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單片機(jī)小系統(tǒng)及片外擴(kuò)展(Zhan)詳解演示文稿第一頁,共二十四頁。優(yōu)選單片機(jī)小系統(tǒng)及片外擴(kuò)(Kuo)展第二頁,共二十四頁。圖8-2589C51擴(kuò)展的并行三總(Zong)線圖8-2689C51地址總線擴(kuò)展電路第三頁,共二十四頁。由89C51P0口送出的低8位有效地址信號(hào)是在ALE(地址鎖存允許)信號(hào)變高的同時(shí)出現(xiàn)的,并在ALE由高變低時(shí),將出現(xiàn)在P0口的地址信號(hào)鎖存到外部地址鎖存器74HC373中,直到下一次ALE變高時(shí),地址才發(fā)(Fa)生變化。第四頁,共二十四頁。8.2.1片外三總線結(jié)(Jie)構(gòu)所謂總線,就是連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線。按照功能,通常把系統(tǒng)總線分為3組,即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。89C51單片機(jī)的片外引腳可構(gòu)成如圖825所示的并行三總線結(jié)構(gòu),所有的外圍芯片都將通過這三種總線進(jìn)行擴(kuò)展。第五頁,共二十四頁。1.地(Di)址總線地址總線(AddressBus,AB)用于傳送單片機(jī)送出的地址信號(hào),以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向的,只能由單片機(jī)向外發(fā)送信息。地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問的存儲(chǔ)單元的數(shù)目。例如,n位地址可以產(chǎn)生2n個(gè)連續(xù)地址編碼,因此,可訪問2n個(gè)存儲(chǔ)單元,即通常所說的尋址范圍為2n個(gè)地址單元。89C51單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展最多可達(dá)64KB,即216個(gè)地址單元,因此,最多需16位地址。第六頁,共二十四頁。2.數(shù)(Shu)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(DataBus,DB)用于單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間或單片機(jī)與I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的字長一致。例如,89C51單片機(jī)是8位字長,所以,數(shù)據(jù)總線的位數(shù)也是8位。數(shù)據(jù)總線是雙向的,可以進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。第七頁,共二十四頁。3.控制(Zhi)總線控制總線(ControlBus,CB)是單片機(jī)發(fā)出的以控制片外ROM、RAM和I/O口讀/寫操作的一組控制線。第八頁,共二十四頁。8.2.2系統(tǒng)擴(kuò)展的實(shí)(Shi)現(xiàn)1.以P0口作地址/數(shù)據(jù)總線此處的地址總線是指系統(tǒng)的低8位地址線。因?yàn)镻0口線既用作地址線,又用作數(shù)據(jù)線(分時(shí)使用),因此,需要加一個(gè)8位鎖存器。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),先把低8位地址送鎖存器暫存,然后再由地址鎖存器給系統(tǒng)提供低8位地址,而把P0口線作為數(shù)據(jù)線使用。實(shí)際上,單片機(jī)P0口的電路設(shè)計(jì)已考慮了這種應(yīng)用需要,P0口線電路中的多路轉(zhuǎn)接電路MUX以及地址/數(shù)據(jù)控制即是為此目的而設(shè)計(jì)的。第九頁,共二十四頁。2.以P2口的口線作高位地址線如果使用P2口的全部8位口線,再加上P0口提供(Gong)的低8位地址,便可形成完整的16位地址總線,使單片機(jī)系統(tǒng)的尋址范圍達(dá)到64KB。但實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,高位地址線并不固定為8位,需要用幾位就從P2口中引出幾條口線。第十頁,共二十四頁。
除了地址線和數(shù)據(jù)線之外,在擴(kuò)展(Zhan)系統(tǒng)中還需要一些控制信號(hào)線,以構(gòu)成擴(kuò)展(Zhan)系統(tǒng)的控制總線。這些信號(hào)有的是單片機(jī)引腳的第一功能信號(hào),有的則是第二功能信號(hào)。其中包括:使用ALE作為地址鎖存的選通信號(hào),以實(shí)現(xiàn)低8位地址的鎖存;以PSEN信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào);以EA信號(hào)作為內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào);以RD和WR作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀/寫選通信號(hào)。執(zhí)行MOVX指令時(shí),這兩個(gè)信號(hào)分別自動(dòng)有效。第十一頁,共二十四頁。可以看出,盡管89C51單片機(jī)號(hào)稱有4個(gè)I/O口,共32條口線,但由于系統(tǒng)擴(kuò)展的需要(Yao),真正能作為數(shù)據(jù)I/O使用的,就只剩下P1口和P3口的部分口線了。特別需要強(qiáng)調(diào)的是,程序存儲(chǔ)器不應(yīng)再采用外擴(kuò)的方案。因?yàn)?9系列單片機(jī)內(nèi)有4~32KB的不同型號(hào)產(chǎn)品可供選擇。如果課題需要功能更強(qiáng)的MCU,則可選擇ADμC8××、C8051F×××和MAX7651等SOC芯片。