单片机系统扩展总线

1、6.4 单片机系统扩展总线1. MCS-51 单片机扩展结构特点 扩展都是通过接口来扩展，需要注意 I/O 口的结构特点。 I/O 口的复用和多用 I/O 口的复用： 由于受到引脚数限制， P0 口复用， 既作低 8 位地址线， 又作数据线，但分时使用，用 ALE 信号锁存切换。 I/O 口的多用： P3 口可作通用 I/O 口，在扩展时， 具有“第二功能”。P3.0RXDP3.2INT0P3.4T0P3.6WRP3.1TXDP3.3INT1P3.5T1P3.7RD 产生接口控制信号的指令MCS-51 无 I/O 专用指令，把 I/O 寄存器看成存储器的一部分，所以对I/O 寄存器的操作都用数

2、据传输指令。 输入指令MOVA,P1MOVRi,P1 MOVRn,P1MOVdirect,P1MOVXA,RiMOVXA,DPTR 输出指令MOVP1,AMOVP1,Ri MOVP1,RnMOVP1,directMOVXRi,AMOVXDPTR,A2.扩展总线由于数据线与低8位地址线复用P0 口 ,为了把它们分离与片外芯片相连,通常要加锁存器才能构成总线结构XTALIXTA1_21 8875180E18031RACK1rxd TXDvetvssP3.0PJ.1P2ai rPSFN EA P3£ P3.7 P3.Z>=oFIST期E PStN EAWR INTO INI 1地址锁

3、存6.5 存储器扩展1. EPROM 扩展(1) 程序存储器有独立的地址空间(0000HFFFFH),可寻址范围64 kB。 程序存储器与数据存储器共用地址总线和数据总线(2) 对片内有 ROM/EPROM 的单片机，片内ROM 与片外ROM采用相同的操作指令，片内与片外程序存储器的选择靠硬件结构实现，即由EA的高低电平来选择。(3) 虽然程序存储器与数据存储器地址重叠，但不会发生冲突。因为程序存储器使用单独的控制信号和指令，用PSEN作为读操作信号，读取数据用MOVC 查表指令。而读取数据存储器用 RD信号和MOVX指令,(4) 随着大规模集成电路的发展，单片程序存储器的容量越来越大，构成系

4、统时所使用的EPROM芯片数量越来越少，因此地址选择大多采用线选法，而不用地址译码法P0MCS-51P1ALEP2P3PSENEA指令8DI锁存器EPROME2. RAM扩展MCS-51系列单片机的片内RAM只有128字节(51型)或 256字节(52 型)，如果还不能满足应用要求，就需要进行 RAM扩展，扩展时要注意以下几 占：八、(1) RAM 与EPROM 地址空间重叠(0000HFFFFH),寻址范围都为64kB，但由于使用不同的控制信号和指令，RAM使用RD/WR控制线读/写，而 EPROM用PSEN作为读操作控制线，故共用地址总线和数据总线不会发生冲 突。(2) I/O及外围接口与

5、RAM实行统一编址，即任何扩展的I/O 口及外设 均占用RAM地址空间。(3) 访问内部RAM和外部RAM，应选用不同的指令。 当访问内部 RAM 时，使用 MOV 指令，可用寄存器间接寻址或直接寻 址MOV A Ri/directMOV Ri/direct , A ( i = 0 , 1) 当访问外部 RAM 时，只能使用 MOVX 指令和寄存器间接寻址。 两种情 况若访问外部RAM的首页，即前256字节，可用下述两条指令：MOVXA, RiMOVXRi, A ( i = 0 , 1)若访问整个64 k外部RAM，则应用下述两条指令：MOVXA, DPTRMOVXDPTR, A若当前 DPT

6、R 数据指针另有它用，又需访问整个 64 k 外部 RAM ，这时低 8位地址仍用Ri ( i = 0或1)寄存器间接寻址，而高8位可采用预先通过P2 口 输出地址码的方法。例如：MOVP2 ，#02H；P2 口预置高位字节地址02HMOVR1 ，#25H；低 8 位地址 25H 送 R1MOVXA, R1；将 0255H 内容送 A或MOVX R1 , A；将 A 内容送 0255H单元3. 片选方法及其地址空间在一个较复杂的应用系统中，有时需扩展多片存储器。多片扩展时，各片的数据线、地址线和控制线都并行挂接在系统三总线上，但每片的片选信号CE要分别处理。产生片选控制信号的方法有两种，即线选

