单片机并行接口扩展

单片机原理及接口技术,第,8,章并行接口扩展,本章学习要求：,1.,掌握单片机最小应用系统；,2.,掌握单片机并行扩展总线；,3.,掌握并行扩展的片选编址方法；,4.,掌握外部存储器的并行扩展；,5.,掌握,I/O,口的并行扩展。,第八章 并行接口扩展,但在有些应用中，片内的这些硬件电路还不够用，需要在单片机外增加新的电路（芯片），也就是所谓的扩展。,单片机内部的硬件电路已基本上构成具有基本形式的微机系统，可以满足许多控制场合的需要。这些电路包括定时器、中断、串行接口、内部数据存储器、外部程序存储器等。,例如，对于,MP3,来讲，由于需要存储大量的歌曲，仅仅使用,128,字节片内数据存储器是不够用的，就需要在外部扩展数据存储器。,本章安排：,8-1 MCS-51,单片机最小应用系统,8-2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,8-3,外部存储器的扩展,8-4,并行,I/O,口的扩展,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,1.89S51,单片机的内部电路,:,4KB,片内程序存储器,128,字节片内数据存储器,2,个定时器,1,个全双工异步串行通讯接口,2.89S51,单片机最小系统需要的外部电路,:,时钟电路,复位电路,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,3.,关于复位电路,两种复位电路,上电复位,按键复位,复位电路在,RESET,引脚上产生,10mS,以上的高电平。,复位电路目的,PC,指针指向程序存储器的,0000H,单元,SFR,全部置固定的初始值,SP 07H,P0 FFH,P1 FFH,P2 FFH,P3 FFH,其它,00H,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,振荡周期，大小由外接晶体决定。,如外接晶体为,12MHz,则振荡频率（,fosc,）为,12MHz,振荡周期约为,83.3ns,外接晶体及电容,内部,振荡电路,内部时钟,分频电路,状态周期，由,fosc,二分频获得。,如,focs,为,12MHz,则状态周期频率为,6MHz.,振荡周期约为,167ns,ALE,地址锁存信号,由,fosc,六分频得到。,如,focs,为,12MHz,则,ALE,脚输出脉冲频率为,2MHz.,脉冲周期为,500ns,机器周期，由,fosc,十二分频获得。,如,focs,为,12MHz,则机器周期频率为,1MHz.,机器周期为,1us,4.,关于时钟电路,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,fosc,两个振荡周期构成一个状态周期；,六个状态周期构成一个机器周期。,8.1 MCS-51,单片机最小应用系统,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,地址总线,(AB-,AddressBus,),地址总线宽度,16bit,（,A15,：,0,），寻址空间,64KByte,；,P0,口提供低,8,位地址,A7,：,0;,P2,口提供高,8,位地址,A15,：,8,；,数据总线,(DB-,DataBus,),数据总线宽度为,8bit(D7:0),；,P0,口提供,8,位数据总线；,控制总线,(CB-,ContolBus,),ALE,：地址锁存信号，锁存,P0,口提供的,A7,：,0,；,/WR,：外部数据存储器写信号；,/RD,：外部数据存储器读信号；,/PSEN,：外部程序存储器读信号。,8.2.1 MCS-51,单片机的外部并行总线,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,写时序,MOV A,#4FH,MOV DPTR,#300DH,MOVX DPTR,A,0DH,30H,4FH,启动写操作,结束写操作,写入时间,t,指令,-,端口,-,时序,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,读时序,已知,300DH,单元内数据为,3FH,MOV DPTR,#300DH,MOVX A,DPTR,0DH,30H,外部,RAM,输出,300DH,单元数据,停止输出数据,指令,-,端口,-,时序,8D,锁存器,74HC373,8.2.2,地址锁存,(P0,口地址数据复用信号的分离,),8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,LE,信号为高，输入随输出变化；,LE,信号为低，输出保持不变。,什么是,D,锁发器,?,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,外部总线写时序,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,8.2.3,扩展并行接口的片选方法（寻址方式）,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,6264,8Kbyte,A12:0,/WR,/RD,A15:0,D7:0,/CS,/CS,/CS,/CS,I,II,III,IV,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,一 线选法寻址,直接将未使用的高位地址线连到芯片的片选信号上。,该方法具有电路简单的特点，仅适合简单系统的扩展。,A15,/CS-I,A14,/CS-II,A13,/CS-III,A12:0,芯片,寻址空间,片选地址,0,1,1,x,I,6000H-7FFFH,6000H,1,0,1,x,II,A000H-BFFFH,A000H,1,1,0,x,III,C000H-DFFFH,C000H,在编排片选地址时,将未参与片选的地址线赋,0,。,选择芯片,选择单元,二 译码法,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,将未使用的高位地址进行译码，以其译码输出作为扩展芯片的片选信号片的片选信号上。