【大學(xué)】微計(jì)算機(jī)與微處理器課件 單片機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)及擴(kuò)展

單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展總線(xiàn)簡(jiǎn)介總線(xiàn)的概念：

所謂總線(xiàn)，就是連接系統(tǒng)中主機(jī)和各擴(kuò)展部件的公共信號(hào)線(xiàn)。

各個(gè)外圍功能芯片通過(guò)三組總線(xiàn)與單片機(jī)相連，達(dá)到系統(tǒng)擴(kuò)展的目的，這三組總線(xiàn)是數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。根據(jù)總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，可按照需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)了。編輯ppt總線(xiàn)結(jié)構(gòu)編輯ppt三總線(xiàn)介紹數(shù)據(jù)總線(xiàn)（DB：DataBus）

數(shù)據(jù)總線(xiàn)用于外圍芯片和單片機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，它是雙向的，可以由單片機(jī)往外圍芯片傳送數(shù)據(jù)，也可以從外圍芯片傳送數(shù)據(jù)到單片機(jī)，還包括從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令。51單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞是用8根線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行的，即它的數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度是8位的，數(shù)據(jù)總線(xiàn)由P0口提供。地址總線(xiàn)（AB：AddressBus）

51單片機(jī)共有16根地址信號(hào)線(xiàn)，即它的地址總線(xiàn)寬度是16位的，地址總線(xiàn)由P0口提供低8位A0-A7（必須外加鎖存器），P2口提供高8位A8-A15，可操作的單元為216，共64K空間?？刂瓶偩€(xiàn)（CB：ControlBus）

除了數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)外，單片機(jī)同外圍芯片傳送數(shù)據(jù)時(shí)，還需要一些控制信號(hào)來(lái)保證數(shù)據(jù)傳送并決定如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如數(shù)據(jù)傳送的方向，將P0口的數(shù)據(jù)和地址分離等，這些信號(hào)線(xiàn)就是控制總線(xiàn)。對(duì)于某一根信號(hào)而言是單向的，對(duì)于所有的控制總線(xiàn)而言是雙向的。編輯ppt總線(xiàn)擴(kuò)展

所有的總線(xiàn)擴(kuò)展片外資源，除ROM以外，都當(dāng)成RAM處理。ROM和RAM的地址可以重疊而不會(huì)相互影響。因?yàn)樵L(fǎng)問(wèn)這兩部分所用的指令是不同的。

MOVX

用于訪(fǎng)問(wèn)外部RAM空間；

MOVC

用于訪(fǎng)問(wèn)ROM空間（片內(nèi)片外都使用該指令）編輯ppt總線(xiàn)擴(kuò)展電路圖編輯ppt鎖存器簡(jiǎn)介

常用的鎖存芯片是74HCT573。

74HCT573是帶三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，OE端為三態(tài)控制信號(hào)，應(yīng)接地允許鎖存的地址信號(hào)輸出。LE端為鎖存控制信號(hào)，高電平有效，即在LE為高電平時(shí)鎖存器的輸出狀態(tài)Q0-Q7和輸入狀態(tài)D0-D7相同，當(dāng)LE為低時(shí)，輸出保持不變，與輸入狀態(tài)無(wú)關(guān)。編輯ppt鎖存器簡(jiǎn)介（二）編輯ppt驅(qū)動(dòng)器件介紹LSHCHCTTTLCMOSCMOSVCC=5VVCC：3—6V通常取5V與TTL兼容H（高電平）≥2.8VH（高電平）≥90%VCCL（低電平）≤0.8VL（低電平）≤10%VCCLS器件和HC器件的區(qū)別編輯ppt總線(xiàn)擴(kuò)展方法（一）

在總線(xiàn)擴(kuò)展中，P0口既作數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用，又作地址總線(xiàn)的低8位使用，是在不同的時(shí)間表示數(shù)據(jù)和地址，這是芯片管腳的復(fù)用方法，擴(kuò)展時(shí)要把P0口的數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)分離開(kāi)來(lái)，分離的方法是利用ALE信號(hào)進(jìn)行地址鎖存。P0口的地址和數(shù)據(jù)復(fù)用圖編輯ppt總線(xiàn)擴(kuò)展方法（二）

