1、第三篇計算機系統(tǒng)擴展與接口應(yīng)用第章微機系統(tǒng)擴展基礎(chǔ)與存儲器擴展微機系統(tǒng)總線概念、結(jié)構(gòu)與擴展基礎(chǔ)單片機主要應(yīng)用于嵌入式應(yīng)用中，即單片機并不作為獨立的設(shè)備，而是作為其他設(shè)備的智能核心，在設(shè)備中起到檢測、處理和控制等作用。單片機嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)構(gòu)成。為了提高產(chǎn)品的性價比，單片機的硬件與軟件系統(tǒng)都要根據(jù)具體應(yīng)用功能的需要，“量體裁衣”地進(jìn)行設(shè)計。由于工業(yè)的發(fā)展，目前構(gòu)造單片機應(yīng)用系統(tǒng)時需要的絕大多數(shù)功能都可以由某種相應(yīng)的來實現(xiàn)。這意味著設(shè)計單片機硬件系統(tǒng)主要的工作簡化為：劃分硬件系統(tǒng)的功能模塊，按照功能選擇，將與“拼裝”到一起，繪成電路原理圖和印刷電路板。與的“拼裝”必須確保：能在的

2、控制下，高速與可靠地相互交換信息。計算機學(xué)家設(shè)計了計算機的“總線”來實現(xiàn)這種拼裝功能。單片機內(nèi)部具有總線管理功能，可以擴展外部單元。掌握單片機的三總線知識和擴展的三總線基本結(jié)構(gòu)，對于掌握微機系統(tǒng)擴展至關(guān)重要。在單片機系統(tǒng)擴展中，為了易于學(xué)習(xí)，將復(fù)雜的硬件系統(tǒng)擴展拆開成各類的單獨擴展，分別學(xué)習(xí)。學(xué)會了各個典型芯片的擴展，就可以舉一反三，像搭積木一樣用各種構(gòu)成完整的硬件系統(tǒng)。通過總線擴展的可以分為兩大類：存儲器擴展和擴展。存儲器擴展的特點是它們僅與聯(lián)系，不與外部信息直接聯(lián)系，因此接口方式可以簡化，不必帶有應(yīng)答方式；擴展涉及的不僅要與聯(lián)系，還要與外部信息聯(lián)系，因此往往需要具有選通和應(yīng)答機制。在本章介

3、紹的存儲器擴展，不僅給學(xué)習(xí)者提供了存儲器擴展的方法，更重要的是，通過它說明了計算機三總線的工作原理、編址技術(shù)與地址空間分析方法。4.1.三1態(tài)在總線中的作用在總線擴展中，常要了解的端口引腳是否具有三態(tài)或功能。三態(tài)就是低電平、高電平和高阻態(tài)或-低電平和高電平具有較大的電流驅(qū)動能力，用于輸出控制，這兩種狀態(tài)出現(xiàn)在允許輸出的輸出端口中。高阻態(tài)是電阻極大，或電流極小的狀態(tài)，出現(xiàn)在輸入端口或關(guān)斷的輸出端口中。輸入端口中的高阻態(tài)可以在盡可能小地改變被輸入對象的狀態(tài)下獲取信息。輸出端口在關(guān)斷時處于高阻態(tài)，可以在不從電路板上取下的情況下，起到讓脫離電路的作用，這就為選擇參與或脫離總線提供了方便。只有能用控制信

4、號將輸出端關(guān)斷，使之處于高阻態(tài)的，才能將該的輸出端接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線。.時2序圖在了解總線工作原理時，時序圖是常用的工具。通過時序圖可以清晰地知道各總線信號間與時間順序相關(guān)的配合關(guān)系。時序圖是從笛卡爾直角坐標(biāo)系簡化而來的，它去掉了一坐標(biāo)線、原點、方向箭頭和刻度，約定：隱藏的橫坐標(biāo)從左向右為時間坐標(biāo)，隱藏的縱坐標(biāo)從下到上為電平或邏輯值。表示總線時序關(guān)系時，時序圖中往往將傳輸數(shù)據(jù)的并行線路的各線的關(guān)系合并起來，表示為一個框，該框并不表示具體的數(shù)值，只表示抽象的“正在傳輸?shù)囊粋€數(shù)”。高阻態(tài)在時序圖中用畫在中部的虛線或?qū)嵕€表示。圖4-1信號的時序圖表示的片選為了讓選擇，有必要在參與總線工作的上安排一條

