51单片机的系统扩展技术.pdf

电子发烧友 电子技术论坛 MCS-51 单片机的系统扩展技术（一） 在MCS-51 单片机的的内部虽已集成了很多资源，但这类单片机属于一种“通用”的单 片机，单片机内部的各种资源都是折衷配置的，如片内程序存储器、数据存储器的容量都不 大，并行I/O 端口的数量也不很多，此外，在有些应用中，片内定时器、中断、串行口等也 显得不足，还有一些功能是基本型MCS-51 单片机所没有的，比如A/D 转换，D/A 转换等 等。实际应用中的要求是各种各样的，如果用到了MCS-51 单片机内部所没有资源（如A/D ， D/A 等），或者单片机内部虽有，但却不够使用的资源，就要根据需要，对单片机进行扩展， 以增加所需要的功能。 MCS-51 单片机所可能需要扩展的芯片种类非常多，但这里并不面面俱到，主要是通过 对外扩程序存储器、数据存储器、I/O 接口、A/D 和D/A 的介绍，使读者熟悉单片机接口的 一般方法。实际上，如果对于这些常规的扩展芯片能够熟练地掌握和应用，并能理解其扩展 的原理，拿到任何一块需要扩展的芯片，只要有这块芯片的数据手册或接口时序之类的资料， 就能自行设计芯片的接口电路部份。 1． MCS-51 单片机扩展的原理 MCS-51 单片机被设计成具有通用计算机那样的外部总线结构，所以用MCS-51 单片机 进行扩展很方便，下面首先了解片外总线的工作原理。 1．1 片外总线结构 图1 是单片机的三总线结构示意图，一般芯片的引脚都很多，要进行扩展，直接的问题 是各种芯片如何与单片机连接。MCS-51 系列单片机采用“总线”的方法进行扩展。所谓总 线，实际上就是连接系统中主机与各扩展部件的一组公共信号线。各个外围功能芯片通过三 组总线与单片机相连。这三组总线分别是地址总线、数据总线和控制总线，下面分别介绍。 （1）数据总线（DB ）：用于外围芯片和单片机之间进行数据传递，比如将外部存储器 中的数据送到单片机的内部，或者将单片机中的数据送到外部的D/A 转换器。在51 单片机 中，数据的传递是用8 根线同时进行的，也就是51 单片机的数据总线的宽度是8 位，这8 根线就被称之为数据总线。数据总线是双向的，既可以由单片机传到外部芯片，也可以由外 部芯片传入单片机。 （2 ）地址总线（AB ）：如果单片机扩展外部的存储器芯片，在一个存储器芯片中有许 多的存储单元，要依靠地址进行区分，在单片机和存储器芯片之间要用一些地址线相连。除 存储器之外，其它扩展芯片也有地址问题，也需要和单片机之间用地址线连接，各个外围芯 片共同使用的地址线构成了地址总线。地址总线也是公用总线中的一种，用于单片机向外部 输出地址信号，它是一种单向的总线。地址总线的根数决定了单片机可以访问的存储单元数 量和I/O 端口的数量。有n 根线，则可以产生2n 个地址编码，访问2n 个地址单元。 电子发烧友 电子技术论坛 （3 ）控制总线（CB ）：这是一组控制信号线，有一些是由单片机送出（去控制其它芯 片）的，而有一些则是由其它芯片送出（由单片机接收以确认这些芯片的工作状态等）的。 对于51 单片机而言，这一类线的数量不多。这类线就其某一根而言是单向的，可能是单片 机送出的控制信号，也可能是外部送到单片机的控制信号，但就其总体而言，则是双向的， 单 地址总线（AB ） 片 数据总线（DB ） 机 控制总线（CB ） 数据 程序 I/O I/O 存储器 存储器 接口 接口 I/O设备 I/O设备 图1 单片机的三总线结构 因为控制总线里面有几根是送出的，有几根是接收的，所以在图5-1 中以双向的方式来表示 控制总线。 1．2 三总线扩展的方法 51 单片机有4