[工学]单片机第五章 系统扩展.ppt

第五章 系统扩展 5.1 MCS-51的最小系统及系统扩展 5.2 MCS-51系统总线扩展技术 5.3 存储器扩展 5.4 并行I/O扩展 5.5 其它扩展 5.1 MCS-51的最小系统及系统扩展 最小系统 使单片机能运行的最少器件构成的系统。对于无ROM的单片机芯片如8031必须扩展ROM，复位、晶振电路；而对于有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、晶振电路即可。 通常，采用8051/8751/89C51的最小系统最能发挥单片机体积小、成本低的优点。但很多情况下，最小系统并不能满足应用要求。 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。 首先，为了节省成本，单片机内部所配置的存储器容量一般都比较小（如：8031内部有128字节的RAM和0字节的ROM），往往满足不了实际应用系统的需要，需要从外部扩展RAM和ROM以满足实际要求。 其次，为了使单片机按照人们的要求工作，就需要将必要的命令和数据输入单片机，单片机也需要把运算的结果以一定的方式输出出来，要完成这些工作，仅仅依赖于单片机系统原配的接口往往难以胜任，这就需要一定的输入输出接口扩展，还有一些其它方面的扩展。 总之单片机系统的扩展一般包含以下几方面的内容: 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 管理功能器件的扩展(如定时/计数器扩展、中断扩展、通信接口扩展等)。 5.2 MCS-51系统总线扩展技术 总线：就是用来连接计算机系统中各扩展部件的一些公共连接信号线。 三总线结构：根据总线中各信号线在器件连接中所起的作用不同，将信号线分成了三类： （1）地址总线（Address Bus）：用于实现计算机与外部器件之间地址信号的传递，一方面实现了将这些不同的外部器件分别编入了单片机的不同的外部空间单元（编址），另一方面也能实现计算机对这些不同的空间单元访问时形成对这些器件的分别选择（寻址）。 （2）数据总线（Data Bus）：用于实现计算机与外部器件之间的数据信号的传递。 （3）控制总线（Control Bus）：用于实现计算机与外部器件之间的控制信号（如读写、选通、Ready等）的传递。 5.2.1 MCS-51的系统总线结构 （1）地址总线: P2口提供地址总线的高8位 P0口分时复用，提供地址总线的低8位。（但是对于P0 口它一方面作为地址总线的低8位，另一方面还将作为数据总线，所以P0口提供的低8位地址需要外部电路进行锁存） （2）数据总线: 由P0口提供。 （3）控制总线: 一部分包括ALE、PSEN、EA等，另一部分包括 P3 口提供部分扩展系统时常用的控制信号，如RD和WR等。 单片机的总线结构图 地址锁存器常常采用带三态缓冲输出的８Ｄ锁存器，如74LS373、74LS273等实现，ＡＬＥ为地址锁存信号，在其下降沿将Ｐ０口的内容锁存住，而这时Ｐ０口的内容恰好就是外部数据的地址低８位，当访问外部程序存储器时ＡＬＥ和Ｐ０口的时序对应关系如下图所示： 利用74LS373构成的外部系统总线如图所示： 5.2.2 MCS-51的总线驱动 在单片机应用系统中, 扩展的三总线上往往挂接很多负载, 如存储器、并行接口、A/D接口、显示接口等, 但总线接口的负载能力有限（大部分仅仅能够驱动4个TTL电路）, 这时便需要通过连接总线驱动器对单片机的系统总线进行驱动。 根据总线信号流通的方向不同，可以将这些总线驱动分成两大类： 单向驱动：只有一个传输方向的信号（如地址信号） 双向驱动：有两个传输方向的信号（如数据信号） 5.2.2.1 单向驱动 单向总线驱动常常选用74LS244来实现。74LS244是三态输出的八缓冲器，由2组、每组四路输入、输出构成。每组有一个控制端（ 和 ）控制，控制端的高或低电平决定该组数据被接通还是断开。 74LS244的功能表 用74LS244构成的高8位地址总线驱动电路 5.2.2.2 双向驱动 对于双向总线驱动常常选用74LS245来实现。74LS245是8路双向数据总线驱动芯片，具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。常常用来扩展数据总线。74LS245内部结构如图所示： 74LS245的功能表 用74LS245构成的8位数据总线驱动电路 对于P0口的双线驱动器74LS245，使接地保证芯片一直处于工作状态，而输入/输出的方向控制由单片机的数据存储器的“读”控