在總線(xiàn)擴(kuò)展中，除了正確連接數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)外，還需要注意控制總線(xiàn)的連接方法。RD與WR用于控制數(shù)據(jù)傳送的方向，均為低電平有效，RD有效時(shí)表示單片機(jī)從外圍器件讀取數(shù)據(jù)；WR有效時(shí)表示單片機(jī)向外圍器件寫(xiě)入數(shù)據(jù)。PSEN用于讀取外部程序存儲(chǔ)器，同樣是低電平有效。EA用于選擇單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間，當(dāng)EA為高電平時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位后PC指針指向片內(nèi)0000H地址空間；當(dāng)EA為低電平時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位后PC指針指向片外0000H地址空間。編輯ppt程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（一）

由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器通常已經(jīng)夠用，擴(kuò)展的情況比較少見(jiàn)了。即使擴(kuò)展，只選擇一片存儲(chǔ)器芯片也可滿(mǎn)足要求，一般選擇Flash

ROM擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。因?yàn)槠涫褂梅奖?、價(jià)格適宜，存儲(chǔ)量大，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，也常用于MCS-51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。其常用芯片為AT29010，容量為128K×8。圖9-12三種封裝AT29010A的引腳圖TSOP封裝的引腳圖DIP封裝的引腳圖PLCC封裝的引腳圖編輯ppt程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（二）

使用一片AT29C010A的擴(kuò)展電路編輯ppt程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（三）單片機(jī)讀取擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器指令編輯ppt程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（四）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器AT29C010A的讀時(shí)序編輯ppt數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（一）MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量為128或256個(gè)字節(jié)，在通常的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中還是足夠的，如果需要擴(kuò)展，外部的最大容量為64KB。前面已經(jīng)提到其它功能芯片在三總線(xiàn)的擴(kuò)展方式中，也采用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作方式，需要占用地址，因此在有其它功能芯片的擴(kuò)展系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展容量就不足64KB了。編輯ppt數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（二）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一般連接方法編輯ppt數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（三）1.地址總線(xiàn)的連接存儲(chǔ)器地址總線(xiàn)的高8位A8-A15直接與單片機(jī)P2口對(duì)應(yīng)信號(hào)相連，低8位A0-A7與P0口鎖存后的信號(hào)相連。2.數(shù)據(jù)總線(xiàn)的連接存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)直接與P0口對(duì)應(yīng)相連。3.控制總線(xiàn)的連接RD是單片機(jī)讀取片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的控制信號(hào)，與存儲(chǔ)器的讀控制信號(hào)RD連接。單片機(jī)的信號(hào)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的WR信號(hào)。ALE控制鎖存器分離地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，EA信號(hào)根據(jù)程序存儲(chǔ)器的使用連接。編輯ppt數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（四）單片機(jī)讀取擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序編輯ppt數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（五）單片機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)到擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序編輯ppt擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址計(jì)算擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址計(jì)算是指當(dāng)電路完成后，根據(jù)電路計(jì)算對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)擴(kuò)展器件時(shí)，通常選用線(xiàn)選法、譯碼法等方法實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)不同器件的選擇，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹．?dāng)輸出一地址時(shí)，只選擇其中一個(gè)芯片處于工作狀態(tài)，其他芯片不工作，這樣在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)就不會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的問(wèn)題了，選擇芯片通常是采用片選信號(hào)來(lái)進(jìn)行操作的。編輯ppt擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址計(jì)算舉例編輯ppt擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址計(jì)算舉例編輯ppt擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址計(jì)算舉例地址計(jì)算實(shí)際上就是當(dāng)給出一個(gè)地址時(shí)，根據(jù)地址線(xiàn)上電平的情況，只選通該器件，而此地址對(duì)于其他器件是無(wú)效的，也就是只使被選中的器件使能端口有效，而其他器件在該地址下，使能端無(wú)效。通常把這個(gè)地址叫做這個(gè)器件的器件地址。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，因?yàn)椴僮鞣绞降年P(guān)系，即使擴(kuò)展的器件不是RAM，但是操作時(shí)都是使用MOVX指令，因此可以把外圍的這些器件都當(dāng)成一個(gè)RAM使用，比如A/D、D/A和其他一些接在總線(xiàn)上的數(shù)字芯片。編輯ppt擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址計(jì)算舉例編輯ppt微處理器數(shù)據(jù)傳送方式

