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1、外扩展是构建单片机系统的重要内容外扩展是构建单片机系统的重要内容, 有两类外扩展：有两类外扩展： 存储器扩展存储器扩展和和I/O扩展扩展；有两种外扩展方法：有两种外扩展方法： 并行扩展和串行扩展。并行扩展和串行扩展。单片机芯片内具有单片机芯片内具有CPU、ROM、RAM、定时器、定时器/ 计数器及计数器及I / O口。但在实际应用中、大多数情况口。但在实际应用中、大多数情况下仅靠片内资源是不够的。下仅靠片内资源是不够的。 资源性扩展：资源性扩展： 包括包括存储器扩展和存储器扩展和IO扩展扩展。如何扩展如何扩展?扩展功能如何实现扩展功能如何实现?扩展部件如何连接扩展部件如何连接?图1 单片机并行
2、扩展系统结构图图2、89C51扩展的三总线结构 1.地址总线：地址总线：地址总线（Address Bus，AB用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储器单元和I/O端口的选择。地址总线是单向的，只能由单片机向外发送信息。地址总线的数目决定了可直接访问的存储单元的数目。 2.数据总线：数据总线：数据总线（Data Bus，DB）用于单片机与存储器或I/O端口之间的数据传送。一般数据总线的位数与CPU的字长一致，MCS-51单片机的数据总线是8位的。数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传送。3.控制总线：控制总线：控制总线（Control Bus，CB）是单片机发出的以控制片外ROM、RAM
3、和I/O口读/写操作的一组控制线。1. 以以P0口作低口作低8位地址及位地址及8位数据的复用总线位数据的复用总线复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。 在这里指P0口在每个CPU的机器周期的前半个周期输出低8位地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替P0口输出低8位地址。后半个机器周期进行8位数据的输入输出。2. 以以P2口作为高口作为高8位的地址总线位的地址总线 P0口的低8位地址加上P2的高8位地址就可以形成16位的地址总线，达到64KB的寻址能力。 但实际应用中，往往不需要扩展那么多地址，扩展多少用多少根线，P2口高位剩余的口线仍可作一般I/O口来使用。3. 控制信号线控制信号线A
4、LE：地址锁存信号，用以实现对低8位地址的锁存。 PSEN：片外程序存储器读选通信号。EA：程序存储器选择信号。为低电平时，访问外部程序存储器；为高电平时，访问内外程序存储器（CPU复位先访问内部0号地址单元，然后根据PC指针的值访问内或外部程序存储器）。WR：片外数据存储器写选通信号。RD：片外数据存储器读选通信号。1. 存储器与微型机三总线的连接存储器与微型机三总线的连接(1) 存储器数据线D0n连接CPU数据总线DB0n (2) 存储器地址线A0N连接CPU地址总线低位AB0N。(3) 存储器片选线CS连接CPU地址总线高位ABN+1。(4) 存储器读写线OE、WE(R/ W) 连接CP
5、U读写控制线RD、WR。图3、微机与存储器连接 2. 存储器与单片机的连接存储器与单片机的连接单片机采用复用总线结构：数据与地址分时共用一组总线。当地址出现时需要锁存器锁存地址。 图4、单片机与存储器连接 图5、单片机访问存储器时序 地址锁存器：地址锁存器：74LS373、828274LS373和Intel的8282具有相同的锁存功能 图6、 74LS373、8282的引脚的引脚 1. 地址线的译码地址线的译码1）线选法 直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。2）译码法 使用地址译码器对系统的片外地址进行译码，以其译码输出作为存储器
