51 系列單片機總線(xiàn)時(shí)序分析與編址技術(shù)
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一、總線(xiàn)概述 計算機系統是以微處理器為核心的，各器件要與微處理器相連，且必須協(xié)調工作，所以在微處理機中引入了總線(xiàn)的概念，各器件共同享用總線(xiàn)，任何時(shí)候只能有一個(gè)器件發(fā)送數據(可以有多個(gè)器件同時(shí)接收數據) ?！ ?/div> 計算機的總線(xiàn)分為控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)等三種。而數據總線(xiàn)用于傳送數據，控制總線(xiàn)用于傳送控制信號，地址總線(xiàn)則用于選擇存儲單元或外設。 二、單片機的三總線(xiàn)結構 51 系列單片機具有完善的總線(xiàn)接口時(shí)序，可以擴展控制對象，其直接尋址能力達到64k( 2的16次方) 。在總線(xiàn)模式下，不同的對象共享總線(xiàn)，獨立編址、分時(shí)復用總線(xiàn)，CPU 通過(guò)地址選擇訪(fǎng)問(wèn)的對象，完成與各對象之間的信息傳遞。 單片機三總線(xiàn)擴展示意如圖1 所示。  1、數據總線(xiàn) 51 單片機的數據總線(xiàn)為P0 口，P0 口為雙向數據通道，CPU 從P0 口送出和讀回數據。 2、地址總線(xiàn) 51 系列單片機的地址總線(xiàn)為16 位。 為了節約芯片引腳，采用P0 口復用方式，除了作為數據總線(xiàn)外，在A(yíng)LE 信號時(shí)序匹配下，通過(guò)外置的數據鎖存器，在總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)前半周從P0口送出低8位地址，后半周期從P0 口送出8 位數據。 高8位地址則通過(guò)P2 口送出。 3、控制總線(xiàn) 51 系列單片機的控制總線(xiàn)包括讀控制信號P3.7和寫(xiě)控制信號P3.6等，二者分別作為總線(xiàn)模式下數據讀和數據寫(xiě)的使能信號。 三、單片機總線(xiàn)時(shí)序分析 51 單片機總線(xiàn)時(shí)序如圖2 所示。  從圖2 中可以看出，完成一次總線(xiàn)( 讀寫(xiě)) 操作周期為T(mén)，P0 口分時(shí)復用，在T0 期間，P0 口送出低8 位地址，在A(yíng)LE 的下降沿完成數據鎖存，送出低8位地址信號。在T1 期間，P0 口作為數據總線(xiàn)使用，送出或讀入數據，數據的讀寫(xiě)操作在讀、寫(xiě)控制信號的低電平期間完成。 需要注意的是，在控制信號( 讀、寫(xiě)信號) 有效期間，P2 口送出高8位地址，配合數據鎖存器輸出的低8 位地址，實(shí)現16 位地址總線(xiàn)，即64kB 范圍的內的尋址?！ ?/div> 由于CPU不可能同時(shí)執行讀和寫(xiě)操作，所以讀、寫(xiě)信號不可能同時(shí)有效。 四、常見(jiàn)單片機編址電路 1、簡(jiǎn)單地址擴展 51 單片機的P2 口可以直接作為高8位地址總線(xiàn)使用，在一些簡(jiǎn)單系統電路中，常使用P2口直接編址驅動(dòng)。 下面以使用數據緩沖器74LS273 驅動(dòng)數碼顯示為例，分析P2 口編址驅動(dòng)的靜態(tài)數碼顯示電路的設計。 一位LED 數碼顯示單元電路如圖3 所示。  WR 與A8( P2.0)相或提供74LS273的時(shí)鐘信號，當執行“MOVX @DPTR，A”指令時(shí)，地址信息由DPTR 寄存器確定，會(huì )出現有效的寫(xiě)信號WR，只有當地址A8 為滿(mǎn)足“0”時(shí)，寫(xiě)信號才可以作為74LS273 的時(shí)鐘信號輸入，完成數據鎖存。 P2 口為A8～A15 的8 位地址線(xiàn)，很容易擴展到8 只LED 數碼管，WR 信號分別與A8～A15 按或關(guān)系連接，每位地址線(xiàn)均為低電平有效，即可實(shí)現8 個(gè)有效地址。 該方案電路簡(jiǎn)單，但有效地址數太少，不適用于復雜系統設計。 