單片機(jī)和外設(shè)工作速度的差異使其在交換數(shù)據(jù)或通信時(shí)，有不同的數(shù)據(jù)傳送方式，以達(dá)到高效、方便的數(shù)據(jù)交換。通常有以下幾種方式：1、無(wú)條件傳送方式2、查詢(xún)傳送方式3、中斷傳送方式4、直接存儲(chǔ)器存取方式（DMA）編輯pptI/0的總線(xiàn)擴(kuò)展方式

51單片機(jī)有四個(gè)I/O端口，通常能滿(mǎn)足使用要求，但在使用三總線(xiàn)方法擴(kuò)展的系統(tǒng)中，就只有一個(gè)P1口了，如果不夠的話(huà)，可擴(kuò)展I/O端口。一般采用下面兩種擴(kuò)展方法：1、用74LS××系列TTL芯片擴(kuò)展簡(jiǎn)單的I/O口；

常用的典型芯片為74LS244和74LS245，74LS373和74LS573。2、用可編程接口芯片擴(kuò)展I/O口。

常用的典型芯片為8255A。編輯pptI/0的總線(xiàn)擴(kuò)展方式編輯pptI/0的擴(kuò)展（四）如果端口數(shù)量較多，可以使用專(zhuān)門(mén)的I/O擴(kuò)展芯片進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8255A是INTEL公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片，共有3個(gè)并行接口，均可以使用軟件編程來(lái)設(shè)置其工作方式，因此使用比較方便和靈活。編輯ppt8255A結(jié)構(gòu)圖編輯ppt8255A端口組合功能表CSRDWRA1A0通道選擇與操作功能00100PA口－>數(shù)據(jù)總線(xiàn)00101PB口－>數(shù)據(jù)總線(xiàn)00110PC口－>數(shù)據(jù)總線(xiàn)01000數(shù)據(jù)總線(xiàn)－>PA口01001數(shù)據(jù)總線(xiàn)－>PB口01010數(shù)據(jù)總線(xiàn)－>PC口01011數(shù)據(jù)總線(xiàn)－>控制寄存器1××××數(shù)據(jù)總線(xiàn)呈高阻態(tài)00111非法條件011××數(shù)據(jù)總線(xiàn)呈高阻態(tài)編輯ppt8255A方式控制字編輯ppt8255A連接圖舉例分析編輯pptI/0的非總線(xiàn)擴(kuò)展方式編輯ppt數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口介紹MCS-51單片機(jī)常用于工業(yè)控制和智能儀表中，對(duì)外部狀態(tài)信息進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理后控制外部的操作，而外部的狀態(tài)信息通常是模擬量，如溫度、速度、電壓等，需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)提供給單片機(jī)進(jìn)行處理，處理的結(jié)果又需要轉(zhuǎn)換為模擬量實(shí)現(xiàn)對(duì)外部狀態(tài)的控制。因此，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中通常需要模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）的功能，不具有此功能的單片機(jī)，就需要進(jìn)行A/D和D/A的擴(kuò)展。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器介紹

數(shù)模轉(zhuǎn)換器常稱(chēng)D/A，主要技術(shù)指標(biāo)有： 1、分辨率； 2、轉(zhuǎn)換時(shí)間； 3、滿(mǎn)量程誤差； 4、參考電壓； 5、電源電壓等。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832，主要參數(shù)為： 1、分辨率為8位； 2、轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us； 3、滿(mǎn)量程誤差為±1LSB； 4、參考電壓為（+10V—-10V）； 5、電源電壓為（+5V—+15V）。編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例DAC0832，主要工作方式有以下三種：

