【大學(xué)】微計算機與微處理器課件 單片機系統(tǒng)總線及擴展

單片機的系統(tǒng)擴展總線簡介總線的概念：

所謂總線，就是連接系統(tǒng)中主機和各擴展部件的公共信號線。

各個外圍功能芯片通過三組總線與單片機相連，達(dá)到系統(tǒng)擴展的目的，這三組總線是數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。根據(jù)總線的結(jié)構(gòu)，可按照需要對單片機系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的擴展設(shè)計了。編輯ppt總線結(jié)構(gòu)編輯ppt三總線介紹數(shù)據(jù)總線（DB：DataBus）

數(shù)據(jù)總線用于外圍芯片和單片機之間傳送數(shù)據(jù)，它是雙向的，可以由單片機往外圍芯片傳送數(shù)據(jù)，也可以從外圍芯片傳送數(shù)據(jù)到單片機，還包括從外部程序存儲器讀取指令。51單片機的數(shù)據(jù)傳遞是用8根線同時進(jìn)行的，即它的數(shù)據(jù)總線寬度是8位的，數(shù)據(jù)總線由P0口提供。地址總線（AB：AddressBus）

51單片機共有16根地址信號線，即它的地址總線寬度是16位的，地址總線由P0口提供低8位A0-A7（必須外加鎖存器），P2口提供高8位A8-A15，可操作的單元為216，共64K空間?？刂瓶偩€（CB：ControlBus）

除了數(shù)據(jù)總線和地址總線外，單片機同外圍芯片傳送數(shù)據(jù)時，還需要一些控制信號來保證數(shù)據(jù)傳送并決定如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如數(shù)據(jù)傳送的方向，將P0口的數(shù)據(jù)和地址分離等，這些信號線就是控制總線。對于某一根信號而言是單向的，對于所有的控制總線而言是雙向的。編輯ppt總線擴展

所有的總線擴展片外資源，除ROM以外，都當(dāng)成RAM處理。ROM和RAM的地址可以重疊而不會相互影響。因為訪問這兩部分所用的指令是不同的。

MOVX

用于訪問外部RAM空間；

MOVC

用于訪問ROM空間（片內(nèi)片外都使用該指令）編輯ppt總線擴展電路圖編輯ppt鎖存器簡介

常用的鎖存芯片是74HCT573。

74HCT573是帶三態(tài)門的8D鎖存器，OE端為三態(tài)控制信號，應(yīng)接地允許鎖存的地址信號輸出。LE端為鎖存控制信號，高電平有效，即在LE為高電平時鎖存器的輸出狀態(tài)Q0-Q7和輸入狀態(tài)D0-D7相同，當(dāng)LE為低時，輸出保持不變，與輸入狀態(tài)無關(guān)。編輯ppt鎖存器簡介（二）編輯ppt驅(qū)動器件介紹LSHCHCTTTLCMOSCMOSVCC=5VVCC：3—6V通常取5V與TTL兼容H（高電平）≥2.8VH（高電平）≥90%VCCL（低電平）≤0.8VL（低電平）≤10%VCCLS器件和HC器件的區(qū)別編輯ppt總線擴展方法（一）

在總線擴展中，P0口既作數(shù)據(jù)總線使用，又作地址總線的低8位使用，是在不同的時間表示數(shù)據(jù)和地址，這是芯片管腳的復(fù)用方法，擴展時要把P0口的數(shù)據(jù)信號和地址信號分離開來，分離的方法是利用ALE信號進(jìn)行地址鎖存。P0口的地址和數(shù)據(jù)復(fù)用圖編輯ppt總線擴展方法（二）

在總線擴展中，除了正確連接數(shù)據(jù)總線和地址總線外，還需要注意控制總線的連接方法。RD與WR用于控制數(shù)據(jù)傳送的方向，均為低電平有效，RD有效時表示單片機從外圍器件讀取數(shù)據(jù)；WR有效時表示單片機向外圍器件寫入數(shù)據(jù)。PSEN用于讀取外部程序存儲器，同樣是低電平有效。EA用于選擇單片機的程序存儲器空間，當(dāng)EA為高電平時，系統(tǒng)復(fù)位后PC指針指向片內(nèi)0000H地址空間；當(dāng)EA為低電平時，系統(tǒng)復(fù)位后PC指針指向片外0000H地址空間。編輯ppt程序存儲器的擴展（一）

由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)的程序存儲器通常已經(jīng)夠用，擴展的情況比較少見了。即使擴展，只選擇一片存儲器芯片也可滿足要求，一般選擇Flash

ROM擴展程序存儲器。因為其使用方便、價格適宜，存儲量大，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，也常用于MCS-51單片機的程序存儲器擴展。其常用芯片為AT29010，容量為128K×8。圖9-12三種封裝AT29010A的引腳圖TSOP封裝的引腳圖DIP封裝的引腳圖PLCC封裝的引腳圖編輯ppt程序存儲器的擴展（二）

