单片机系统的扩展

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1、第4章单片机系统的扩展4.1系统扩展概述4.2常用的扩展器件简介4.3存储器的扩展4.4I/O口的扩展4.1系统扩展概述4.1.1最小应用系统单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上,内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统,许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。1.片内带程序存储器的最小应用系统片内带程序存储器的8

2、051、8751本身即可构成一片最小系统,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,同时接高电平,ALE、信号不用,系统就可以工作。如图4―1(a)所示该系统的特点如下:(1)系统有大量的I/O线可供用户使用:P0、P1、P2、P3四个口都可以作为I/O口使用。(2)内部存储器的容量有限,只有128B的RAM和4KB的程序存储器。(3)应用系统的开发具有特殊性,由于应用系统的P0口、P2口在开发时需要作为数据、地址总线,故这两个口上的硬件调试只能用模拟的方法进行。8051的应用软件须依靠厂家用掩膜技术置入,故一般只适用于可作大批量生产

3、的应用系统。2.片内无程序存储器的最小应用系统片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时,必须在片外扩展程序存储器。由于一般用作程序存储器的EPROM芯片不能锁存地址,故扩展时还应加1个锁存器,构成一个3片最小系统,如图4―1(b)所示。该图中74LS373为地址锁存器,用于锁存低8位地址。图4―1MCS—51系列最小化系统4.1.2系统扩展的内容与方法1.单片机的三总线结构当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时,就需要进行扩展。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接,常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总线结构形式。对于MC

4、S-51系列单片机,其3总线由下列通道口的引线组成:地址总线:由P2口提供高8位地址线,此口具有输出锁存的功能,能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。数据总线:由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的8位通道口。控制总线:扩展系统时常用的控制信号为:ALE——地址锁存信号,用以实现对低8位地址的锁存。——片外程序存储器取指信号。——片外数据存储器读信号。——片外数据存储器写信号。图4―2为单片机扩展成3总线结构的示意图。这样一来,扩展芯片与主机的连接方法同一般3总线结构的微型计算机就完全一样了。对于MCS-51系列单片机而言,I

5、ntel公司专门为它们配套生产了一些专用外围芯片,使用起来就更加方便。图4―2单片机的3总线结构形式2.系统扩展的内容与方法(1)系统的扩展一般有以下几方面的内容:①外部程序存储器的扩展;②外部数据存储器的扩展;③输入/输出接口的扩展;④管理功能器件的扩展(如定时/计数器、键盘/显示器、中断优先编码器等)。(2)系统扩展的基本方法:①使用TTL中小规模集成电路进行扩展。②采用IntelMCS-80/85微处理器外围芯片来扩展。③采用为MCS-48系列单片机设计的一些外围芯片,其中许多芯片可直接与MCS-51系列单片机连用。④采用与M

6、CS-80/85外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。4.2常用的扩展器件简介在MCS—51单片机系统的扩展中常用的扩展器件如表4―1所示。现将另外几种常用器件简介如下。表4―1MCS—51单片机常用的扩展器件4.2.18D锁存器74LS37374LS373是一种带输出三态门的8D锁存器，其结构示意图如图4―3所示。其中：1D～8D为8个输入端。1Q～8Q为8个输出端。G为数据打入端：当G为“1”时，锁存器输出状态(1Q～8Q)同输入状态(1D～8D)；当G由“1”变“0”时，数据打入锁存器中。图4―374LS373的结构示意图图4―

7、474LS373用作地址锁存器4.2.2总线驱动器74LS244,74LS245总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端和2G控制；双向的有16个三态驱动器，每个方向8个。在控制端有效时(为低电平)，由DIR端控制驱动方向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0”时方向从右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如图4―5所示。图4―5总线驱动器芯片管脚图

8、(a)单向驱动器74LS244;(b)双向驱动器74LS245P2口如外接总线驱动器，可用单向的72LS244,其连接图如图4―6(a)所示。它的两个控制端和均接地，相当于8个三态门均打开，数据从P2口到A8～A15端直通，也就是说。