第八章 最新单片机系统扩展及接口技术.ppt

1、第八章单片机系统扩展及接口技术,扩展三总线的产生扩展程序存储器扩展数据存储器简单I/O口的扩展单片机已经集成了CPU、I/O接口、定时器、中断系统、存储器等计算机基本部件即最小应用系统，但对一些较复杂应用而言，该系统不能满足需要，所以要在单片机芯片外增加相应的芯片、电路，使有关功能得到扩充，我们称为系统扩展。,第一节系统三总线的扩展性能,MCS-51系列单片机系统扩展主要包括存储器扩展和I/O口的扩展。存储器扩展分为程序存储器的扩展、数据存储器的扩展。它们的扩展能力为：1程序存储器可扩展至64KB；2数据存储器可扩展至64KB；3I/O口的扩展。目前的MCS-51单片机都是三总线结构，即地址总

2、线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。单片机的扩展即是通过使用这三总线实现。下面首先了解片外总线的工作原理：1、地址总线:：由P2口提供高8位地址线，此口具有输出锁存的功能，能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。2、数据总线:：由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的8位通道口。3、控制总线：控制信号的具体定义见表8-1。,表8.1控制信号功能,图8-1为单片机扩展成3总线结构的示意图。这样一来，扩展芯片与主机的连接方法同一般3总线结构的微型计算机就完全一样了。对于MCS-51系列单片机而言，Intel公司专门为它们配套生产了一些专用外围芯片，使用起来就更加方便。,图81单片机的

3、3总线结构形式,第二节程序存储器的扩展,8051内部本身具有4KB的ROM，当程序量超过4KB的ROM时，就需要扩展外部程序存储器。在对外部程序存储器进行扩展时，所用的存储器种类繁多，此处先简单介绍几种典型的存储器芯片。一、几种典型的存储器芯片-可擦除ROM(EPROM或EEPROM)芯片的内容由用户写入,并允许反复擦除重新写入。1、常用的EPROM芯片,A10A0地址线,I/O7I/O0数据线,Vpp编程电源,Vcc主电源,2716的管脚图,常用的是INTEL公司的27系列EPROM芯片，包括2716（2K*8位）、2732（4K*8位）、2764（8K*8位）、27128（16K*8位）等

4、。,11条地址线,8条数据线,A12A0地址线,I/O7I/O0数据线,Vpp.编程电源,Vcc.主电源,2764的管脚图,2、常用的芯片EEPROM芯片每个字节可改写万次以上,信息的保存期大于10年。这种芯片给计算机应用系统带来很大的方便,不仅可以修改参数,而且断电后能保存数据。它的缺点是价格偏高。常用的是INTEL公司的28系列芯片，包括2817A（2K*8位）、2864A（8K*8位）、28128A（16K*8位）等。,A10A0地址线,I/O7I/O0数据线,RDY/BUSY器件忙闲状态指示,2817的管脚图,二、程序存储器扩展方法MCS51单片机扩展外部程序存储器的硬件电路如下：在C

5、PU访问外部程序存储器时，P2口输出地址高8位，P0口分时输出地址低8位和送指令字节。此处仅讨论EPROM的扩展，类似。,QQ,2716与8031的硬件连接图,1、单片2716扩展电路,其中74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器，其结构示意图如图43所示。其中：D0D7为8个输入端。Q0Q7为8个输出端。G为数据打入端：当G为“1”时，锁存器输出状态(Q0Q7)同输入状态(D0D7)即将P0口内容送入A0A7；当G由“1”变“0”时，数据仅存入锁存器中，不再向外传送数据。,P0.7P0.0,ALE,注：地址范围从全“0”到全“1”，由于A15A11没有使用（因为只使用了11条地址线）故地

6、址范围是XXXXX00000000000BXXXXX11111111111B。而0000000000000000B0000011111111111B(即0000H7FFFH)仅是其中的一个地址范围。2、多片2764的扩展电路与单片EPROM扩展电路相比，多片EPROM的扩展出片选线CE外，其它均与单片扩展电路相同，片选线接法有两种：线选法和地址译码法。以下以2764为例。（1）线选法扩展单片机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线2764存储容量为8KB，所以有13根地址线A0A12，与8051地址线相连后，由于51有16根地址线，所以还剩下3根可与2764的片选线CE相连，如下图所示。下图中