使用一片AT29C010A的擴展電路編輯ppt程序存儲器的擴展（三）單片機讀取擴展程序存儲器指令編輯ppt程序存儲器的擴展（四）擴展程序存儲器AT29C010A的讀時序編輯ppt數(shù)據(jù)存儲器的擴展（一）MCS-51系列單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器容量為128或256個字節(jié)，在通常的簡單控制系統(tǒng)中還是足夠的，如果需要擴展，外部的最大容量為64KB。前面已經(jīng)提到其它功能芯片在三總線的擴展方式中，也采用數(shù)據(jù)存儲器的操作方式，需要占用地址，因此在有其它功能芯片的擴展系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲器的擴展容量就不足64KB了。編輯ppt數(shù)據(jù)存儲器的擴展（二）數(shù)據(jù)存儲器的一般連接方法編輯ppt數(shù)據(jù)存儲器的擴展（三）1.地址總線的連接存儲器地址總線的高8位A8-A15直接與單片機P2口對應(yīng)信號相連，低8位A0-A7與P0口鎖存后的信號相連。2.數(shù)據(jù)總線的連接存儲器的8位數(shù)據(jù)信號線直接與P0口對應(yīng)相連。3.控制總線的連接RD是單片機讀取片外數(shù)據(jù)存儲器的控制信號，與存儲器的讀控制信號RD連接。單片機的信號連接數(shù)據(jù)存儲器的WR信號。ALE控制鎖存器分離地址和數(shù)據(jù)信號，EA信號根據(jù)程序存儲器的使用連接。編輯ppt數(shù)據(jù)存儲器的擴展（四）單片機讀取擴展數(shù)據(jù)存儲器的時序編輯ppt數(shù)據(jù)存儲器的擴展（五）單片機寫數(shù)據(jù)到擴展數(shù)據(jù)存儲器的時序編輯ppt擴展數(shù)據(jù)存儲器地址計算擴展數(shù)據(jù)存儲器的地址計算是指當(dāng)電路完成后，根據(jù)電路計算對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器的地址。當(dāng)系統(tǒng)中有多個擴展器件時，通常選用線選法、譯碼法等方法實現(xiàn)CPU對不同器件的選擇，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。?dāng)輸出一地址時，只選擇其中一個芯片處于工作狀態(tài)，其他芯片不工作，這樣在數(shù)據(jù)傳輸時就不會造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤的問題了，選擇芯片通常是采用片選信號來進(jìn)行操作的。編輯ppt擴展數(shù)據(jù)存儲器地址計算舉例編輯ppt擴展數(shù)據(jù)存儲器地址計算舉例編輯ppt擴展數(shù)據(jù)存儲器地址計算舉例地址計算實際上就是當(dāng)給出一個地址時，根據(jù)地址線上電平的情況，只選通該器件，而此地址對于其他器件是無效的，也就是只使被選中的器件使能端口有效，而其他器件在該地址下，使能端無效。通常把這個地址叫做這個器件的器件地址。在系統(tǒng)擴展時，因為操作方式的關(guān)系，即使擴展的器件不是RAM，但是操作時都是使用MOVX指令，因此可以把外圍的這些器件都當(dāng)成一個RAM使用，比如A/D、D/A和其他一些接在總線上的數(shù)字芯片。編輯ppt擴展數(shù)據(jù)存儲器地址計算舉例編輯ppt微處理器數(shù)據(jù)傳送方式

單片機和外設(shè)工作速度的差異使其在交換數(shù)據(jù)或通信時，有不同的數(shù)據(jù)傳送方式，以達(dá)到高效、方便的數(shù)據(jù)交換。通常有以下幾種方式：1、無條件傳送方式2、查詢傳送方式3、中斷傳送方式4、直接存儲器存取方式（DMA）編輯pptI/0的總線擴展方式

51單片機有四個I/O端口，通常能滿足使用要求，但在使用三總線方法擴展的系統(tǒng)中，就只有一個P1口了，如果不夠的話，可擴展I/O端口。一般采用下面兩種擴展方法：1、用74LS××系列TTL芯片擴展簡單的I/O口；

常用的典型芯片為74LS244和74LS245，74LS373和74LS573。2、用可編程接口芯片擴展I/O口。

常用的典型芯片為8255A。編輯pptI/0的總線擴展方式編輯pptI/0的擴展（四）如果端口數(shù)量較多，可以使用專門的I/O擴展芯片進(jìn)行I/O口的擴展。8255A是INTEL公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片，共有3個并行接口，均可以使用軟件編程來設(shè)置其工作方式，因此使用比較方便和靈活。編輯ppt8255A結(jié)構(gòu)圖編輯ppt8255A端口組合功能表CSRDWRA1A0通道選擇與操作功能00100PA口－>數(shù)據(jù)總線00101PB口－>數(shù)據(jù)總線00110PC口－>數(shù)據(jù)總線01000數(shù)據(jù)總線－>PA口01001數(shù)據(jù)總線－>PB口01010數(shù)據(jù)總線－>PC口01011數(shù)據(jù)總線－>控制寄存器1××××數(shù)據(jù)總線呈高阻態(tài)00111非法條件011××數(shù)據(jù)總線呈高阻態(tài)編輯ppt8255A方式控制字編輯ppt8255A連接圖舉例分析編輯pptI/0的非總線擴展方式編輯ppt數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口介紹MCS-51單片機常用于工業(yè)控制和智能儀表中，對外部狀態(tài)信息進(jìn)行測量，經(jīng)過內(nèi)部處理后控制外部的操作，而外部的狀態(tài)信息通常是模擬量，如溫度、速度、電壓等，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號提供給單片機進(jìn)行處理，處理的結(jié)果又需要轉(zhuǎn)換為模擬量實現(xiàn)對外部狀態(tài)的控制。因此，在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中通常需要模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）的功能，不具有此功能的單片機，就需要進(jìn)行A/D和D/A的擴展。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器介紹