2、低8 位地址鎖存 通常的設計電路是使用8D 鎖存器74LS373實(shí)現地址鎖存，74HC573 與之邏輯功能相同，只是引腳布局不一樣，使用74573 布線(xiàn)更容易。 74LS373 真值表如圖4所示。  在輸出允許OE 為L(cháng)、控制使能LE 為H 時(shí)，輸出為跟隨狀態(tài)； OE 為L(cháng)、LE 為L(cháng) 時(shí)，輸出為保持狀態(tài)。 地址鎖存電路如圖5 所示。OE 接地，LE 接單片機的ALE腳將產(chǎn)生滿(mǎn)足時(shí)序的低8 位地址信號?！ ?/div> 執行以下三條指令會(huì )得到如圖6所示的時(shí)序圖。 MOV DPTR，# 0FF55H； 低8 位地址為55H MOV A，# 0AAH； 待發(fā)送數據0AAH→A( 55H 取反) MOVX，@DPTR，A； A 中的0AAH送地址為0FF55H 的對象中會(huì )。  從圖6 中可以看出，P0 口先送55H，在A(yíng)LE 下降沿實(shí)現地址鎖存，隨后送出數據0AAH，在WR 有效( 低電平) 期間鎖存器輸出低8 位地址55H，P0 口送出數據0AAH。 3、帶譯碼器的復雜地址接口電路 理論上高8 位地址線(xiàn)可以產(chǎn)生256 個(gè)有效地址，如何實(shí)現地址“擴展”呢?地址擴展準確描述是地址譯碼，例如3 根地址線(xiàn)可以譯碼成8 個(gè)地址，4根譯碼成16 個(gè)有效地址。這里選擇3-8 譯碼器實(shí)現地址譯碼，電路圖以及對應的編址如表1 所示。  五、單片機總線(xiàn)編址電路實(shí)例 帶總線(xiàn)擴展接口的單片機系統，包括外部32k RAM 擴展、LCD1602 接口、輸入輸出口。 帶編址擴展的單片機最小系統電路如圖7 所示。  使用74HC573 鎖存低8 位地址；74138 實(shí)現8 個(gè)地址擴展，74138 的A、B、C 接A8 ～A10，E1 接A15， E2、E3 接地常有效，得到0F8FFH 到0FFFFH8 個(gè)地址( 無(wú)關(guān)位用1 表示) 或者8000H 到8700H( 無(wú)關(guān)位用0 表示) ?！ ?/div> 32k RAM 接口如圖8 所示。  D0～D7 接數據總線(xiàn)P0 口，地址線(xiàn)A0～A14接單片機地址總線(xiàn)低15 位，單片機地址線(xiàn)A15 接RAM 片選信號，低電平有效，這樣RAM 地址分配從0000H 到7FFFH，與74138 譯碼地址不沖突?！ ?/div> LCD1602 接口電路如圖9 所示。  RS、RW 分別接A12、A13，使能信號編址為Y7，這樣LCD 的四個(gè)驅動(dòng)地址( 數據讀寫(xiě)和命令讀寫(xiě)) 為0CFFFH 到0FFFFH ( 無(wú)關(guān)位為1) 或者8700H 到0B700H( 無(wú)關(guān)位為0) ?！ ?/div> 有些時(shí)候單片機引腳不夠用，還要進(jìn)行擴展，輸入口擴展電路如圖10 所示。  利用74HC573( 74LS373) 的高阻態(tài)功能，將其輸出Q0～Q7 接P0 口，在滿(mǎn)足總線(xiàn)地址讀操作中，可以把輸入InPORT的數據讀入單片機的累加器，地址為0F8FFH 或8000H。 輸出口擴展電路如圖11 所示。  利用74LS273 數據鎖存功能，在滿(mǎn)足總線(xiàn)地址寫(xiě)操作中，可以把單片機累加器里的數據寫(xiě)入273 鎖存輸出，地址為0F8FFH 或8000H。由于所用控制總線(xiàn)不同，可以和輸入共用地址。 六、結束語(yǔ) 總線(xiàn)擴展是設計單片機控制電路必須掌握的技術(shù)，大量的特殊功能IC都支持總線(xiàn)接口， 如ADC0809，TLC7528，DDS 器件AD9851 等。 總線(xiàn)接口的要點(diǎn)就是在嚴格的控制時(shí)序下，總線(xiàn)被分時(shí)復用，以實(shí)現復雜系統設計。 |
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