關(guān)于程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,本教程不作介紹。第十二頁,共二十四頁。8.3擴(kuò)(Kuo)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由于89C51單片機(jī)片內(nèi)RAM僅有128字節(jié),當(dāng)系統(tǒng)需要較大容量RAM時(shí),就需要片外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,最大可擴(kuò)展64KB。由于單片機(jī)是面向控制的,實(shí)際需要擴(kuò)展容量不大,因此,一般采用靜態(tài)RAM較方便,如6116(2K×8位),6264(8K×8位)。如有特殊需要,可采用62256(32K×8位),628128(128K×8位)等。與動(dòng)態(tài)RAM相比,靜態(tài)RAM無須考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路,故擴(kuò)展電路較簡單;但由于靜態(tài)RAM是通過有源電路來保持存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù),因此要消耗較多的功率,價(jià)格也較高。第十三頁,共二十四頁。擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址,由P2口提供高(Gao)8位地址,P0口分時(shí)提供低8位地址和用作8位雙向數(shù)據(jù)總線。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的讀/寫由89C51的RD(P3.7)和WR(P3.6)信號(hào)控制。第十四頁,共二十四頁。8.3.1常(Chang)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)現(xiàn)場采集的原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果等,所以,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)能隨機(jī)讀/寫,通常由半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM組成。E2PROM芯片也可用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,且掉電后信息不丟失。第十五頁,共二十四頁。1.靜態(tài)(Tai)RAM(SRAM)芯片目前常用的靜態(tài)RAM電路有6116、6264、62256、628128等。它們的引腳排列如圖8-27所示。注:6264的26腳為高電平有效的片選端。圖8-27常用靜態(tài)RAM芯片引腳圖第十六頁,共二十四頁。其引腳功能如下:A0~Ai地址輸入線(Xian),i=10(6116),12(6264),14(62256)。D0~D7雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線;CE片選信號(hào)輸入線,低電平有效,當(dāng)6264的26腳(CS)為高電平,且CE為低電平時(shí)。才選中該片;OE讀選通信號(hào)輸入線,低電平有效;WE寫允許信號(hào)輸入線,低電平有效;VCC工作電源,電壓為+5V;GND線路地。這3種RAM電路的主要技術(shù)特性見表8-5。第十七頁,共二十四頁。第十八頁,共二十四頁。靜(Jing)態(tài)RAM存儲(chǔ)器有讀出、寫入和維持3種工作方式,這些工作方式的操作控制如表8-6所列。第十九頁,共二十四頁。8.3.2訪問片外RAM的(De)操作時(shí)序這里包括從RAM中讀和寫兩種操作時(shí)序,但基本過程是相同的。這時(shí)所用的控制信號(hào)有ALE和RD(讀)或WR(寫)。P0口和P2口仍然要用,在取指階段用來傳送ROM地址和指令,而在執(zhí)行階段傳送片外RAM地址和讀/寫的數(shù)據(jù)。第二十頁,共二十四頁。1.讀片外RAM操(Cao)作時(shí)序89C51單片機(jī)若外擴(kuò)一片RAM,則應(yīng)將其WR引腳與RAM芯片的WE引腳連接,RD引腳與芯片OE引腳連接。ALE信號(hào)的作用即鎖存低8位地址,以便讀片外RAM中的數(shù)據(jù)。讀片外RAM周期時(shí)序如圖8-28(a)所示。第二十一頁,共二十四頁。圖8-2889C51訪(Fang)問片外RAM操作時(shí)序圖第二十二頁,共二十四頁。在第一個(gè)機(jī)器周期的S1狀態(tài),ALE信號(hào)由低變高①,讀RAM周期開始。在S2狀態(tài),CPU把低8位地址送到P0口總線上,把高8位地址送上P2口(在執(zhí)行“MOVXA,@DPTR”指令階段時(shí)才送高8位;若是(Shi)“MOVXA,@Ri”指令,則不送高8位)。ALE的下降沿②用來把低8位地址信息鎖存到外部鎖存器74HC373內(nèi)③,而高8位地址信息一直鎖存在P2口鎖存器中。在S3狀態(tài),P0口總線變成高阻懸浮狀態(tài)④。在S4狀態(tài),RD信號(hào)變?yōu)橛行Б?是在執(zhí)行“MOVXA,@DPTR”后使RD信號(hào)有效),RD信號(hào)使得被尋址的片外RAM略過片刻后把數(shù)據(jù)送上P0口總線⑥,當(dāng)RD回到高電平后⑦,P0總線變?yōu)閼腋顟B(tài)。至此,讀片外RAM周期結(jié)束。第二十三頁,共二十四頁。2.寫片外(Wai)RAM操作時(shí)序向片外RAM寫(存)數(shù)據(jù),是89C51執(zhí)行“MOVX@DPTR,A”指令后產(chǎn)生的動(dòng)作。這條指令執(zhí)行后,在89C51的WR引腳上產(chǎn)生WR信號(hào)的有效電平,此信號(hào)使RAM的
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