第9章 单片机系统总线及扩展
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成于大气 信达天下
总 线 结 构
Chengdu University of Information Technology
成于大气 信达天下
三 总 线 介 绍
Chengdu University of Information Technology
数据总线（DB：Data Bus）
数据总线用于外围芯片和单片机之间传送数据，它是双向的，可 以由单片机往外围芯片传送数据，也可以从外围芯片传送数据到单片 机，还包括从外部程序存储器读取指令。51单片机的数据传递是用8根 线同时进行的，即它的数据总线宽度是8位的，数据总线由P0口提供。
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扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
地址计算实际上就是当给出一个地址时，根据 地址线上电平的情况，只选通该器件，而此地址对 于其他器件是无效的，也就是只使被选中的器件使 能端口有效，而其他器件在该地址下，使能端无效。
Chengdu University of Information Technology
单片机写数据到扩展数据存储器的时序
成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算
Chengdu University of Information Technology
扩展数据存储器的地址计算是指当电路完成 后，根据电路计算对应的数据存储器的地址。当系 统中有多个扩展器件时，通常选用线选法、译码法 等方法实现CPU对不同器件的选择，并进行数据传 输的。当输出一地址时，只选择其中一个芯片处于 工作状态，其他芯片不工作，这样在数据传输时就
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2
PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 8255A D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
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微处理器数据传送方式
Chengdu University of Information Technology
单片机和外设工作速度的差异使其在交换
数据或通信时，有不同的数据传送方式，以达
到高效、方便的数据交换。通常有以下几种方
式： 1、无条件传送方式 2、查询传送方式 3、中断传送方式 4、直接存储器存取方式（DMA）
I/0 的 扩 展（四）
Chengdu University of Information Technology
如果端口数量较多，可 以使用专门的I/O扩展芯片进 行I/O口的扩展。 8255A是INTEL公司生 产的通用可编程并行I/O接口 芯片，共有3个并行接口， 均可以使用软件编程来设置 其工作方式，因此使用比较 方便和灵活。
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总 线 扩 展
Chengdu University of Information Technology
所有的总线扩展片外资源，除ROM以外， 都当成RAM处理。ROM和RAM的地址可以重叠 而不会相互影响。因为访问这两部分所用的 指令是不同的。 MOVX 用于访问外部RAM空间； MOVC 用于访问ROM空间（片内片外都使 用该指令）
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数 据 存 储 器 的 扩 展（二）
Chengdu University of Information Technology
数据存储器的一般连接方法
成于大气 信达天下
WR
数 据 存 储 器 的 扩 展（三）
1. 地址总线的连接 存储器地址总线的高8位A8-A15直接与单片机 P2口对应信号相连，低8位A0-A7与P0口锁存后的信 号相连。 2. 数据总线的连接 存储器的8位数据信号线直接与P0口对应相连。 3. 控制总线的连接 RD是单片机读取片外数据存储器的控制信号， 与存储器的读控制信号RD连接。单片机的 信号连接 数据存储器的WR信号。ALE控制锁存器分离地址和 数据信号，EA信号根据程序存储器的使用连接。
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I/0 的 总 线 扩 展 方 式
Chengdu University of Information Technology
51单片机有四个I/O端口，通常能满足使 用要求，但在使用三总线方法扩展的系统中， 就只有一个P1口了，如果不够的话，可扩展 I/O端口。一般采用下面两种扩展方法： 1、用74LS××系列TTL芯片扩展简单的I/O口；
单片机的系统扩展
课件密码：stud
电子实验中心 赵 建 E—mail:zhaojian@
总 线 简 介
Chengdu University of Information Technology
总线的概念：
所谓总线，就是连接系统中主机和各扩
展部件的公共信号线。
各个外围功能芯片通过三组总线与单片 机相连，达到系统扩展的目的，这三组总线 是数据总线、地址总线和控制总线。 根据总线的结构，可按照需要对单片机 系统进行相应的扩展设计了。
不会造成数据传输错误的问题了，选择芯片通常是
采用片选信号来进行操作的。
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扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
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扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
常用的典型芯片为74LS244和74LS245， 74LS373和74LS573。
2、用可编程接口芯片扩展I/O口。
常用的典型芯片为8255A。
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I/0 的 总 线 扩 展 方 式
Chengdu University of Information Technology
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总线扩展电路图
