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

微計(jì)算機(jī)與微處理器單片機(jī)系統(tǒng)總線及擴(kuò)展本課件將深入探討單片機(jī)系統(tǒng)總線及其擴(kuò)展技術(shù)，涵蓋總線分類、結(jié)構(gòu)、時(shí)序、仲裁、擴(kuò)展技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵概念。了解這些內(nèi)容對于深入理解單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用至關(guān)重要。單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成概述硬件單片機(jī)芯片、存儲器、輸入輸出接口、總線等軟件操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序等單片機(jī)系統(tǒng)硬件組成1中央處理器CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、控制數(shù)據(jù)流、管理系統(tǒng)運(yùn)行2存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù)，包括ROM、RAM3輸入輸出接口連接外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換4總線系統(tǒng)用于連接CPU、存儲器、輸入輸出接口中央處理器CPU算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制單元CU控制CPU的工作流程寄存器組臨時(shí)存儲數(shù)據(jù)和指令存儲器只讀存儲器ROM存儲固定的程序和數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失隨機(jī)存取存儲器RAM存儲臨時(shí)數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)丟失輸入輸出接口串行接口以串行方式傳輸數(shù)據(jù)，適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸并行接口以并行方式傳輸數(shù)據(jù)，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸特殊功能寄存器SFR用于控制和配置外設(shè)總線系統(tǒng)總線是單片機(jī)系統(tǒng)中連接各功能模塊的電子線路，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制信號，是系統(tǒng)各個(gè)部件之間通信的橋梁?？偩€分類數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)信息地址總線指定訪問的存儲單元或外設(shè)控制總線控制數(shù)據(jù)傳輸過程總線結(jié)構(gòu)1單總線結(jié)構(gòu)所有信號共用一條總線，成本低，但速度慢2多總線結(jié)構(gòu)不同類型的信號使用不同的總線，速度快，但成本高3分散總線結(jié)構(gòu)將總線分成多個(gè)子總線，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性總線信號數(shù)據(jù)信號用于傳輸數(shù)據(jù)信息地址信號用于指定訪問的存儲單元或外設(shè)控制信號用于控制數(shù)據(jù)傳輸過程總線時(shí)序時(shí)鐘信號用于同步系統(tǒng)各個(gè)部分的工作數(shù)據(jù)有效信號指示數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)有效讀寫信號指示CPU是讀取數(shù)據(jù)還是寫入數(shù)據(jù)總線仲裁1集中式仲裁由一個(gè)專門的仲裁器負(fù)責(zé)2分散式仲裁每個(gè)設(shè)備都有仲裁邏輯3鏈?zhǔn)街俨迷O(shè)備以鏈?zhǔn)竭B接總線擴(kuò)展1總線緩沖擴(kuò)展使用緩沖器隔離負(fù)載2外圍設(shè)備接入總線連接外部設(shè)備3總線擴(kuò)展芯片提供總線擴(kuò)展功能外圍設(shè)備接口1并行接口數(shù)據(jù)并行傳輸2串行接口數(shù)據(jù)串行傳輸并行接口特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速度快，但線路復(fù)雜應(yīng)用適用于打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備串行接口特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速度慢，但線路簡單應(yīng)用適用于鼠標(biāo)、鍵盤、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備總線擴(kuò)展技術(shù)概述總線擴(kuò)展是指在不改變原有總線結(jié)構(gòu)的情況下，增加新的設(shè)備或功能模塊，以滿足系統(tǒng)不斷增長的需求?？偩€緩沖擴(kuò)展使用總線緩沖器隔離總線上的負(fù)載，提高總線的驅(qū)動(dòng)能力，延長總線長度，增加連接設(shè)備的數(shù)量。外圍設(shè)備接入總線通過接口電路將外圍設(shè)備接入總線，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與單片機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換?？偩€擴(kuò)展芯片專門設(shè)計(jì)用于總線擴(kuò)展的芯片，提供總線仲裁、地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖等功能，方便實(shí)現(xiàn)總線擴(kuò)展。多處理器系統(tǒng)使用多個(gè)CPU共同工作，提高系統(tǒng)處理能力，適用于需要高性能計(jì)算的任務(wù)。多總線系統(tǒng)使用多條總線連接不同的功能模塊，提高系統(tǒng)效率，避免單條總線的擁堵?？偩€標(biāo)準(zhǔn)化為了保證系統(tǒng)兼容性和互操作性，總線需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？偩€標(biāo)準(zhǔn)化是指對總線結(jié)構(gòu)、信號、時(shí)序、協(xié)議等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范?？偩€標(biāo)準(zhǔn)化的意義總線標(biāo)準(zhǔn)化能夠提高系統(tǒng)的兼容性，促進(jìn)不同廠商的產(chǎn)品之間的互操作性，方便用戶選擇和使用設(shè)備，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展?？偩€標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)總線標(biāo)準(zhǔn)化具有開放性、通用性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，便于不同廠商的設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通，促進(jìn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性?？偩€標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展總線標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)歷了從單一總線到多總線、從低速總線到高速總線的演變過程，不斷滿足新技術(shù)和新應(yīng)用的需求。ISA總線標(biāo)準(zhǔn)ISA總線標(biāo)準(zhǔn)是早期PC機(jī)常用的總線標(biāo)準(zhǔn)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，但傳輸速度較慢。PCI總線標(biāo)準(zhǔn)PCI總線標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用最為廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)之一，具有速度快、帶寬高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臺式機(jī)、服務(wù)器等領(lǐng)域。USB總線標(biāo)準(zhǔn)USB總線標(biāo)準(zhǔn)是一