5、特殊的信號控制線，通過該線的電平來控制的“清醒”或“睡眠”狀態(tài)。這條控制線通常稱為的“片選”名稱為或。中片選的有效信號較多使用低電平控制,此時或為“負(fù)邏輯”，用帶上劃線或的或表示。在片選“選中”時，處于“清醒”狀態(tài)，能響應(yīng)總線中控制信號，能從輸出端口輸出，的電源功耗與電流也相應(yīng)加大；在片選“不選中”時，處于“睡眠”狀態(tài)，此時，輸出端口處于關(guān)斷狀態(tài)，的電源消耗也降低，除了片選信號之外不理睬任何其他控制信號。有的沒有片選線，但只要該有能控制輸出端口的控制線，就可以用門電路構(gòu)成具有類似片選功能的電路。為了防止獨占數(shù)據(jù)總線，確保能控制分時使用數(shù)據(jù)總線，凡輸出端口不能控制，無法使之關(guān)斷處于高阻態(tài)的，均不

6、能將其輸出端口接到數(shù)據(jù)總線。計算機的三總線總線（）是信息傳輸?shù)墓镁€路，總線上的各種芯片都通過總線與并連在一起。根據(jù)一個數(shù)據(jù)中各個位傳遞的方式，總線分為并行總線和串行總線。并行總線中一個數(shù)據(jù)的各個位是在空間中展開，同時傳輸?shù)模淮锌偩€中數(shù)據(jù)的各個位是在時間中展開，先后傳輸?shù)摹Ｗ⒁鈪^(qū)別電路連接中的并連、串連與信息傳輸中的并行、串行?？偩€中并連在一起的地位并不是平等的，有一個，通常是，負(fù)責(zé)管理和控制總線，為總線的主控者?？偩€的主控者負(fù)責(zé)輸出地址和控制信息，其它都在總線主控者的控制下進(jìn)行信息傳遞。這樣的設(shè)計是為了保證總線高速可靠地工作，并且體現(xiàn)了，編程者人類對計算機硬件系統(tǒng)的主宰。復(fù)雜的計算機系統(tǒng)可

7、以有多個總線主控者，需要總線管理仲裁芯片協(xié)助進(jìn)行主控者的切換，這些切換是由軟件安排的，仍然體現(xiàn)了人的主控作用。計算機的并行總線使用較多線路，適宜于在和擴展的之間高速傳輸信息。并行總線由數(shù)據(jù)總線，控制總線和地址總線構(gòu)成，亦稱為三總線結(jié)構(gòu)。采用三總線的各的地線端必須與的地線相連，以便解釋相互傳遞的電平所表達(dá)的信息。數(shù)據(jù)總線，簡稱在控制總線的配合下傳遞的輸入輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線由具有“位-權(quán)”關(guān)系的多條線構(gòu)成的并行線路組成，并行線路的位數(shù)一般與累加器的位數(shù)相同，通常稱為“計算機的位數(shù)”。數(shù)據(jù)總線是雙向的，它的傳輸方向與傳輸?shù)挠行r刻都由控制總線的信號指出。數(shù)據(jù)總線具有三態(tài)，在等待輸入數(shù)據(jù)而尚未輸出數(shù)據(jù)

8、時，或沒有含輸出時，數(shù)據(jù)總線處于高阻態(tài)?？刂瓶偩€，簡稱的主要作用是配合數(shù)據(jù)總線與地址總線起作用，負(fù)責(zé)傳遞數(shù)據(jù)總線或地址總線的有效時刻和數(shù)據(jù)總線的傳輸方向等信息?？刂瓶偩€由單獨起作用的多條線路組成，相互間沒有“位-權(quán)”關(guān)系?？刂瓶偩€一般為單向的，僅有高、低兩態(tài)，總線的主控者負(fù)責(zé)向控制總線輸出信息。地址總線，簡稱的作用是用來選擇芯片或選擇芯片中的單元，以便，通輸過控制總線讓數(shù)據(jù)總線與該單元之間單獨傳輸信息。地址總線由具有“位-權(quán)”關(guān)系的多條線構(gòu)成的并行線路組成，并行線路的位數(shù)構(gòu)成了地址空間，確定了所能單獨訪問的單元數(shù)目。地址總線一般為單向的，僅有高、低兩態(tài)，總線的主控者負(fù)責(zé)向地址總線輸出信息。地址