6、芯片的片选信号。 译码法又分为完全译码和部分译码两种。 2. 扩展存储器所需芯片数目的确定扩展存储器所需芯片数目的确定若所选存储器芯片字长与单片机字长一致，则只需扩展容量。 芯片数目=系统扩展容量/存储器芯片容量若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。 芯片数目=系统扩展容量/存储器芯片容量 系统字长/存储器芯片字长所谓存储器编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当的连接，最终达到一个编址唯一地对应存储器中一个存储单元的目的。1.存储器编址分两个层次存储器编址分两个层次(1) 存储芯片的选择； (2) 芯片内部存储单元的选择。2. 存储器映像存储器映像(1) 线选
7、法 (2) 译码法：对系统剩余的高位地址进行译码，以其译码输出作为片选信号。高效率地利用存储空间，适用于大容量多芯片扩展。常用的译码芯片有：74LS139（双2-4译码器）、74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。3. 74LS138（38译码器）译码器） 3-8 地址译码器：74LS138的Y0、Y1、Y2分别连接三片存储器的片选端CE1、CE2、CE3各片存储器芯片分配地址：0000H1FFFH；：2000H3FFFH；：4000H5FFFH。ABi： 15141312 111098 7 6 5 4 3 2 1 015141312 11109 8 7 6 5 4
8、 3 2 1 0： 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 ： 0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 ： 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111 常用EPROM芯片：Intel 2716 (2KB=2K8位)、2732 (4KB)、2764 (8KB)、27128(16KB)、 27256(32KB)、27512(64KB) EEPROM是电可擦除PROM，既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息 扩展程序存储器扩展程序存储器2716电路电路 EEPROM
9、 既能作为程序存储器又能作数据存储器。 片外存储器读信号= PSEN RD 数据存储器即随机存取存储器（RAM），用于存放可随时修改的数据信息。单片机使用的主要是静态RAM。MCS-51系列单片机片外数据存储器的空间可达64KB，而片内数据存储器的空间只有128B或256B。 1. 常用静态常用静态RAM芯片芯片常见的静态RAM芯片有6264（8K8位）、62256（32K8位）、628128（128K8位）等。2. 静态静态RAM(SRAM)芯片引脚功能芯片引脚功能3. EEPROM芯片芯片常用的EEPROM有2816、2864A等 1）读片外）读片外RAM操作时序操作时序2） 写片外写片外
10、RAM操作时序操作时序 1） 线选法寻址线选法寻址 用线选法外扩3片6264 2）译码法寻址）译码法寻址用译码法扩展4片8K8位存储器芯片连线 二、二、I/I/O接口的功能接口的功能1、速度协调：速度协调： 锁存数据、传送联络信号。锁存数据、传送联络信号。2、数据格式转换：数据格式转换： 并并-串转换、串转换、A/DA/D、D/AD/A转换。转换。3、电平转换：电平转换： 电平幅值或正电平幅值或正/ /负逻辑转换。负逻辑转换。4、输入三态、输入三态缓冲隔离：缓冲隔离： 多个设备信号通过接口三态门隔离干扰信号。多个设备信号通过接口三态门隔离干扰信号。5、输出锁存驱动：输出锁存驱动：驱动多个逻辑部
11、件或大功率执行部件驱动多个逻辑部件或大功率执行部件。微微型型机机I/I/O接接口口I/I/O接接口口I/I/O设设备备I/I/O设设备备原因：原因： 1、单片机本身接口功能有限；、单片机本身接口功能有限； 2、控制应用中的复杂接口要求：速度差异大、控制应用中的复杂接口要求：速度差异大、 设备种设备种类繁多、数据信号形式多种多样。因此，类繁多、数据信号形式多种多样。因此，I/O设备必须通过设备必须通过I/O接口电路与计算机连接。接口电路与计算机连接。 1.有关有关I/O口基础知识口基础知识1） 接口与接口电路接口与接口电路“接口接口” （Interface），具有界面、相互联系等含义，通过接口能