Chengdu University of Information Technology
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锁 存 器 简 介
Chengdu University of Information Technology
常用的锁存芯片是74HCT573。 74HCT573是带三态门的8D锁存器， OE端为三态控制信号，应接地允许锁存的地 址信号输出。LE端为锁存控制信号，高电平 有效，即在LE为高电平时锁存器的输出状态 Q0-Q7和输入状态D0-D7相同，当LE为低时， 输出保持不变，与输入状态无关。
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锁 存 器 简 介（二）
Chengdu University of Information Technology
D D
:
D G Q D G Q
:
Q Q
:
P2 ALE P0 G D7 : : D0 OE Q7 : : Q0 AB
D
D G Q
Q
80C31
DB
G OE
74LS373
成
总 线 扩 展 方 法（二）
Chengdu University of Information Technology
在总线扩展中，除了正确连接数据总线和地址总 线外，还需要注意控制总线的连接方法。RD与WR用 于控制数据传送的方向，均为低电平有效，RD有效时 表示单片机从外围器件读取数据；WR有效时表示单片 机向外围器件写入数据。PSEN用于读取外部程序存 储器，同样是低电平有效。EA用于选择单片机的程序 存储器空间，当EA为高电平时，系统复位后PC指针 指向片内0000H地址空间；当EA为低电平时，系统复 位后PC指针指向片外0000H地址空间。
驱动器件介绍
Chengdu University of Information Technology
LS器件和HC器件的区别
LS
TTL VCC= 5V H（高电平） ≥2.8V L（低电平） ≤0.8V
HC
CMOS VCC：3—6V 通常取5V H（高电平） ≥90%VCC L（低电平） ≤10%VCC
通常把这个地址叫做这个器件的器件地址。在系统
扩展时，因为操作方式的关系，即使扩展的器件不 是RAM，但是操作时都是使用MOVX指令，因此可 以把外围的这些器件都当成一个RAM使用，比如 A/D、D/A和其他一些接在总线上的数字芯片。
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扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
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8255A 结 构 图
Chengdu University of Information Technology
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数 据 存 储 器 的 扩 展（一）
Chengdu University of Information Technology
MCS-51系列单片机内部的数据存储器容量为
128或256个字节，在通常的简单控制系统中还是足
够的，如果需要扩展，外部的最大容量为64KB。前
面已经提到其它功能芯片在三总线的扩展方式中， 也采用数据存储器的操作方式，需要占用地址，因 此在有其它功能芯片的扩展系统中，数据存储器的 扩展容量就不足64KB了。
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程 序 存 储 器 的 扩 展（一）
Chengdu University of Information Technology
由于半导体技术的发展，单片机片内的程序存储 器通常已经够用，扩展的情况比较少见了。即使扩展， 只选择一片存储器芯片也可满足要求，一般选择 Flash ROM扩展程序存储器。因为其使用方便、价 格适宜，存储量大，已经得到广泛的应用，也常用于 MCS-51单片机的程序存储器扩展。 其常用芯片为AT29010，容量为128K×8。
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数 据 存 储 器 的 扩 展（四）
Chengdu University of Information Technology
单片机读取扩展数据存储器的时序
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数 据 存 储 器 的 扩 展（五）
HCT
CMOS
与TTL兼容
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总 线 扩 展 方 法（一）
Chengdu University of Information Technology
在总线扩展中，P0口既作数据总线使用，又作 地址总线的低8位使用，是在不同的时间表示数据 和地址，这是芯片管脚的复用方法，扩展时要把P0 口的数据信号和地址信号分离开来，分离的方法是 利用ALE信号进行地址锁存。
TSOP封装的引脚图 PLCC封装的引脚图
DIP封装的引脚图
图 9-12 三种封装AT29010A的引脚图
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程 序 存 储 器 的 扩 展（二）
Chengdu University of Information Technology
使用一片AT29C010A的扩展电路
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程 序 存 储 器 的 扩 展（三）
Chengdu University of Information Technology
单片机读取扩展程序存储器指令
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程 序 存 储 器 的 扩 展（四）
Chengdu University of Information Technology
扩展程序存储器AT29C010A的读时序
地址总线（AB：Address Bus）
51单片机共有16根地址信号线，即它的地址总线宽度是16位的， 地址总线由P0口提供低8位A0-A7（必须外加锁存器），P2口提供高8 位A8-A15，可操作的单元为216，共64K空间。
控制总线（CB：Control Bus）