9、總線通過的片選來選擇，通過提供的地址線來選擇中的單元。分時復(fù)用的總線可以減少，的輸線數(shù)，多數(shù)的，輸都采用分時復(fù)用的總線方式。與微機都采用分時復(fù)用的總線。在分時復(fù)用總線中，往往利用同一組線路，在控制總線的配合下，在不同時刻分別承擔(dān)數(shù)據(jù)總線或地址總線。分時復(fù)用的總線不便于與一般的直接連接，需要通過地址鎖存器將復(fù)用的數(shù)據(jù)與地址分離開來，形成獨立的三總線。的三總線-系5統(tǒng)單片機的三總線利用分時復(fù)用方法，復(fù)用，0端口。三總線使用的端口和引腳數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線位，以并行方式一次傳遞1個字節(jié)的數(shù)據(jù)。低8位：，0，高8位：，讀程序，讀端口位，可訪問個獨立單元。，寫端口，地址有效當(dāng)沒有外部擴展時，0與由端

10、口的鎖存器擴展；當(dāng)有外部擴展時，、和不再受到端口鎖存器的控制，轉(zhuǎn)而由總線邏輯控制。當(dāng)為高，特別當(dāng)從高降為低時，輸出的是地址總線的低位。當(dāng)或或之一有效時，作為數(shù)據(jù)總線使用。不是三總線的信號線，只是控制單片機是否使用內(nèi)部程序存儲器。當(dāng)接地時，單片機放棄內(nèi)部的程序存儲器，全部使用外部擴展的程序存儲器；當(dāng)接+時，程序存儲器從內(nèi)部開始，超出內(nèi)部的才產(chǎn)生外部總線信號，訪問外部程序存儲器。對兼容的單片機，如果內(nèi)部程序存儲器加密了，則不論是否接地，程序的訪問方式與接高電平相同，復(fù)位后先運行存在內(nèi)部程序存儲器中的程序。2與三總線有關(guān)的指令訪問程序存儲器的指令僅有讀指令：或。這個指令使用了信號。在有效時，地址或的

11、低8位從，輸出，在整個讀階段，地址或的高位從輸出。由于缺乏“寫”控制信號，因此指令不是完整的三總線指令。訪問數(shù)據(jù)存儲器與空間的指令為V有讀和寫兩類：讀外部數(shù)據(jù)存儲器與空間的指令：或?qū)懲獠繑?shù)據(jù)存儲器與空間的指令：或0在有效時，地址的低位或0從0輸出。使用時地址的高位為，從輸出，使用或時，按照通常擴展電路的接法，地址的高位為鎖存器的值。指令中代表數(shù)據(jù)總線的是，讀或?qū)懹芍噶畹姆较驔Q定。包含了數(shù)據(jù)總線，控制總線和地址總線，是完整的三總線指令，在單片機訪問擴展接口的時非常有用。基于的三總線擴展基本結(jié)構(gòu)利用單片機輸出的和地址鎖存器就可以將中短暫出現(xiàn)的低位地址分離出來并且在控制總線有效期間保持穩(wěn)定不變，構(gòu)成便于擴展的基本結(jié)構(gòu)。以下是用繪制的擴展基本結(jié)構(gòu)的原理圖，見圖：uoPl端口地址總線A0AP3剩余端口數(shù)據(jù)總線DOD11.0592Mh2C220卩展基本結(jié)構(gòu)的原理圖127157ie_y197復(fù)位電路lOufRO11g1OK19ni_P10P20P11P21P12P22P13P23P14P24P15P25P16P26P17P27RXDALE/PTKDINT1POOINTOP01T1P02TOP03P04P05EA/VPP06P07RESETXIX2FE22丿26丿2丿30393S3736S35343332LEOEDOQ0DIQiD2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q720pf晶振