7、法和译码法。(1)线选法所谓线选法，即用所需的低位地址线进行片内存储单元寻址，余下的高位地址线可分别作不同芯片的片选信号，当某芯片对应的片选地址线输出有效电平时，该芯片被选中，作选通操作。下图为采用线选法扩展3片2764A的电路原理图。BOOOH7FFFHAdnOHFFFFHC00IJH-DH-FHA13Al 4AISFL7VIAF2JLrVALtEL74LSG2764A(3) OE Ch -ObA i*Ai 囲Z764VD 況6 42764A(即 征3 -g住从图可知，扩展3片2764A除CE片选信号外，其余完全同8031扩展一 片2764A的电路设计。图中三片2764A的三个片选端CE分别

8、与8031的高 位地址线P2.5、P2.6和P2.7相连。当A13、Al4、A15分别为低电平时，选 中对应的2764A芯片。因此三片存储器各片的地址范围是：2764A 地址范围：C000HDFFFH2764A(2)地址范围：A000H BFFFH2764A(3)地址范围：6000H 7FFFH由此可见，该扩展系统的3片2764A，占用了全部16根地址总线，但寻 址的范围之和却只有24 KB，且地址范围不连续。实际上浪费了较大的地址空 间。因此线选法适用于系统中存储器和接口资源较少的情况。译码法所谓译码法是指由低位地址线进行片内寻址，高位地址线经过译码器译码产生不同芯片的片选信号。译码法又分为

9、全译码和部分译码两种方式。全译码方式是将所余的高位地址线全部参与译码，即作为译码器的输入线， 译码器的输出作为片选线。在全译码片选方式下，每个芯片的地址范围是唯一的， 不存在地址重叠问题。部分译码方式是取所余高位地址线中的部分线参与译码， 译码器的输出作片 选线。这种方式下，由于未参与译码的高位地址线状态是不确定的， 使得各芯片 的地址不唯一，存在着地址重叠。在译码法中，常用译码器有74LSL38和74LS139等。74LS138是“3-8”译码器，有3个选择输入端，对应8种输入状态。输 出端有8个，每个输出端分别对应8种输入状态中的1种，低电平有效，即对 应某一种输入状态，仅允许1个输出端为

10、低电平，其余全为I。另外还有3个 片选控制引脚 G1、G2A和G2B，只有当同时满足 G1 = 1、G2A = 0和G2B二0时，才能选通译码器，否则译码器无输出有效。74LS139是双“2 -4”译码器，每个译码器仅有1个片选端1/2G ，低 电平选通；有2个选择输入（A、B），4个译码输出（YO丫3 ），输出低电平有效。11Hc15YD1JI3A7UI3BTlid1YZ£12冠&11石?IDYEQg砺AIYJGNU托1AC'Gza 61 一YJGND 1YU叵1Y?rw1«一 ¥CC215JG3144 7<S1W13D512rTYfl6I

11、t 1710SF4:一2Y310这是采用74LS139译码器扩展3片2764A的电路原理图。6.6 并行接口扩展在应用系统中，通常需要使用较多的键盘和LED数码管显示器，就需要扩展I / O 口来实现。MCS-51单片机有32根I/O线，如果P0P2 口已用于扩展，用户只能 用P1和部分P3 口作为I/O线，不够用就需要扩展I/O 口按MCS-51的结构，扩展的I/O 口采取与外部 RAM统一编址万法， 即两者合用64 k地址空间。因此，CPU可以像访问外部RAM那样访问外部I /O 口，对I/O 口进行输入/输出操作。I/O 口扩展芯片主要有通用可编程并行接口芯片和TTL、CMOS锁存器、缓

12、冲器电路芯片两大类。常用的可编程并行接口芯片有 8255可编程并行接口 ：含三个8位并行接口 PA、PB和PC 口。 8155/56(CE/CE ) 可编程多功能接口 ：含三个并行接口 PA(8)、PB(8)和PC(6) 口256个字节SRAM和1个14位定时器/计数器8155可编程并行I/O接口的扩展1 . 8155的引脚及内部结构8155芯片为40引脚双列直插封装，单一的+5V电源，其引脚及内部结构 如图所示。1<XHADo-7 *T1MEB F5JTUI1R OUT C>PAmPCtWx (+JV) VB (CNJ1)ALL A Flo AD. ADi Alb AD* AD*

