《第八章单片机应用系统扩展.ppt

第八章 单片机应用系统扩展设计基础 8.1 程序存储器扩展 8.2 数据存储器扩展设计 8.3 并行I/O扩展设计 8.4 外部中断扩展方法 MCS-51单片机虽然在一块芯片上集成了计算机的基本功能部件，已具备了很强的功能。但在比较复杂的应用场合，其存储器I/O端口或中断源等往往略显不够、所以往往要根据需要对单片机系统进行功能扩展。特别是对8031型这种内部无程序存储器，单片机必须有外部扩展程序存储器EPROM，才可用于实际应用系统。 本章重点介绍常用扩展接口电路及其设计方法。 系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部件扩展。 外部存储器扩展又包括程序存储器扩展和数据存储器扩展。AT89C51采用的是哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。 89C51单片机采用并行总线结构，大大增加了系统的灵活性，使扩展易于实现，各扩展部件只要符合总线规范，就能很方便地接入系统。 AT89C51系统并行扩展结构如所示。 系统总线按功能分为三组。 （1）地址总线（Adress Bus，AB） 地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器选择。地址总线是单向传输的。 （2）数据总线(Data Bus，DB) 数据总线用于在单片机与存储器之间或与I/O端口之间传送数据。数据总线是双向的，可以进行两个方向的传送。 （3）控制总线（Control Bus，CB） 控制总线实际上就是单片机发出的各种控制信号线。 下面讨论如何构造系统三总线 1．以P0口作为低8位地址/数据总线 AT89C51由于受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复用。 为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般CPU相类似的片外三总线，见下图。 2. 以P2口的口线作为高位地址线 P2口的全部8位口线用作高位地址线，再加上P0口经地址锁存器提供的低8位地址，便形成了完整的16位地址总线，使寻址范围达到64KB。 3．控制信号线 除了地址线和数据线之外，还要有系统的控制总线。这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功能信号。其中包括： （1）/PSEN信号作为外扩程序存储器（ROM）的读选通控制信号。 （2）/RD和/WR信号作为外扩数据存储器（RAM）和I/O接口的读、写选通控制信号。 （3）ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 （4）/EA信号作为内、外程序存储器的选择控制信号。 尽管89C51单片机有4个并行的I/O口，共32条口线，但由于系统扩展的需要，真正作为I/O口使用的，就剩下P1口和P3口的部分口线了。 如何把外部各自的64KB空间分配给各个程序存储器、数据存储器芯片，并且使程序存储器的各个芯片之间，数据存储器各芯片之间，为避免发生数据冲突，一个存储器单元对应一个地址，这就是存储器的地址空间的分配问题。 在外扩的多片存储器芯片中，AT89C51要完成这种功能，必须进行两种选择： 一是必须选中该存储器芯片（或I/O接口芯片），这称为“片选”，只有被“选中”的存储器芯片才能被AT89C51读出或写入数据。为了片选的需要，每个存储器芯片都有片选信号引脚， 二是在“片选”的基础上再选择该芯片的某一单元，称为“单元选择”。 常用存储器地址空间分配方法有两种：线选法和译码法 1．线选法 直接利用系统的高位地址线（P2）作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的“片选”控制信号。为此，只需要把用到的高位地址线与存储器芯片的“片选”端直接连接即可。 优点是电路简单，不需要另外增加地址译码器硬件电路，体积小，成本低。 缺点是可寻址的芯片数目受到限制。 而且地址空间不连续。 *一般只适用于外扩芯片数目不多的单片机系统的存储器扩展。 2．译码法 使用译码器对89C51的高位地址进行译码，将译码器的译码输出作为存储器芯片的片选信号。是最常用的地址空间分配的方法，它能有效地利用存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。 常用的译码器芯片有74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。 几种常用芯片介绍 （1）74LS138 74LS138是3-8译码器，有3个数据输入端,经译码产生8种状态。 74LS138译码器真值表 输 入 输 出 G1 G2A* G2B* C B A Y7* Y6* Y5* Y4* Y3* Y2* Y1* Y0* （2）74