數(shù)模轉(zhuǎn)換器常稱D/A，主要技術(shù)指標(biāo)有： 1、分辨率； 2、轉(zhuǎn)換時間； 3、滿量程誤差； 4、參考電壓； 5、電源電壓等。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832，主要參數(shù)為： 1、分辨率為8位； 2、轉(zhuǎn)換時間為1us； 3、滿量程誤差為±1LSB； 4、參考電壓為（+10V—-10V）； 5、電源電壓為（+5V—+15V）。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832，主要工作方式有以下三種：

1、直通方式

電路簡單，不需要控制線，只有數(shù)據(jù)信號，ILE管腳接高電平，CS、WR1、WR2、XFER都接低電平即可。

2、單緩沖方式

把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一個鎖存數(shù)據(jù)，即為單緩沖方式。

3、雙緩沖方式

一般用于多個D/A同時轉(zhuǎn)換輸出的方式。

編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例實際電路編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器常稱A/D，主要技術(shù)指標(biāo)有： 1、輸入通道個數(shù)； 2、轉(zhuǎn)換位數(shù)； 3、轉(zhuǎn)換時間； 4、電源電壓等。編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器舉例ADC0804，主要參數(shù)為： 1、輸入通道為單通道； 2、轉(zhuǎn)換時間為100us； 3、滿量程誤差為±1LSB； 4、轉(zhuǎn)換位數(shù)為8位； 5、電源電壓為（+5V）。編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器舉例ADC0804連接電路圖編輯ppt常用接口電路解析RS232接口電路圖編輯pptI2C總線介紹

I2C總線是由PHILIPS公司開發(fā)的一種簡單、雙向二進(jìn)制同步串行總線，它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。

優(yōu)點：器件引腳少，體積小，不需要片選線，支持帶電拔插。

常用的I2C總線外圍通用器件有：SRAM、EEPROM、ADC/DAC、RTC、I/O接口、DTMF等。目前，I2C技術(shù)已經(jīng)在各種單片機系統(tǒng)特別是家電中得到廣泛應(yīng)用。編輯pptI2C總線介紹I2C總線的特點：

1、總線只有兩根線，即串行時鐘線和串行數(shù)據(jù)線。2、每個連接到總線上的器件地址由芯片內(nèi)部硬件電路和外部地址同時決定。3、它是一個真正的多主總線，帶有競爭監(jiān)測和仲裁電路。4、同步時鐘允許器件以不同的波特率進(jìn)行通信，在標(biāo)準(zhǔn)I2C模式下數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)100KB/S，高速模式下可達(dá)400KB/S。5、同步時鐘和數(shù)據(jù)線配合使用。6、連接到同一總線上的集成電路數(shù)受400pF的最大總線電容的限制。總線上擴展外圍器件時也受器件地址限制。編輯pptI2C總線介紹I2C總線上每個節(jié)點都有一個固定的節(jié)點地址，從器件的地址包括器件編號地址和引腳地址，器件編號地址由I2C總線委員會分配，引腳地址決定于引腳外接電平的高低，I2C總線上所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址，器件地址由7位組成，它和1位方向位構(gòu)成了I2C總線器件的尋址字節(jié)SLA，格式如下：DA1DA2DA1DA0A2A1A0R/W器件地址引腳地址數(shù)據(jù)方向位編輯pptI2C總線的時序I2C總線為同步傳輸總線，總線信號完全與時鐘同步。起始信號（S）：在時鐘SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA出現(xiàn)下降沿，啟動I2C總線。終止信號（P）：在時鐘SCL為高點評時，數(shù)據(jù)線SDA出現(xiàn)上升沿，停止I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)答信號（A）：I2C總線上第9個時鐘脈沖對應(yīng)于應(yīng)答位。相應(yīng)數(shù)據(jù)線上低電平時為“應(yīng)答”信號A，高電平時為“非應(yīng)答”信號A。I2C總線上傳送的每一個字節(jié)幀均為8位，并且高位在前。編輯pptI2C總線的時序數(shù)據(jù)位傳送：在I2C總線啟動后或應(yīng)答信號后的第1-8個時鐘脈沖對應(yīng)于一個字節(jié)的8位數(shù)據(jù)傳送。時鐘脈沖高電平