第八章 80C51单片微机的系统扩展原理与接口技术.ppt

第八章80C51单片微机的系统扩展原理及接口技术
系统扩展原理
系统扩展是指单片微机内部各功能部件不能满足应用系统要求时,在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。80C51有很强的外部扩展能力,扩展电路及扩展方法较典型、规范。80C51 主要有程序存储器(ROM)的扩展、数据存储器(RAM)的扩展、I/O口的扩展、中断系统扩展以及其它特殊功能接口的扩展等。
对于单片微机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是指利用单片微机本身具备的三组总线(AB、DB、CB)进行的系统扩展。近几年,由于集成电路设计、工艺和结构的发展,串行扩展法得到了很快发展,它利用SPI三线总线和I2C双线总线进行串行系统扩展。有的单片微机应用系统可能同时采用并行扩展法和串行扩展法。
单片微机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。
80C51系列带总线的芯片引脚可以构成图8-(AB)数据总线(DB)和控制总线(CB)。具有总线的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。
(1)地址总线(AB)
由单片微机P0口提供低8位地址A0~A7,P2口提供高8位地址A8~A15。P0口是地址总线低8位和8位数据总线复用口,只能分时用作地址线。故P0口输出的低8位地址A0~A7必须用锁存器锁存。
锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控制信号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0~A7锁存。P0、P2口在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。
由于地址总线宽度为16位,故可寻址范围为64 KB。

(2)数据总线(DB)
由P0口提供,用D0~D7表示。P0口为三态双向口,是应用系统中使用最为频繁的通道。所有单片微机与外部交换的数据、指令、信息,除少数可直接通过P1口外,全部通过P0口传送。
数据总线是并连到多个连接的外围芯片的数据线上,而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。哪个芯片的数据通道有效,则由地址线控制各个芯片的片选线来选择。
(3)控制总线(CB)
包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片微机的控制线。

系统扩展用控制线有ALE、
·ALE:输出P0 口上地址与数据隔离信号,用于锁存P0口输出的低8位地址的控制线。通常,ALE信号的下降沿控制锁存器来锁存地址数据,通常选择下降沿选通的锁存器做低8位地址锁存器。
· :输出,用于读片外程序存储器(EPROM)中的数据。“读”取EPROM中数据(指令)时,不能用“”信号,而只用信号。
:输入,用于选择片内或片外程序存储器。
当=0时,只访问外部程序存储器。当=1时,先访问内部程序存储器,内部程序存储器全部访问完之后,再访问外部程序存储器。
、:输出,用于片外数据存储器(RAM)的读、写控制。当执行片外数据存储器操作指令MOVX时,自动生成、控制信号。
常用地址锁存器管脚见图8–2。
8D透明锁存器74LS373的锁存允许信号G是电平锁存。当G从高电平转为低电平时,将其输入端的数据锁存在输出端。当ALE为高电平时,8D锁存器74LS373的输入和输出是透明的。当ALE出现下降沿后,8D锁存器74LS373的输出即为A0~A7,这时P0口上出现的是数据,实现了地址低8位和数据线的分离。
在单片微机应用系统中,为了唯一地选择片外某一存储单元或I/O端口,需要进行二次选择。一是必须先找到该存储单元或I/O端口所在的芯片,一般称为“片选”,二是通过对芯片本身所具有的地址线进行译码,然后确定唯一的存储单元或I/O端口,称为“字
选”。
“片选”保证每次读或写时,只选中某一片存储器芯片或I/O接口芯片。常用的方法有四种:“线选法”、“地址译码法”、应用“可编程器件PAL/GAL”或“I/O口线”。
(1) 线选法:。线选法常一般是利用单片微机的最高几位空余的地址线中一根() 作为某一片存储器芯片或I/O接口芯片的“片选”控制线。用于应用系统中扩展芯片较少的场合。
(2) 译码法:用译码器对空余的高位地址线进行译码,而译码器的输出作为“片选”控制线。常用的译码器有3/8译码器74LS138、双2/4译码器74LS139、4/16译码器74LS154等。
3/8译码器74LS138的管脚见图8–3。
·G1、、:使能端。当G1=1, = =0时, 芯片使能。
·C、B、A:译码器输入,高电平有效。
· :译码器输出,低电平有效。
正常情况下,只有一根输出是低电平,其余输出都是高电平。这样,当译码器输出作为单片微机应用系统中外扩芯片的片选控制线时,保证每次读或写时只选中一个芯片。
部分地址线参加译码时,称为部分地址译码,这时芯片的地址会有重叠。16根地