单片微机原理与接口技术-基于STC15系列单片机（第3版）课件 第14章 总线技术

作者丁向荣单片微机原理与接口技术第14章微型计算机总线扩展技术

14.1微型计算机的总线结构

14.2MCS-51单片机系统扩展

14.1微型计算机的总线结构

1946年6月，匈牙利籍数学家冯．诺依曼提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，构建了由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的这一经典的计算机结构，即冯．诺依曼计算机的经典结构框架（见图1.3）；1971年1月，Intel公司的德．霍夫将运算器、控制以及一些寄存器器集成在一块芯片上，即称为微处理器或中央处理单元（简称CPU），形成了以微处理器为核心的总线结构框架（见图1.4）。返回目录14.1微型计算机的总线结构

微型计算机的核心就是应用了总线结构，以CPU为核心，可以将众多的存储器、I/O接口以及设备并在公共的总线上，通过寻址的方式区分并在总线的装置，并保证在任何时刻只有一个装置与CPU进行数据交换。 地址总线（AddressBus，AB）：地址总线用于寻址，用于确定哪个装置在总线上处于有效状态，能够与CPU进行数据交换。 数据总线（DataBus，DB）：数据交换通道，只有通过地址总线选中的装置的数据通道与CPU数据总线是相通的，其它所有装置的数据通道都处于高阻状态。 控制总线（ControlBus，CB）：用于选择数据交换的类型，一般为“读”和“写”两种。返回目录14.1微型计算机的总线结构

单片机作为微型计算机的一个发展分支，首先通过内部总线将CPU、一定数量的存储器以及I/O接口连接并集成在一块芯片上，构成一个片上微型计算机。MCS-51系列单片机内部具备微型计算机的基本组成以外，同时具有较完善外部总线结构，具有较强外部存储器和外部I/O接口的扩展能力。虽然，MCS-51系列单片机发展到今天，在片内可以集成足够的程序存储器、数据存储器，在应用中不推荐外部扩展程序存储器、数据存储器以及I/O接口，但作为用来学习微型计算机总线技术具有典型的代表意义。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展

MCS-51单片机的系统扩展包括外部程序存储器和外部数据存储器（含I/O接口）。MCS-51单片机数据存储器和程序存储器的最大扩展空间都是64KB，扩展后系统形成两个并行的64KB存储空间。

扩展外部存储器是以单片机为核心，通过系统总线进行的，通过总线把各扩展部件连接起来，并进行数据、地址和信号的传送，MCS-51使用的是并行总线结构，总线包括地址总线、数据总线和控制总线，如图14.1所示。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展

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（1）地址总线AB（AddressBus）

地址总线由P2口提供高8位地址线，P2口具有输出锁存功能，能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。由于P0口分时作为地址线、数据线使用，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低8位的地址信号。一般采用ALE信号的下降沿控制锁存时刻。地址总线是单向的，地址信号只能由单片机向外送出。

地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目，MCS-51单片机的地址总线是16位的，因此，可以产生216(64K)个连续地址编码，即可访问216(64K)个存储单元。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展

（2）数据总线DB（DataBus）

数据总线由P0口提供，数据总线的位数（宽度）与单片机处理数据的字长一致，MCS-51单片机的字长是8位，所以数据总线的位数也是8位。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

MCS-51单片机的控制总线有三根，其中/PSEN是程序存储器的读允许信号，/RD（P3.7）、/WR（P3.6）为数据存储器的读、写控制信号。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.1编址技术

所谓编址，就是如何使用系统提供的地址线，通过适当连接，最终达到系统中的各存储单元（或I/O接口）有不同地址的要求。

一个存储芯片具有一定的地址空间，如地址空间2KB的芯片就有11根地址线（A10~A0），首先芯片的11根地址线（A10~A0）就与单片机（或者说CPU）的低11位地址总线（A10~A0）一一对应相接，单片机（或者说CPU）剩余的地址线就称为剩余高位地址线，即A15~A11。这2KB地址空间在MCS-51单片机的内存空间中被分配在什么位置，由剩余高位地址线A15~A11产生的该芯片的片选信号来决定。当存储器芯片多于一片时，为了避免误操作，必须选用片选信号来分别确定各芯片的地址分配。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.1编址技术

