单片机系统扩展与接口技术.ppt

单元九单片机系统扩展与接口技术系统扩展的含义

单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、定时器、中断系统、存储器等计算机的基本部件（即系统资源），但是对一些较复杂应用系统来说,有时感到以上资源中的一种或几种不够用，这就需要在单片机芯片外加相应的芯片、电路，使得有关功能得以扩充，我们称为系统扩展（即系统资源的扩充）。
接口的含义：
接口是连接单片机与外围电路、芯片、设备（如I/O设备、A/D、D/A设备）的中间环节。接口牵涉到包括外围电路、设备、芯片的结构、使用方法、时序要求；单片机本身的硬件、软件资源等很多问题。
接口技术要解决系统扩展时单片机与相应芯片的接口（如地址总线、数据总线、控制总线的连接）与编程问题。
系统扩展和接口技术一般有以下几方面内容：
1.外部总线的扩展
2.外部存储器的扩展
3.输入、输出接口的扩展
4.管理功能部件（如定时/计数器、键盘/显示器等）的扩展
5.A/D和D/A的接口技术7.1外部总线的扩展图7.2地址锁存器的引脚和接口二、总线驱动在对TTL负载驱动时,只需考虑驱动电流的大小;在对MOS负载驱动时,MOS负载的输入电流很小,更多地要考虑电平的兼容和分布电容的电流。
一般TTL电平和CMOS电平是不兼容的，CMOS电路能驱动TTL电路，而TTL电路一般不能驱动CMOS电路，在TTL电路和CMOS电路混用的系统中，应特别注意。1．常用的总线驱动器
系统总线中地址总线和控制总线是单向的,因此驱动器可以选用单向的,如74LS244。74LS244还带有三态控制,能实现总线缓冲和隔离。.
系统中的数据总线是双向的,其驱动器也要选用双向的,如74LS245。74LS245也是三态的,有一个方向控制端DIR,DIR=1时输出(An→Bn),DIR=0时输入(An←Bn)。图7.3总线驱动器芯片管脚(a)单向驱动器；(b)双向驱动器2.总线驱动器的接口7.2外部存储器的扩展
MCS－51系列单片机数据存储器和程序存储器的地址空间是相互独立的。
MCS－51系列单片机具有64K的程序存储器寻址空间和64K的片外数据存储器寻址空间。
如果系统需要用到的存储器超过了单片机本身具有的容量，就要进行片外程序存储器或者数据存储器的扩展。程序存储器的扩展要解决的几个问题：
.程序存储器的作用——存放程序代码或常数表格
.扩展时所用芯片——一般用只读型存储器芯片（可以是
EPROM、E2PROM、FLASH芯片等）。
.扩展电路连接——用EPROM2716、2732等扩展程序存
储器。
.存储器地址分析——单片机输出什么地址值时，可以
指向存储器中的某一单元。图7.5MCS-51单片机程序存储器的扩展原理图2.8读外部程序ROM时序2.EPROM扩展芯片2716有五种工作方式,见表7.1。图7.72716与8031的连接图由图7.7可确定2716芯片的地址范围。方法是A10～A0从全0开始,然后从最低位开始依次加1,最后变为全1,相当于211=2048个单元地址依次选通,称为字选。即3.E2PROM2864A的扩展表7.22864A工作方式图7.92864A与8031的接口电路7.2.2外部数据存储器的扩展图2-9读外部数据RAM时序2.静态RAM芯片表7.36264的工作方式图7.12扩展6264静态RAM6264的8KB地址范围不唯一（因为A14A13可为任意值）,6000H~7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写一个数据DATA时,可用如下指令:
MOVA,＃DATA
MOVDPTA,＃6000H
MOVX@DPTR,A
从７FFFH单元读一个数据时,可用如下指令:
MOVDPTR,＃7FFFH
MOVXＡ,@DPTR7.2.3多片存储器芯片的扩展图7.13用线选法实现片选各芯片的地址范围如下:2.译码法寻址
译码法寻址就是利用地址译码器对系统的片外高位地址进行译码,以其译码输出作为存储器芯片的片选信号,将地址划分为连续的地址空间块,避免了地址的间断。
译码法仍用低位地址线对每片内的存储单元进行寻址,而高位地址线经过译码器译码后输出作为各芯片的片选信号。常用的地址译码器是3/8译码器74LS138。
译码法又分为完全译码和部分译码两种。

完全译码：译码器使用全部地址线，地址与存储单元一一对应；
部份译码：译码器使用部份地址线，地址与存储单元不是一一对应。部份译码会大量浪费寻址空间，对于要求存储器空间大的微机系统，一般不采用。但对于单片机系统，由于实际需要的存储容量不大，采用部份译码可简化译码电路。
例要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器空间,分配的地址范围为0000H~3FFFH。
本例采用完全译码方法。
(1）确定片数。
因0000H~3FFFH的存储空间为16