单片机系统扩展技术(ppt 44页).ppt

第四章单片机系统扩展技术 第一节系统扩展概述 一 单片机典型扩展方法通过系统总线将各扩展部件连接起来 以使各部件之间传送数据 地址和控制信号 二 单片机系统总线构造总线是连接计算机各部件的一组公共信号线 按其功能通常分为地址总线 AB 数据总线 DB 和控制总线 CB DB P0口 AB P2 P0口 P0口是分时复用的双向数据总线和低8位地址总线 增加一个8位锁存器 通过对锁存器的控制实现对地址 低8位 和数据的分离 地址锁存器74LS373真值表 OEGDQLHHHLHLLLL 不变H 高阻 CB 控制信号线 ALE 地址锁存选通信号 高电平有效 PSEN 扩展程序存储器 外部ROM 读选通信号 低电平有效 EA 内外程序存储器的选择信号 低电平有效 RD和WR 扩展外部数据存储器 RAM 的读 写选通信号 低电平有效 第二节存储器的扩展 一 典型RAM和ROM芯片介绍随机存储器 RAM 读写两种操作 分为静态 SRAM 和动态 DRAM 两种 可编程ROM PROM 内容只能写一次 可改写ROM EPROM 紫外线擦除 可改写ROM EEPROM 电擦除 快擦写ROM flashROM 6116 2KSRAM 6116引脚功能 A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND VccA8A9WEOEA10CED7D6D5D4D3 6116 2732 4KEPROM 2732引脚功能 A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GND VccA8A9A11OE VppA10CEO7O6O5O4O3 2732 二 存储器扩展的基本方法1 存储器扩展的基本问题 扩展容量 16根地址线最大可扩展到64K 扩展要解决的问题 地址线 扩展芯片在64K范围内所占的地址范围 存储器扩展的编址 存储芯片片的选择 片内单元的编址 选择芯片的方法 片选技术 2 存储器扩展的片选技术片选两种方法 线选法和片选法 1 线选法线选法用低位地址线对片内的存储单元进行寻址 用余下的高位地址线分别接至芯片的片选端 以区分各芯片的地址范围 线选法扩展存储器的缺点 各芯片间地址不连续 有相当数量的地址不能使用 eg1扩展三片2K存储芯片 6116 试用线选法给出接线图和地址 编址 P2 7P2 6P2 5P2 4P2 3P2 2P2 1P2 0P0 7 P0 0A13A12A11A10A9A8A7 A01号片0011000000H00110111FFH2号片0010100000H00101111FFH3号片0001100000H00011111FFH地址范围 1 3000H 37FFH2 2800H 2FFFH3 1800H 1FFFH 2 片选法将低位地址总线直接连至各芯片的地址线 将高位地址总线经地址译码器译码后作为各芯片的片选信号 一般使用2 4译码器 3 8译码器 对P2口高位地址线进行译码 适用于大规模扩展 74LS138译码器的引脚图 真值表 eg2扩展三片2K存储芯片 6116 试用片选法给出接线图和地址 编址 P2 7P2 6P2 5P2 4P2 3P2 2P2 1P2 0P0 7 P0 0A13A12A11A10A9A8A7 A01号片0000000000H00000111FFH2号片0000100000H00001111FFH3号片0001000000H00010111FFH地址范围 1 0000H 07FFH2 0800H 0FFFH3 1000H 17FFH 扩展接线结构如图 三 存储器扩展实例eg3线选法扩展二片2K容量6116 一片4K容量2716 2716 0000H 07FFH6116 1 0000H 07FFH6116 2 0800H 0FFFH 第三节I O接口的扩展 一 I O接口技术概述1 CPU和外部设备之间数据传送特点外部设备工作速度差异很大 慢速设备 开关 继电器等 快速设备 磁盘等 CPU无法按固定时序协调各方的工作 外部设备种类繁多 机械式 机电式 电子式 外部设备数据信号多样化 电压信号 电流信号 数字量 模拟量等 外部设备数据传送有近距离 远距离 2 接口电路主要功能速度协调数据锁存三态缓冲总线隔离技术 任一时刻 只允许一个数据源使用数据总线 其余数据源都和数据总线隔离 信号转换 3 I O数据传送方式无条件传送方式外部设备总是处于 准备好 状态 无须测试 随时可以传送数据 查询方式有条件数据传送 I O操作之前 检查I O设备状态 确认已为输入输出作好准备 实行数据传送 中断方式 二 简单I O扩展简单输入口的扩展解决的是数据输入的缓冲问题 利用三态缓冲器可以实现 当输入设备被选通时使数据总线与数据源连通 当输入设备未被选通时把数据总线与数据源隔离 