[工学]单片机原理及接口技术A第5章.ppt

5.1.1 最小应用系统　　单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的，故应首先熟悉最小系统的结构。所谓最小系统，也称为最小应用系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统。实际上，内部带有程序存储器的AT89C51或AT89S51等单片机本身就是一个最简单的最小应用系统，许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现高性能的控制的。对于内部无程序存储器的芯片来说，则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。 5.1.2 系统扩展的内容与方法　　1．单片机的三总线结构　　当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时，就需要进行扩展。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，常将单片机的外部连线转换为一般的微型计算机三总线结构形式。对于AT89S51单片机，其三总线结构按照下列方式构成。地址总线：由P2口提供高8位地址线，因为P2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，由于P0口是地址、数据分时复用口，因此为保存地址信息，需外加地址锁存器以锁存低8位的地址。一般都用ALE正脉冲信号的下降沿进行锁存。 　　2．系统扩展的内容与方法　　系统扩展一般有以下几方面的内容：　　(1) 外部程序存储器的扩展。　　(2) 外部数据存储器的扩展。　　(3) 输入/输出接口的扩展。　　(4) 管理功能器件(如定时/计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等)的扩展。 　　一般而言，所有计算机扩展连接芯片的外部引脚线都可以归属为三总线结构。扩展连接的一般方法实际上是三总线对接，并要保证单片机和扩展芯片协调一致地工作，即要共同满足其工作时序。单片机系统可使用下列器件进行扩展。　　(1) 使用TTL中、小规模集成电路进行扩展。这是一种常用的简单扩展方法。根据微机系统与总线相连应符合“输出锁存、输入三态”的原则，可以选用TTL锁存器作为输出口，三态门作为输入口。例如，可以选用74LS273、74LS373、8282、8283等器件作为具有锁存功能的输出口，选用8282、8287、74LS244、74LS245等器件作为三态输入口，也可以采用D触发器、R-S触发器作为外设与CPU间通信的应答联络控制电路，这种扩展方法适用于较简单的系统扩展。 　　(2) 采用Intel MCS-80/85微处理器外围芯片来扩展。由于Intel公司在研制生产MCS-51系列单片机产品时使其符合MCS-80/85CPU的总线标准，而AT89S51单片机完全兼容MCS-51系列单片机，因此可以用MCS-80/85系列的外围芯片来扩展单片机系统。　　(3) 采用为MCS-48系列单片机设计的一些外围芯片来扩展。这些芯片中的许多芯片可以直接与MCS-51及其兼容系列单片机连接使用。　　(4) 采用与MCS-80/85外围芯片兼容的其他一些通用标准芯片来扩展。 5.1.3 常用的扩展器件简介　　在单片机系统扩展中用到的扩展器件有很多种，这里我们仅简单介绍一些常用的扩展器件。关于这些器件的详细说明可查阅相关数据手册。　　1．8D锁存器74LS373　　74LS373是一种带三态门的8D锁存器，采用20脚DIP封装，其引脚排列如图5.3所示。 　　3．3-8译码器74LS138　　译码电路通常采用译码芯片，如74LS139(双2-4译码器)、74LS138(3-8译码器)及74LS154(4-16译码器)等，其中以74LS138最为常用。74LS138的引脚排列如图5.5所示。图中，G1、G2A、G2B为3个控制端，只有G1为“1”且G2A、G2B均为“0”时，译码器才能进行译码输出。否则其8个输出端全为高阻状态。　　具体使用时，G1、G2A与G2B既可直接接+5 V端或接地，也可参与地址译码，但其译码关系必须为“100”。必要时也可以通过反相器使输入信号符合要求。 5.2.1 存储器扩展概述　　MCS-51及其兼容单片机的地址总线宽度为16位，因此最大可寻址的外部存储器空间为64 KB，地址范围为0000H～0FFFFH。　　AT89S51单片机内部具有4 KB程序存储器，当程序大小超过4 KB时，就需要进行程序存储器的扩展。另外，其片内数据存储器空间只有128 B，如果片内的数据存储器不够用，则需进行数据存储器的扩展。 　　由于MCS-51及其兼容单片机对片外程序存储器的数据存储器的操作使用不同的指令和控制信号，所以允许两者的地址空间重叠，因此片外可扩展的程序存储器与数据存储器最大都分别为64 KB。但是，为了配置外围设备而需要扩展的I/O口与片外数据存储器统一编址占用相同的地址空间，故片外数据存储器与I/O口共同占用64 KB的扩展空间。　　存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题，即为存储单元分配地址