文档介绍：第4章 MCS-51单片机系统的扩展技术
主要内容:MCS-51单片机系统扩展的基本原理和方法。常用器件的选择和应用,常用总线标准和典型接口电路。要求学生掌握单片机系统扩展的原理、方法,并能根据工程要求进行系统扩展。重点在于常用器件的选择和应用,常用总线标准和典型接口电路,单片机系统扩展的基本原理和方法。难点在于存储器地址重叠,灵活运用所学知识根据实际需要进行系统扩展。。
MCS-51单片机系统扩展概述
系统扩展是指为加强单片机某方面功能,在最小应用系统基础上,增加一些外围功能部件而进行的扩充。
MCS-51系列单片机的外部扩展原理
-51系列单片机的片外总线结构
MCS-51系列单片机具有很强的外部扩展功能。其外部扩展都是通过三总线进行的。
(1)地址总线(AB)
地址总线用于传送单片机输出的地址信号,宽度为16位, P0口经锁存器提供低8位地址,锁存信号是由CPU的ALE引脚提供的;P2口提供高8位地址。
(2)数据总线(DB)
数据总线是由P0口提供的,宽度为8位。
(3)控制总线(CB)
控制总线实际上是CPU输出的一组控制信号。
MCS-51单片机通过三总线扩展外部设备的总体结构图如下图所示。
-51系列单片机系统的扩展能力
片外可扩展存储器的最大容量为216=64KB,地址范围为0000H~FFFFH。允许片外程序存储器和数据存储器的地址重叠。
I/O接口的编址方法:一种是独立编址,另一种是统一编址。MCS-51单片机采用了统一编址方式,即I/O端口地址与外部数据存储单元地址共同使用0000H~FFFFH(64KB)。当MCS-51单片机应用统扩展较多外部设备和I/O接口时,要占去大量的数据存储器的地址。
MCS-51单片机系统地址空间的分配
系统空间分配:通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片选/使能等信号就是系统空间分配。
编址:编址就是利用系统提供的地址总线,通过适当的连接,实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编址就是研究即系统地址空间的分配问题。
片内寻址:若某芯片内部还有多个可寻址单元,则称为片内寻址。
编址的方法:芯片的选择是由系统的高位地址线通过译码实现的,片内寻址直接由系统低位地址信息确定。
产生外围芯片片选信号的方法有三种:线选法、全地址译码法和部分译码法。
线选法:直接以系统空闲的高位地址线作为芯片的片选信号。优点是简单明了,无须另外增加电路,缺点是寻址范围不惟一,地址空间没有被充分利用,可外扩的芯片的个数较少。线选法适用于小规模单片机应用系统中片选信号的产生。
2. 全地址译码法
全地址译码法:利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译码,以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有:74LS139,74LS138,74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只有惟一的一个系统空间地址,不存在地址重叠现象;对存储空间的使用是连续的,能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电路较多,。全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法。
1. 线选法
3. 部分地址译码法
部分地址译码法:单片机的未被外扩芯片用到的高位地址线中,只有一部分参与地址译码,其余部分是悬空的。优点是可以减少所用地址译码器的数量。缺点是存储器每个存储单元的地址不是惟一的,存在地址重叠现象。因此,采用部分地址译码法时必须把程序和数据存放在基本地址范围内,以避免因地址重叠引起程序运行的错误。
存储器的扩展
存储器是计算机系统中的记忆装置,用来存放要运行的程序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储器,根据用途可以分为程序存储器(一般用ROM)和数据存储器(一般用RAM)两种类型。
MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题:
(1)选择合适类型的存储器芯片
只读存储器( ROM )常用于固化程序和常数,可分为掩膜ROM、可编程PROM、紫外线可擦除EPROM和电可擦除E2PROM几种。若所设计的系统是小批量生产或开发产品,则建议使用EPROM和E2PROM;若为成熟的大批量产品,则应采用PROM或掩膜ROM 。
随机存取存储器( RAM )常用来存取实时数据、变量和运算结果。可分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两类。若所用的RAM容量较小或要求较高的存取速度,则宜采用SRAM;若所用的RAM容量较大或要求低功耗,则应采用DRAM,以降低成本。
此外,还可以选择OTP ROM、Flash存储器、FRAM、NVSRAM、用于多处理机系统的DSRAM(双端口RAM)等。
(2)工作速度匹配
MCS-51的访存时间(单片