第六單元外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間

及系統(tǒng)擴(kuò)展本單元學(xué)習(xí)要點(diǎn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間及在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的空間分配。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與單片機(jī)的接口方法。并行接口芯片（8255A）與單片機(jī)的接口方法。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）與單片機(jī)的接口方法。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809）與單片機(jī)的接口方法。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間與總線

16位地址線的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間有64kB89C52通過(guò)P0口（作為數(shù)據(jù)和低8位地址總線）、P2口（作為高8位地址總線）和P3口中的和以及ALE信號(hào)可以訪問(wèn)64kB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。

地址編碼規(guī)則：每個(gè)存儲(chǔ)單元至少有一個(gè)地址。每個(gè)地址只能對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間與總線外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址由16位二進(jìn)制來(lái)表示：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0外接64kB（65536字節(jié)）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

使用全部地址線如果外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元個(gè)數(shù)少于64kB，但大于32kB。

使用全部地址線外接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元個(gè)數(shù)等于或少于32kB。

可空余部分地址線（空高位時(shí)地址連續(xù)，空低位時(shí)地址不連續(xù)（不推薦使用））每個(gè)單元可能有多個(gè)地址I/O口線與總線

I/O口線（Input/OutputPort

）信號(hào)在口線上要保持一定的時(shí)間不變：輸出最短為一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。

與外設(shè)相連的口線在每一時(shí)刻可為輸入狀態(tài)或輸出狀態(tài)與多個(gè)外設(shè)相連的口線，線上只能有一個(gè)輸出設(shè)備（講者），其他設(shè)備有一個(gè)可為輸入狀態(tài)（聽(tīng)者），剩余設(shè)備為“高阻”狀態(tài)I/O口線與總線總線（BUS——DB，AB，CB

）

總線上的外設(shè)接口必須是三態(tài)門(mén)總線上只能由一個(gè)設(shè)備輸出，其他除接收設(shè)備外，均為“高阻態(tài)”總線上數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是總線的控制者。單片機(jī)通過(guò)地址總線選擇欲通過(guò)數(shù)據(jù)總線交換數(shù)據(jù)的器件。單片機(jī)通過(guò)“”和“”兩根控制信號(hào)確定總線上數(shù)據(jù)的流向和數(shù)據(jù)在總線上出現(xiàn)的時(shí)刻?？偩€上數(shù)據(jù)只能在單片機(jī)與外設(shè)之間交換，而不能在兩個(gè)外設(shè)之間直接交換。通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的外設(shè)擴(kuò)展

擴(kuò)展I/O口線、A/DC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和D/AC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）等等均通過(guò)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展空間實(shí)現(xiàn)。ADC、DAC均可視為一個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（一般只分配一個(gè)地址），其操作通過(guò)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作完成。每個(gè)外設(shè)有一個(gè)片選端?？赏ㄟ^(guò)線選或高位地址譯碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的外設(shè)擴(kuò)展1．線選：每個(gè)外設(shè)用一根地址線去選擇

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需要任何譯碼器

缺點(diǎn)：可連接的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有限2．高位地址譯碼采用譯碼器對(duì)高位地址線譯碼給出外設(shè)的片選信號(hào)。

通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的外設(shè)擴(kuò)展3/8譯碼器簡(jiǎn)介6個(gè)輸入端：片選端編碼端8個(gè)輸出端1個(gè)電源端1個(gè)地端三-八譯碼器圖6-274HC138的引腳圖外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口常用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

單片機(jī)中常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器（SRAM）

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口實(shí)例

外擴(kuò)二片6264RAM

6264只有13根地址線，89C52還有三根是多余的，可采用線選方式，亦可選擇譯碼方式。地址空間并行接口芯片8255A

8255A有3個(gè)并行接口，PA、PB和PC。

可以通過(guò)軟件編程來(lái)設(shè)置各I/O的工作方式。

8255并行端口PA、PB和PC都為8位，都可被編程為輸入或輸出兩種方式PA口可編程為輸入/輸出或雙向寄存器；PB口可編程為輸入/輸出；PC口可分為兩個(gè)4位口使用。PC口還作為PA、PB口工作于選通方式時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。

8255總線接口電路用于實(shí)現(xiàn)8255A與單片機(jī)芯片的信號(hào)連接

數(shù)據(jù)總線緩沖器：直接與89C51的系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。89C51進(jìn)行I/O口操作的有關(guān)數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)信息都是通過(guò)該緩沖器進(jìn)行傳遞的。

讀/寫(xiě)控制邏輯

：RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入，高電平有效（復(fù)位8255A，8255A中的所有寄存器被清零，所有端口置為輸入方式）。

A1、A0：端口選擇信號(hào)，輸入，8255A的PA、PB、PC和一個(gè)控制寄存器（作為沒(méi)有輸入/輸出的控制口），共有四個(gè)端口，根據(jù)A1和A0輸入的地址信號(hào)來(lái)進(jìn)行尋址。8255總線接口電路A、B組控制電路包括A組控制和B組控制，合在一起構(gòu)成8位控制寄存器，用于存放各端口的工作方式控制字。

