单片机应用系统扩展课件.ppt

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1、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

2、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。相关基础知识一、单片机系统扩展结构简介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（AdressBus，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(DataBus，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（ControlBus，CB

3、）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

4、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

5、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”。二、地址空间分配和外部地址锁存器1、存储器地址空间分配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

6、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）74LS13874LS138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G1G2A*G2B*CBAY7*Y6*Y5*Y4*Y

7、3*Y2*Y1*Y0*（2）74LS13974LS139是双2-4译码器。两个译码器完全独立，分别有各自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端。下面以74LS138为例，介绍如何进行地址分配。例要扩8片8KB的RAM6264，如何通过74LS138把64KB空间分配给各个芯片？64KB地址空间的分配如图所示。3、外部地址锁存器地址锁存器芯片:74LS373、74LS573等。（1）.锁存器74LS373带有三态门