12、），具有界面、相互联系等含义，通过接口能使两个被连接的器件协同工作。单片机接口，则是研究单片机使两个被连接的器件协同工作。单片机接口，则是研究单片机与外部设备之间的连接问题。与外部设备之间的连接问题。单片机与外部设备之间接口界面的硬件电路称为接口电路单片机与外部设备之间接口界面的硬件电路称为接口电路 2） 口或端口口或端口把接口电路中这些已编址并能进行读或（和）把接口电路中这些已编址并能进行读或（和）写操作的寄存器称为端口或简称口写操作的寄存器称为端口或简称口(Port）。）。3） I/O接口的特点接口的特点 异步性异步性 实时性实时性 与设备无关性与设备无关性 4） 并行接口与串行接口并行接
13、口与串行接口按数据传输方式的不同，接口有并行与串行之分，按数据传输方式的不同，接口有并行与串行之分，即并行接口与串行接口。即并行接口与串行接口。5）I/O口的编址方式口的编址方式在在MCS-51单片机系统中，单片机系统中， I/O口地址采用统一编址方式。口地址采用统一编址方式。所谓统一编址方式，就是把所谓统一编址方式，就是把I/O接口中的寄存器与外扩展的接口中的寄存器与外扩展的数据存储器中的存储单元同等对待，合在一起使用同一个数据存储器中的存储单元同等对待，合在一起使用同一个64 KB的外扩展地址空间。的外扩展地址空间。 （1）数据信息：数据信息：微型机与外设交换的数据，微型机与外设交换的数据
14、，经接口数据经接口数据缓冲器缓冲器传送。传送。（2）状态信息：状态信息：反映外设工作状态的信号。反映外设工作状态的信号。（3）控制信息：控制信息：设定设定I/I/O电路工作方式的信号。电路工作方式的信号。数据总线传递三种信息，用不同数据总线传递三种信息，用不同I/I/O地址区别：地址区别：输入输入/ /输出数据缓冲器共用一个输出数据缓冲器共用一个I/I/O地址：数据端口。地址：数据端口。状态状态/ /控制寄存器共用一个控制寄存器共用一个I/I/O地址：控制地址：控制/ /状态端口。状态端口。 DB AB RD WR INT微型机微型机DIO D AIO SRDIO CWR INTI/O接口接口
15、DReadySTBI/O设备设备CPU与与I/O之间接口信号之间接口信号:(每个每个I/O接口分配有对应的接口分配有对应的I/O地址）地址）需要编址的子系统：存储器和接口电路。需要编址的子系统：存储器和接口电路。1、存储器地址方式：、存储器地址方式：统一编址统一编址 I/O接口共用存储器的地址空间，每个接口共用存储器的地址空间，每个I/O端口视为一个存储单端口视为一个存储单元。元。2、专用、专用I/O地址方式：地址方式：独立编址独立编址 有专用有专用I/O控制信号和控制信号和I/O指令。指令。I/O接口独立编址，不占用存接口独立编址，不占用存储器的地址空间。如的储器的地址空间。如的Z80。 M
16、CS-51、96为为存储器地址方式存储器地址方式（统一编址）（统一编址）。 MCS-51单片机有片内单片机有片内I/O接口和扩展接口和扩展I/O接口。接口。 片内片内I/O接口寄存器在接口寄存器在SFR中，使用片内数据存储器空间，扩中，使用片内数据存储器空间，扩展展I/O接口使用片外数据存储器地址空间：接口使用片外数据存储器地址空间： 输出指令：输出指令：输入指令：输入指令：片内寻址：片内寻址：MOV P1，A MOV A，P1片外寻址：片外寻址：MOVX DPTR，AMOVX A，DPTR MOVX R0，AMOVX A，R0（二）查询方式：（二）查询方式： （有条件传送方式）（有条件传送方式）先查询先查询I/I/O设备当前状态，设备当前状态，若准备就绪，则交换数据，若准备就绪，则交换数据，否则循环查询状态。否则循环查询状态。1.1.硬件查询电路：硬件查询电路：设置状态锁存和数据锁存电路。设置状态锁存和数据锁存电路。DBAB微型机微型机AB数据数据端口端口状态状态端口端口外部外部设备设备I/O接口接口D6（一）无条件传送（同步程序传送）方式：（一）无条件传送（同步程序传送）方式：已知
