单片机原理第8章 单片机的系统扩展.pptx

第8章单片机的系统扩展

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一、概述

MCS-51单片机提供了完整的外部数据总线、地址总线和控制总线。很多接口电路做成了标准通用接口芯片，有其独立的总线。用户根据系统的需要，选择适当的接口芯片与单片机的总线对应接好，然后通过程序设定其工作方式，便能组成满足用户需求的单片机应用系统。

值得注意的是，MCS-51单片机的地址总线和数据总线是分时复用的，共同用一组I/O口，即P0口。在应用中，为了能正确分离出从P0口送出的地址信号和数据信号，需要在P0口外部加上地址锁存器，将P0口送出的地址信号锁存，这样就构成了一般的微处理器所具有的独立的数据、地址、控制三大总线，如图8-1所示。在图8-1中，由8031单片机的P0口送出的低8位地址是在ALE锁存信号变高的同时出现的，并在ALE由高到低变化时将P0口的地址信号锁存到外部的地址锁存器中，直到下一次ALE变高，地址总线的数据才发生变化。

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1.单片机的总线

所谓总线是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。按照功能通常把系统总线分成地址总线、数据总线、控制总线。

（1）地址总线

地址总线用于传送单片机的地址信号，以便进行存储单元和I/O口的选择。

地址总线是单向传输，只能从单片机向外部端口发送。地址总线的数目决定了可以直接访问的存储单元的数目。若有n条地址总线，则具有2n个编码状态，对应2n个存储单元地址编码，所能访问的最大地址空间为0～2n-1。MCS-51单片机共

有16根地址总线，所能寻址的地址编码范围为0～65535，即通常所说的64KB。

（2）数据总线

数据总线用于单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。数据总线的位数与单片机的数据处理长度一致。如MCS-51单片机是8位字长，故其数据总线的位数也是8位。数据总线是双向传输，可以从单片机到存储器、I/O口，也可以从存储器、I/O口传送到单片机内部。

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（3）控制总线

控制总线是单片机发出的以控制片外ROM、RAM和I/O口读写操作的一组控制线。

2.扩展方法

（1）数据总线

由于MCS-51单片机没有提供专门的数据总线，而是与P0口共用。P0口既可以用作低8位地址线，又可以用作系统的数据总线，地址和数据信号分时从P0口输出。在实际使用中，通常在P0口外接一个锁存器，用以在ALE信号下降沿到来时锁存住低8位地址信号，之后P0口输出数据，此时因为ALE无下降沿信号，P0口送出的数据信号不会送到锁存器的输出，故不会影响地址信号。数据线直接和外部端口的数据线相连即可。

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（2）地址总线

在MCS-51单片机中，除了P0口的低8位地址线，还有P2口的高8位地址线，它们共同组成16位地址线，以实现连续的64KBRAM的寻址。P2口具有锁存功能，输出的高8位地址信号在整个寻址过程中保持不变。P2口有8根数据线，在实际中应根据实际情况，选择满足寻址空间所需的P2口的地址线条数。

（3）控制总线

在单片机系统扩展中，CPU除了提供数据信号、地址信号之外，还需要提供控制信号。MCS-51单片机除了提供专门的控制信号线，如：ALE、、等，还提供了P3口的第二功能控制线，具体如下：

ALE—锁存信号，用于进行P0口地址线和数据线的分离。

—片外程序存储器“读选通”控制信号。

—外部数据存储器的读选通控制信号。

--外部数据存储器的写选通控制信号。

—程序存储器访问控制信号。当它为低电平时，对程序存储器的访问仅限于外部存储器；为高电平时，对程序存储器的访问从单片机的内部存储器开始，超过片内程序存储器地址时自动转向外部存储器。

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3.存储器的介绍

存储器是组成计算机系统的重要部分，用来存放程序和数据。按照存储器的内部结构划分，可以分为随机存储器和只读存储器。按使用属性分，可将半导体存储器分为RAM和ROM。

（1）随机存储器

根据RAM的结构和功能，RAM又分为两种类型：静态随机存储器(SRAM）和动态随机存储器(DRAM）。SRAM依靠双稳态触发器的两个稳定状态保存信息。每个双稳态电路存储一位二进制代码0或1，一块存储芯片上包含许多个这样的双稳态电路。双稳态电路是有源器件，需要电源才能工作，只要电源正常，就能长期稳定的保存信息，所以称为静态存储器。如果断电，信息将会丢失，属于易失性存储器。而DRAM存储电路以电容为基础，靠芯片内部电容电荷的有无来表示信息，为防止由于电容漏电所引起的信息丢失，就需要