除了数据总线和地址总线外，单片机同外围芯片传送数据时，还 需要一些控制信号来保证数据传送并决定如何进行数据传送，如数据 传送的方向，将P0口的数据和地址分离等，这些信号线就是控制总线。 对于某一根信号而言是单向的，对于所有的控制总线而言是双向的。
总 线 结 构
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成于大气 信达天下
三 总 线 介 绍
Chengdu University of Information Technology
数据总线（DB：Data Bus）
数据总线用于外围芯片和单片机之间传送数据，它是双向的，可 以由单片机往外围芯片传送数据，也可以从外围芯片传送数据到单片 机，还包括从外部程序存储器读取指令。51单片机的数据传递是用8根 线同时进行的，即它的数据总线宽度是8位的，数据总线由P0口提供。
成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
地址计算实际上就是当给出一个地址时，根据 地址线上电平的情况，只选通该器件，而此地址对 于其他器件是无效的，也就是只使被选中的器件使 能端口有效，而其他器件在该地址下，使能端无效。
Chengdu University of Information Technology
单片机写数据到扩展数据存储器的时序
成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算
Chengdu University of Information Technology
扩展数据存储器的地址计算是指当电路完成 后，根据电路计算对应的数据存储器的地址。当系 统中有多个扩展器件时，通常选用线选法、译码法 等方法实现CPU对不同器件的选择，并进行数据传 输的。当输出一地址时，只选择其中一个芯片处于 工作状态，其他芯片不工作，这样在数据传输时就
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2
PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 8255A D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
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微处理器数据传送方式
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单片机和外设工作速度的差异使其在交换
数据或通信时，有不同的数据传送方式，以达
到高效、方便的数据交换。通常有以下几种方
式： 1、无条件传送方式 2、查询传送方式 3、中断传送方式 4、直接存储器存取方式（DMA）
I/0 的 扩 展（四）
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如果端口数量较多，可 以使用专门的I/O扩展芯片进 行I/O口的扩展。 8255A是INTEL公司生 产的通用可编程并行I/O接口 芯片，共有3个并行接口， 均可以使用软件编程来设置 其工作方式，因此使用比较 方便和灵活。
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总 线 扩 展
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所有的总线扩展片外资源，除ROM以外， 都当成RAM处理。ROM和RAM的地址可以重叠 而不会相互影响。因为访问这两部分所用的 指令是不同的。 MOVX 用于访问外部RAM空间； MOVC 用于访问ROM空间（片内片外都使 用该指令）
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数 据 存 储 器 的 扩 展（二）
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数据存储器的一般连接方法
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WR
数 据 存 储 器 的 扩 展（三）
1. 地址总线的连接 存储器地址总线的高8位A8-A15直接与单片机 P2口对应信号相连，低8位A0-A7与P0口锁存后的信 号相连。 2. 数据总线的连接 存储器的8位数据信号线直接与P0口对应相连。 3. 控制总线的连接 RD是单片机读取片外数据存储器的控制信号， 与存储器的读控制信号RD连接。单片机的 信号连接 数据存储器的WR信号。ALE控制锁存器分离地址和 数据信号，EA信号根据程序存储器的使用连接。
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I/0 的 总 线 扩 展 方 式
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51单片机有四个I/O端口，通常能满足使 用要求，但在使用三总线方法扩展的系统中， 就只有一个P1口了，如果不够的话，可扩展 I/O端口。一般采用下面两种扩展方法： 1、用74LS××系列TTL芯片扩展简单的I/O口；
单片机的系统扩展
课件密码：stud
电子实验中心 赵 建 E—mail:zhaojian@
总 线 简 介
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总线的概念：
所谓总线，就是连接系统中主机和各扩
展部件的公共信号线。
各个外围功能芯片通过三组总线与单片 机相连，达到系统扩展的目的，这三组总线 是数据总线、地址总线和控制总线。 根据总线的结构，可按照需要对单片机 系统进行相应的扩展设计了。
不会造成数据传输错误的问题了，选择芯片通常是
采用片选信号来进行操作的。
成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算举例
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成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算举例
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常用的典型芯片为74LS244和74LS245， 74LS373和74LS573。
2、用可编程接口芯片扩展I/O口。
常用的典型芯片为8255A。
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I/0 的 总 线 扩 展 方 式