,该方法是最常用的寻址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容量、多芯片系统的扩展。,译码器？,3-8,译码器,74HC138,74HC138,真值表：,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,8.2 MCS-51,单片机的外部扩展性能,CBA,芯片,片选地址,寻址空间,111/CS-IV E000H,(E000H-FFFF),110/CS-III C000H,(C000H-DFFF),101/CS-II A000H,(A000H-BFFF),100/CS-I 8000H,(8000H-9FFF),/CS-I,/CS-II,/CS-III,/CS-IV,8.3,外部存储器的扩展,8.3.1,存储器分类,静态随机存储器,SRAM,，可写可读，掉电数据丢失,6116,6264,62256,动态随机存储器,DRAM,，可写可读，需要动态刷新，掉电数据丢失,掩膜只读存储器,ROM,，数据由半导体工厂写入,定制,一次可编程只读存储器,OTP,，只允许写入一次,可擦除可编程只读存储器,EPROM,，可写入，需要紫外线擦除,2716,，,2732,，,2764,，,27256,电可擦除可编程只读存储器,EEPROM,，可写入，可擦除,2816,2817,2864,闪存,FLASH ROM,，可写入，可擦除,AT29C010,SST39F080,，,SST39F016,8.3,外部存储器的扩展,随机存储器,RAM,Random Access Memory,只读存储器,ROM,Read Only Memory,静态随机存储器,SRAM,Static RAM,动态随机存储器,DRAM,Dynamic R,AM,EPROM,Erasable Programmable ROM,EEROM,Electrically Erasable Programmable ROM,闪速存储器,Flash ROM,表,:,存储器常用术语,8.3,外部存储器的扩展,8.3.2,外部数据存储器的扩展,一,.SRAM,芯片,6264,只要保持芯片通电,存储的内容就永久保持,断电，存储的内容丢失,存储容量,8KByte,13,根地址线，,A12,：,0,寻址空间,0000H-1FFFH,8,位数据线，,D7,：,0,4,根控制线,/CS1,：片选信号,1,CS2:,片选信号,2,/WE,：写信号,/OE,：读信号,二,.,扩展,6264,的电路连接,8.3,外部存储器的扩展,8.3,外部存储器的扩展,线选法,C000H-DFFFH,A000H-BFFFH,8.3,外部存储器的扩展,片选地址,:,Y0:0000H,Y1:2000H,Y2:4000H,Y3:6000H,Y4:8000H,Y5:A000H,Y6:C000H,Y7:E000H,译码法,0000H-1FFFH,2000H-3FFFH,8.3.3,外部程序存储器的扩展,8.3,外部存储器的扩展,一,.EPROM,芯片,27256,15,根地址线，,A14,：,0,寻址空间,0000H-7FFFH,8,位数据线，,D7,：,0,2,根控制线,/CE,：片选信号,/OE,：读信号,需要专用编程器烧写程序,;,程序擦除需要专用紫外线灯照射,;,掉电数据不会丢失,;,单片机只能对,EPROM,进行读操作,;,存储容量,32KByte.,二,.,扩展,27256,的电路连接,8.3,外部存储器的扩展,8.3,外部存储器的扩展,8.3.4,存储器小结,内部数据存储器,00H-FFH,MOV,指令,外部数据存储器,0000H-FFFFH,MOVX,指令,用,/WR,、,/RD,选通,内部程序存储器,0000H-,FFFF,H,MOVC,指令,/EA,接高电平,外部程序存储器,0000H-FFFFH,MOVC,指令,/EA,接低电平,用,/PSEN,选通,8.4,并行,I/O,口的扩展,为什么要扩展,I/O,口？,如何扩展,I/O,口：外部,I/O,口与外部数据存储器统一编址。,8.4,并行,I/O,口的扩展,对于功能复用引脚，一旦用作第二功能，该引脚就不能再用做第一功能。,8.4,并行,I/O,口的扩展,使用,8D,锁存器,74HC373,扩展,8,位输出接口,;,使用,8,位三态缓冲器,74HC244,扩展,8,位输入接口,.,8.4.1,简单并行,I/O,口扩展,8.4,并行,I/O,口的扩展,口地址,口地址,8.4,并行,I/O,口的扩展,74HC02,引脚图、逻辑图、真值表,74HC32,引脚图、逻辑图、真值表,8.4,并行,I/O,口的扩展,8.4,并行,I/O,口的扩展,8.4.2,可编程,I/O,口的扩展,常用可编程外围扩展芯片：,型号,名称,说明,8155,可编程,RAM/IO,扩展接口,22,个,I/O,口,256B,的,SRAM,，,14,位定时器,/,计数器,8255,可编程外围并行接口,24,个,I/O,口,8251,可编程串行通讯接口,扩展异步串行接口,8253,可编程定时,/,计数器,扩展定时器,8279,可编程键盘,/,显示接口,扩展键盘和显示接口,1.8155,内部结构与引脚,8.4,并行,I/O,口的扩展,AD7AD0,：地址数据线（地址数据复用）,/CE,：片选信号，低电平选中,/WR,：写信号，低电平有效,/RD,：读信号，低电平有效,ALE,：地址锁存信号,IO/M,：,IO,接口与,SRAM,选择信号,1,选择,IO,接口，,0,选择,SRAM,PA7PA0,：端口,A,PB7PB0,：端口,B,PC5PC0,：端口,C,RESET,：复位信号,VCC,：电源,+5V,VSS,：地,8.4,并行,I/O,口的扩展,8.4,并行,I/O,口的扩展,2.8155,与,MCS-51,单片机的连接,8.4,并行,I/O,口的扩展,3.8155,芯片内,SRAM,的使用,(,前提为片选按照前页的电路连接,),256,字节片内,SRAM,端口地址：,/CE,脚接,/Y5,高,3,位参与译码的地址为,101,；,IO/M,接,A8,，应该为低电平；,因此,片选地址为,101x_xxx0_xxxx_xxxxB,A000H,；,前提为片选按照前页的电路连接。,可寻址空间,256,字节：,101x_xxx0_0000_0000B101x_xxx0_111