7、MEM1地址范围为0DFFFH0C000H，MEM2地址范围为0BFFFH0A000H，MEM3地址范围为7FFFH6000H。,可以为任意0或1但一旦定下来则不可改变,DH=1101B,CH=1100B,2764与8051的连接图注：课本上该图要改动,线选法优点：硬件简单，不需要地址译码器，用于芯片不太多的情况。缺点：1）每个存储器芯片之间的地址不连续。2）容易出现多片存储器芯片被同时选中的情况。例如上图中令P2.7=P2.6=P2.5=0。（2）地址译码法单片机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。常用的地址译码器为3-8译码器。38译

8、码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片，其管脚图如课本所示。其中，E1、E2、E3共3个控制端，只有当E3为“”且E2、E1均为“0”时，译码器才能进行译码输出。否则译码器的8个输出端全为高阻状态。译码输入端与输出端之间的译码关系如课本表8-3所示。,74LS138引角图,此处仅用了74LS138输出端中的3位，一个74LS138最多可扩展八个2764。注：课本该图需改正,第三节数据存储器的扩展,数据存储器即随机存取存储器(RandomAccessMemory),简称RAM,用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不同,对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储器,断电后所存信息

9、立即消失。按其工作方式,RAM又分为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。静态RAM只要电源加上,所存信息就能可靠保存。一、外部数据存储器的扩展方法下图是数据存储器的基本扩展电路。从图中可以看出，数据存储器的扩展电路中的控制信号是和。单片机的和分别接RAM的读允许和写允许，实现读/写控制。是RAM的片选端，在只有一个芯片的情况下，直接接地，处于常选通状态。当有多个扩展芯片时，CE的连接方式决定着它的地址范围。其余与程序存储器接法相同。,MCS-51单片机数据存储器的扩展原理二、静态RAM的扩展常用的静态RAM芯片有6116（2K*8位），6264（8K*8位），62128（16K*8位）等。

10、此处以6264为例讲述静态RAM的扩展。下图仅有一个6264，若再扩展时，线选法同样最多可扩展至3个，地址译码法通过3-8译码器时最多可扩展至8个。,A12A0地址线,I/O7I/O0数据线,CE2.片选线2,6264的管脚图,P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0,ALEEA,A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0,D7Q7D0GQ0,181714138743,191615129652,11,1,8031,6264(8K8),OEWECE1,RDWRP2.7,74LS373,CE2,P2.4P2.3,A

11、12A11,+5V,1k,虽然单片机本身的I/O口能实现简单的I/O操作，但其功能毕竟十分有限。此外，虽然单片机有4个8位并行双向I/O口，但在实际应用中，这些口往往不能全部用于I/O操作。因此有时要对I/O口进行扩展。I/O口扩展的扩展类型可分为：简单并行I/O口扩展，可编程并行I/O口扩展。此处为了简便我们只讨论简单并行I/O口扩展。当所需扩展的外部I/O接口数量不多时，可以利用TTL电路或CMOS电路进行简单的I/O接口的扩展。可以作为I/O扩展的芯片有74LS373、74LS377、74LS244、74LS245、74LS273、74LS367、CD4014、CD4094等。实际应用中经常会遇到开关量、数字量的输入输出，如开关、键盘、数码显示器等外设,主机可以随时与这些外设进行信息交换。在这种情况下，只要按照“输入三态,输出锁存”与总线相连的原则,选择74LS系列的芯片即能组成简单的I/O扩展接口。例如采用8位三态缓冲器74LS244组成输入口，采用8D锁存器74LS273、74LS373、74LS377等组成输出口。,第四节I/O口扩展,1、用74LS244扩展并行输入口的电路74LS244是一种三态输出的8总线缓冲驱动器，无锁存功能。其引脚如图所示，当它的控制端和为低电平时，输出端Y的状态与输入端A相同；当和为高电平时，输出呈高阻状态。输入设备输入的数据可