13、 AIH ADtTIMER INRFSW PCiTTM1R Oin-155 23, S召i7書牛IIOHII2“141516门皿1920nu nHU nd4nw3fiT73ti33M33323 130欝2K27加w24nz22IALErdTR fc-RFSKT-AD7AD0 :三态地址/数复用总线。与单片机的低8位地址/数据总线(P0 口)相连。_IO/M : I/O 口或RAM 选择信号。当IO/M = 1时，选择8155的I/O 口，AD7AD0上的地址为I/O 口地址。当IO/M = 0时，则选择8155的 片内RAM，AD7AD0上的地址为8155中RAM单元地址(00HFFH)。CE

14、 :片选信号，低电平有效ALE :地址锁存信号。8155内部设有地址锁存器，在 ALE的下降沿将单 片机P0 口输出的低8位地址信息及CE ,10 /M的状态都锁存到8155内部锁 存器。因此P0 口输出的低8位地址信号不需要外接锁存器。RDT读选通信号，控制对8155的读操作。WR：写选通信号，控制对8155的写操作。PA 7PA0 : 8位通用I/0 口，其输入输出的流向可由程序控制。PB7PB0 : 8位通用I / 0 口，功能同A 口。PC5PC0 :既可作6位通用I/0 口，也可作为A 口和B 口的控制信号 线，这些可通过程序控制。RESET :复位信号。该端施加大于 640 n s

15、的正脉冲时，将8155复位， 复位后A 口、B 口、C 口均置为输入方式。TIMER IN :定时/计数器脉冲输入端。TIMER OUT :定时/计数器输出端。2.8155的地址编码及工作方式8155内部有7个寄存器，6个寄存器地址。当cE=0、IO/M=1 时，CPU对I/O 口进行读写，访问那个寄存器决定于低3位地址A2 A1 A0A2 A1 A0。选中的寄存器地址0 0 0命令（写入”状态（读出）寄存器00H0 0 1PA 口01H0 1 0PB 口02H0 1 1PC 口03H1 0 0定时器低8位04H1 0 1定时器高8位05H命令寄存器与状态寄存器共用一个地址， 命令寄存器只能写

16、入，状态寄存器 只能读出。命令寄存器：8位，只能写入用 MOVDPTR, #XXXXXXXXXXXXX000BMOVA, #XXHMOVXDPTR,AD3D0规定工作方式D5、D4分别规定PB 口和PA 口的中断D7、D6用于控制计数器1M2IEBIEA0PBPAIr- D?D5 m Dm Dg D Do定义A口 i*定义=输人方式1 =龜出方虫i o-M人方式 i- ffi m方式00= ALT1< 方式 D11- ALT方式2） 01 = ALTl< 方式；J EO =- ALT。（方武斗）桂制A 口中断t |0 =禁止申霸1=允许中新控制和中飙（00=柞不彭响定时丿计数為操柞

17、二停止罡时/计數器摆作從时器命令；£ “二若楚时/讣数器正在卄戴：则计數回F"时停止卄敷11二定时/卄数器在裳人工惟方式和计數长建后讥即启动计數 吝iL在计數,计戟结桌后*按新的育式翱常数计数8155的A 口、B 口可工作于基本I/O方式或选通I/O方式 C 口可工作于基本I/O方式，也可以作为 A 口、B 口在选通工作方 式时的状态控制信号线。当C 口作为状态控制信号时，其各位的作 用如下：PC0 : AINTR （A 口中断请求线）PC1PC2PC3PC4PC5ABFASTBBINTRBBFBSTB（A 口缓冲器满信号）（A 口选通信号）（B 口中断请求线） （B 口缓

18、冲器满信号）（B 口选通信号）在不同方式下，A 口、B 口及C 口工作方式定义如下:PC2 PC1工作方式00 ALT1 : C 口为输入，A 口，B 口为基本输入/输出11ALT2 : C 口为输出，A 口，B 口为基本输入/输出01ALT3 : A 口为选通输入/输出，B 口为基本输入/输出。PC0 为 AINTR ,PC1 为 ABF ,PC2 为 ASTB ,111；1'PC3 PC5 :为输出。'|0飞先通BALT4BI： ,Ai口、B为 ASTB ,为 BSTB。（丨.I .8155内的状态)I OPC1 为 ABF，PC2& 勵甫眉,j °冃无中胸请求,PC5PC3 为 BtNYR，C4为 bBf允许中斷 禁止牛斷状态寄存器：78155内的状态寄存器，用于锁存输入请厶输出口和定时/计数器 的当前状态，供cpu查询用。状态寄存器端口地址与命令寄存器相 ，状态寄存器的内容只能读出不能写入。同，低8位也是00H用 MQV dPTR_