1、直通方式

電路簡(jiǎn)單，不需要控制線(xiàn)，只有數(shù)據(jù)信號(hào)，ILE管腳接高電平，CS、WR1、WR2、XFER都接低電平即可。

2、單緩沖方式

把兩個(gè)寄存器中的任何一個(gè)接成直通方式，而用另一個(gè)鎖存數(shù)據(jù)，即為單緩沖方式。

3、雙緩沖方式

一般用于多個(gè)D/A同時(shí)轉(zhuǎn)換輸出的方式。

編輯ppt數(shù)模轉(zhuǎn)換器舉例實(shí)際電路編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器常稱(chēng)A/D，主要技術(shù)指標(biāo)有： 1、輸入通道個(gè)數(shù)； 2、轉(zhuǎn)換位數(shù)； 3、轉(zhuǎn)換時(shí)間； 4、電源電壓等。編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器舉例ADC0804，主要參數(shù)為： 1、輸入通道為單通道； 2、轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us； 3、滿(mǎn)量程誤差為±1LSB； 4、轉(zhuǎn)換位數(shù)為8位； 5、電源電壓為（+5V）。編輯ppt模數(shù)轉(zhuǎn)換器舉例ADC0804連接電路圖編輯ppt常用接口電路解析RS232接口電路圖編輯pptI2C總線(xiàn)介紹

I2C總線(xiàn)是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二進(jìn)制同步串行總線(xiàn)，它只需要兩根線(xiàn)即可在連接于總線(xiàn)上的器件之間傳送信息。

優(yōu)點(diǎn)：器件引腳少，體積小，不需要片選線(xiàn)，支持帶電拔插。

常用的I2C總線(xiàn)外圍通用器件有：SRAM、EEPROM、ADC/DAC、RTC、I/O接口、DTMF等。目前，I2C技術(shù)已經(jīng)在各種單片機(jī)系統(tǒng)特別是家電中得到廣泛應(yīng)用。編輯pptI2C總線(xiàn)介紹I2C總線(xiàn)的特點(diǎn)：

1、總線(xiàn)只有兩根線(xiàn)，即串行時(shí)鐘線(xiàn)和串行數(shù)據(jù)線(xiàn)。2、每個(gè)連接到總線(xiàn)上的器件地址由芯片內(nèi)部硬件電路和外部地址同時(shí)決定。3、它是一個(gè)真正的多主總線(xiàn)，帶有競(jìng)爭(zhēng)監(jiān)測(cè)和仲裁電路。4、同步時(shí)鐘允許器件以不同的波特率進(jìn)行通信，在標(biāo)準(zhǔn)I2C模式下數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)100KB/S，高速模式下可達(dá)400KB/S。5、同步時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線(xiàn)配合使用。6、連接到同一總線(xiàn)上的集成電路數(shù)受400pF的最大總線(xiàn)電容的限制?？偩€(xiàn)上擴(kuò)展外圍器件時(shí)也受器件地址限制。編輯pptI2C總線(xiàn)介紹I2C總線(xiàn)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)地址，從器件的地址包括器件編號(hào)地址和引腳地址，器件編號(hào)地址由I2C總線(xiàn)委員會(huì)分配，引腳地址決定于引腳外接電平的高低，I2C總線(xiàn)上所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址，器件地址由7位組成，它和1位方向位構(gòu)成了I2C總線(xiàn)器件的尋址字節(jié)SLA，格式如下：DA1DA2DA1DA0A2A1A0R/W器件地址引腳地址數(shù)據(jù)方向位編輯pptI2C總線(xiàn)的時(shí)序I2C總線(xiàn)為同步傳輸總線(xiàn)，總線(xiàn)信號(hào)完全與時(shí)鐘同步。起始信號(hào)（S）：在時(shí)鐘SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA出現(xiàn)下降沿，啟動(dòng)I2C總線(xiàn)。終止信號(hào)（P）：在時(shí)鐘SCL為高點(diǎn)評(píng)時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA出現(xiàn)上升沿，停止I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)答信號(hào)（A）：I2C總線(xiàn)上第9個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)于應(yīng)答位。相應(yīng)數(shù)據(jù)線(xiàn)上低電平時(shí)為“應(yīng)答”信號(hào)A，高電平時(shí)為“非應(yīng)答”信號(hào)A。I2C總線(xiàn)上傳送的每一個(gè)字節(jié)幀均為8位，并且高位在前。編輯pptI2C總線(xiàn)的時(shí)序數(shù)據(jù)位傳送：在I2C總線(xiàn)啟動(dòng)后或應(yīng)答信號(hào)后的第1-8個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)的8位數(shù)據(jù)傳送。時(shí)鐘脈沖高電平