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总线扩展电路图
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锁 存 器 简 介
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常用的锁存芯片是74HCT573。 74HCT573是带三态门的8D锁存器， OE端为三态控制信号，应接地允许锁存的地 址信号输出。LE端为锁存控制信号，高电平 有效，即在LE为高电平时锁存器的输出状态 Q0-Q7和输入状态D0-D7相同，当LE为低时， 输出保持不变，与输入状态无关。
成于大气 信达天下
锁 存 器 简 介（二）
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D D
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D G Q D G Q
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Q Q
:
P2 ALE P0 G D7 : : D0 OE Q7 : : Q0 AB
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D G Q
Q
80C31
DB
G OE
74LS373
成
总 线 扩 展 方 法（二）
Chengdu University of Information Technology
在总线扩展中，除了正确连接数据总线和地址总 线外，还需要注意控制总线的连接方法。RD与WR用 于控制数据传送的方向，均为低电平有效，RD有效时 表示单片机从外围器件读取数据；WR有效时表示单片 机向外围器件写入数据。PSEN用于读取外部程序存 储器，同样是低电平有效。EA用于选择单片机的程序 存储器空间，当EA为高电平时，系统复位后PC指针 指向片内0000H地址空间；当EA为低电平时，系统复 位后PC指针指向片外0000H地址空间。
驱动器件介绍
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LS器件和HC器件的区别
LS
TTL VCC= 5V H（高电平） ≥2.8V L（低电平） ≤0.8V
HC
CMOS VCC：3—6V 通常取5V H（高电平） ≥90%VCC L（低电平） ≤10%VCC
通常把这个地址叫做这个器件的器件地址。在系统
扩展时，因为操作方式的关系，即使扩展的器件不 是RAM，但是操作时都是使用MOVX指令，因此可 以把外围的这些器件都当成一个RAM使用，比如 A/D、D/A和其他一些接在总线上的数字芯片。
成于大气 信达天下
扩展数据存储器地址计算举例
Chengdu University of Information Technology
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
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8255A 结 构 图
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数 据 存 储 器 的 扩 展（一）
Chengdu University of Information Technology
MCS-51系列单片机内部的数据存储器容量为
128或256个字节，在通常的简单控制系统中还是足
够的，如果需要扩展，外部的最大容量为64KB。前
面已经提到其它功能芯片在三总线的扩展方式中， 也采用数据存储器的操作方式，需要占用地址，因 此在有其它功能芯片的扩展系统中，数据存储器的 扩展容量就不足64KB了。
成于大气 信达天下
程 序 存 储 器 的 扩 展（一）
Chengdu University of Information Technology
由于半导体技术的发展，单片机片内的程序存储 器通常已经够用，扩展的情况比较少见了。即使扩展， 只选择一片存储器芯片也可满足要求，一般选择 Flash ROM扩展程序存储器。因为其使用方便、价 格适宜，存储量大，已经得到广泛的应用，也常用于 MCS-51单片机的程序存储器扩展。 其常用芯片为AT29010，容量为128K×8。
成于大气 信达天下
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数 据 存 储 器 的 扩 展（四）
Chengdu University of Information Technology
单片机读取扩展数据存储器的时序
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数 据 存 储 器 的 扩 展（五）
HCT
CMOS
与TTL兼容
成于大气 信达天下
总 线 扩 展 方 法（一）
Chengdu University of Information Technology
在总线扩展中，P0口既作数据总线使用，又作 地址总线的低8位使用，是在不同的时间表示数据 和地址，这是芯片管脚的复用方法，扩展时要把P0 口的数据信号和地址信号分离开来，分离的方法是 利用ALE信号进行地址锁存。
TSOP封装的引脚图 PLCC封装的引脚图
DIP封装的引脚图
图 9-12 三种封装AT29010A的引脚图
成于大气 信达天下
程 序 存 储 器 的 扩 展（二）
Chengdu University of Information Technology
使用一片AT29C010A的扩展电路
成于大气 信达天下
程 序 存 储 器 的 扩 展（三）
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单片机读取扩展程序存储器指令
成于大气 信达天下
程 序 存 储 器 的 扩 展（四）
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扩展程序存储器AT29C010A的读时序
地址总线（AB：Address Bus）
51单片机共有16根地址信号线，即它的地址总线宽度是16位的， 地址总线由P0口提供低8位A0-A7（必须外加锁存器），P2口提供高8 位A8-A15，可操作的单元为216，共64K空间。
控制总线（CB：Control Bus）
除了数据总线和地址总线外，单片机同外围芯片传送数据时，还 需要一些控制信号来保证数据传送并决定如何进行数据传送，如数据 传送的方向，将P0口的数据和地址分离等，这些信号线就是控制总线。 对于某一根信号而言是单向的，对于所有的控制总线而言是双向的。