简单输出口的扩展实现数据保持 输出口的扩展通常使用锁存器芯片 三 可编程并行接口芯片可编程I O扩展 还具有状态寄存和命令寄存功能 通过软件编程方式 确定扩展芯片的工作方式 典型芯片 8255A 8155 1 可编程并行接口8255A 结构 引脚功能 CS 片选信号 低电平有效 RD 读信号 低电平有效 WR 写信号 低电平有效 A0 A1 端口选择信号RESET 复位信号 高电平有效 D0 D7 双向三态数据总路线PA 8位I O口PB 8位I O口PC 8位I O口Vcc 电源 5VGND 地 8255A的端口寻址和操作 8255A工作方式方式0 基本输入 输出方式两个8位口PA PB及两个4位口 输入 输出的任意组合 适用于无条件数据传输 也可以对C口进行位操作 以C口某一位状态 实现查询方式数据传送 方式1 选通输入 输出方式 应答I O方式 PA PB用于数据输入 输出 PC为数据传送联络信号 方式2 双向数据传送方式只有PA 能选择该工作方式 适用PC5位口线作控制线 PA工作于方式2下 则PB只能工作在方式0 PC口联络信号定义 数据输入STB 选通脉冲 输入 低电平有效 IBF 输入缓冲器满信号 输出 高电平有效 此信号有效 数据已装入8255A锁存器 状态信号INTR 中断请求信号 输出 高电平有效 当IBF为高电平 信号由低变高 中断请求信号有效 数据输出ACK 外设响应信号 输入 低电平有效 当外设取走数据 并处理完 向单片机发回响应信号 OBF 输出缓冲器满信号 输出 低电平有效 状态信息 输出数据写入8255A锁存器后 信号有效 启动外设接收数据 INTR 中断请求信号 输出 高电平有效 8255A控制字 工作方式控制字 C口位置位 复位控制字C口位置位 复位控制字一种对C口的位操作命令 直接把C口的某位置成1或清0 特征是最高位为0 MCS 51和8255A的接口方法下图为MCS 51和8255A的一种接口逻辑 PA口 PB口 PC口 控制口的地址分别为 7FFCH 7FFDH 7FFEH 7FFFH 2 RAM IO扩展器81558155片内资源 256B的静态RAM两个可编程的8位并行口PA PB一个可编程的6位并行口PC一个可编程的14位减法计数器TC 8155结构 引脚功能 AD0 AD7 地址 数据复用线I O口地址或RAM单元地址 ALE下降沿触发锁存8位地址 ALE 地址锁存信号ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址信息 8155的CE和IO M的状态锁存到8155内部寄存器 IO M I O与RAM选择信号0 对RAM进行读写 1 对I O进行读写CE 片选信号RD WR 读 写选通信号TIMEIN TIMEOUT 定时计数器的计数脉冲输入和输出引脚 PA PB 两个8位口 编程选定输入输出方式PC口 6位输入 输出口 在A口和B口以选通方式 中断方式 进行数据传送时 PC口提供联络信号 各联络信号的定义 8155的命令 状态寄存器命令寄存器 8位寄存器 锁存器 定义8155的工作方式 状态寄存器 7位寄存器 锁存器 锁存I O口和定时 计数器的当前状态 两寄存器用一个口地址 命令寄存器只能写入 状态寄存器只能读出 8155命令字格式 8155状态字格式INTR A口中断请求标志 BF 缓冲器满标志 INTE A口 B口中断允许标志 TIMER 定时器 计数器中断请求标志 RAM单元及I O口编址通过8位地址线AD0 AD7进行编址 通过IO M端口的电平 确定当前寻址是RAM还是I O口 6个可寻编址I O端口 8155与MCS 51单片机连接 8155和MCS 51兼容信号有 AD0 AD7 ALE RESET 可以直接相连 当P0 7 P0 3 00000对应6个可编址端口 范围00H 07H 当P0 7 P0 3为其它组合时 对应RAM 地址为08H FFH 以高位地址直接作为信号 对8155使用16位编址当时 8155内部RAM地址为 0000H 00FFH 当时 8155端口地址为 0100H 0105H 8155的定时器 计数器 14位减法计数器 两个8位寄存器构成 定时器的工作状态控制由命令字D7D6确定 D7D6 00 不影响计数器工作 原来怎么工作还怎么工作 D7D6 01 停止计数 如计数器未启动 则无操作 如正运行 则停止计数 D7D6 10 达到计数值时 计数器减为0 停止 D7D6 11 启动计数 如计数器没运行 则在装入计数值后开始计数 如计数器已运行 则在当前计数值计满后 再以新的计数值进行计数 8155定时器和MCS 51定时器的比较 1 MCS 51定时器 计数器是加法计数 8155定时器 计数器是减法计数 2 MCS 51定时器 计数器有多种工作方式 8155定