1．线选方式

线选方式即线选择法，是指直接用地址总线的剩余高位地址线中的某一位或几位直接作为存储器芯片的片选信号，如图14.2所示，A11接芯片I的片选端，A12接芯片Ⅱ的片选端，A13接芯片Ⅲ的片选端。当A11、A12、A13中某一根地址线输出低电平，则相应的芯片被选中。为保证各芯片有不同的地址，各芯片不发生地址冲突，A11、A12、A13在任何时候，只能其中的一根地址线输出低电平。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.1编址技术

1．线选方式

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1．线选方式

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2．译码方式

译码方式是指将系统地址总线中除片内地址以外的剩余高位地址线接到地址译码器的输入端参加译码，把译码器的输出信号作为各芯片的片选信号，将它们分别接到存储器芯片的片选端，以实现片选。

译码方式又分为全译码和部分译码两种方式：若剩余高位地址线，只有部分参与译码，存储单元地址也是连续的，但一个单元有多个地址，适用于扩展空间较少时使用，如图14.3所示；若剩余高位地址线全部参与译码，即为全译码，每个单元地址都是连续的，并对应一个唯一的地址，如图14.4所示。

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2．译码方式---部分译码

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2．译码方式---部分译码

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2．译码方式---全译码

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2．译码方式---全译码

返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.2程序存储器的扩展

程序存储器采用只读存储器芯片，在满足容量要求时应尽可能选择大容量芯片，以减少芯片组合数量；采用单片机的/PSEN控制线实现读允许控制，采用MOVC指令对程序存储器进行访问。下面以2764EPROM为例介绍程序存储器的扩展方法。

（1）2764EPROM的数据输出线O0~O7与单片机的数据总线D0~D7（P0.0~P0.7）对应相接；

（2）2764EPROM的输出允许端/OE与单片机的程序存储器输出允许控制端（/PSEN）相接；

（3）2764EPROM的地址线A0~A12与单片机的地址总线A0~A12（P0.0~P0.7的锁存输出、P2.0~P2.4）对应相接；

（4）单片机剩余高位地址线可采用线选法或译码法对2764EPROM芯片实现片选。

返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.2程序存储器的扩展

1线选法

如图14.5所示为线选法实现片选的程序存储器扩展连接图，2764（1）、2764（2）、2764（3）芯片的地址范围为：C000H~DFFFH、A000H~BFFFH、6000H~7FFFH。返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.2程序存储器的扩展

1译码法

如图14.6所示为译码法（部分译码）实现片选的程序存储器扩展连接图，2764（1）、2764（2）、2764（3）芯片的地址范围（当A15设为0时）为：0000H~1FFFH、2000H~3FFFH、4000H~5FFFH。

返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.3数据存储器的扩展

数据存储器采用随机存取存储器芯片，在满足容量要求时应尽可能选择大容量芯片，以减少芯片组合数量；与程序存储器扩展不同的是：数据存储器芯片有读、写控制端，连接时与单片机的读（P3.7）、写（P3.6）控制端对应相接，地址总线、数据总线的连接方法与程序存储器的扩展是一致的。如图14.7所示为采用线选法扩展4KB数据存储器的连接图，6116RAM(1)、6116RAM(2)的地址范围（当A13~A15设为0时）为：1000H~17FFH、0800H~0FFFH。

返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.3数据存储器的扩展

返回目录14.2MCS-51单片机系统扩展14.2.4I/O接口的扩展

I/O接口的地址空间是与数据存储器公用一个地址空间，其连接方法与数据存储器的扩展是基本一致的，但在扩展时要注意：数据存储器的地址与I/O接口的地址