡(luò)線，由于PC口不能再提供5根信號線供PB口使用，因而PB口不能工作于方式2。 選通方式下，PC口控制聯(lián)絡(luò)信號定義/STB (低電平有效) 外部向8255發(fā)送的選通輸入信號，表示正由外向內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)；IBF (高電平有效) 外設(shè)到8255輸入緩沖已滿標志，高電平表示8255已接到外部信號，但CPU還未反應(yīng)。如已讀取則IBF變?yōu)榈碗娖?/p>