表6-38255A的端口與功能并行端口PA、PB和PC當(dāng)8255A工作于方式0時(shí)，PC0～PC7分為兩組（每組4位）并行I/O數(shù)據(jù)線。

當(dāng)8255A工作于方式1或2時(shí)，PC0～PC7為PA、PB口提供聯(lián)絡(luò)和中斷信號(hào)。

8255A的工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作

方式0（基本輸入/輸出方式）

在這種工作方式中，PA、PB口及PC口的兩個(gè)4位口中的任何一個(gè)端口都可以被編程設(shè)定為輸入或輸出方式，但不能既作輸入又作輸出。在作為輸入時(shí)，輸入數(shù)據(jù)不被鎖存，而作為輸出時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存。在方式0時(shí)。方式0適合于數(shù)據(jù)的無(wú)條件傳送.8255A的工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作方式1（選通輸入/輸出方式）在這種工作方式中，PA、PB口分別用于數(shù)據(jù)的輸入或輸出，PC口中的某些位作為PA、PB口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于8255A與外設(shè)之間、或與單片機(jī)之間傳送狀態(tài)信息以及作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。在方式1時(shí)，PA、PB口的數(shù)據(jù)輸入、輸出都具有鎖存功能。8255A的工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作若PA口和PB口都工作于方式1，則PC口中有6位固定的作為PA口和PB口的狀態(tài)和控制信號(hào)，PC口剩下的兩位可以編程為輸入或輸出。若PA口和PB口中有一個(gè)工作在方式0，而另一個(gè)工作在方式1，則PC口中有3位固定的作為PA口和PB口的狀態(tài)和控制信號(hào)，PC口剩下的5位可以編程為輸入或輸出。方式1適用于查詢中斷方式的數(shù)據(jù)輸入/輸出8255A的工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作方式2（選通輸入/輸出方式）在這種工作方式中PA、PB口分別用于數(shù)據(jù)的輸入或輸出PC口中的某些位作為PA、PB口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于8255A與外設(shè)之間、或與單片機(jī)之間傳送狀態(tài)信息以及作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。在方式2時(shí)，PA、PB口的數(shù)據(jù)輸入、輸出都具有鎖存功能。

8255A的工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作只有PA口才能有方式二這種工作方式。此時(shí)，PA口既能輸入數(shù)據(jù)又能輸出數(shù)據(jù)，PC口的PC3～PC7用作PA口的輸入/輸出同步控制信號(hào)。工作在方式2時(shí)，剩下的3位可以編程為輸入或輸出。而PB口可以編程工作為方式0或方式1。方式2適用于查詢或中斷方式的雙向數(shù)據(jù)傳送。8255A的數(shù)據(jù)輸入操作操作用于數(shù)據(jù)輸入操作的聯(lián)絡(luò)信號(hào)：選通脈沖輸入信號(hào)，低電平有效。外設(shè)送來(lái)的下降沿將端口數(shù)據(jù)線上的輸入數(shù)據(jù)鎖存到端口鎖存器。IBF：輸出緩沖器滿信號(hào)輸出，高電平有效。此信號(hào)有效表示外設(shè)已將數(shù)據(jù)裝入端口鎖存器，但CPU尚未讀取。在CPU讀取端口數(shù)據(jù)后，IBF將變?yōu)榈碗娖?，表示端口鎖存器空。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。在IBF為高電平，STF信號(hào)由低變高時(shí)，中斷請(qǐng)求信號(hào)有效，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。INTE：8255A端口內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。只有在INTE為高電平時(shí)才允許端口中斷請(qǐng)求。INTEA和INTEB分別由PC4、PC2的置位/復(fù)位來(lái)控制。8255A的數(shù)據(jù)的輸出操作操作：外設(shè)響應(yīng)輸入信號(hào)，低電平有效。它是外設(shè)取走并且處理完8255A的數(shù)據(jù)后，向單片機(jī)發(fā)出的響應(yīng)信號(hào)。：輸出信號(hào)，低電平有效，輸出緩沖器滿信號(hào)。當(dāng)CPU把數(shù)據(jù)寫(xiě)入8255A的鎖存器后，該信號(hào)有效，用來(lái)通知外設(shè)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。外設(shè)取走并且處理完8255A的數(shù)據(jù)后發(fā)回來(lái)的應(yīng)答信號(hào)使之變?yōu)楦唠娖?。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效。在IBF為高電平，STF信號(hào)由低變高時(shí)，中斷請(qǐng)求信號(hào)有效，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。INTE：8255A端口內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。只有在INTE為高電平時(shí)才允許端口中斷請(qǐng)求。INTEA和INTEB分別由PC4、PC2的置位/復(fù)位來(lái)控制。8255A的8255的控制字

1．方式控制字圖6-78255A的工作方式控制字8255A的數(shù)據(jù)的輸出操作操作PC口位控制字

圖6-88255A的PC口位控制字8255A與89C51的接口

數(shù)據(jù)總線DB7~DB0控制總線地址總線片選、A1、A0寫(xiě)出各端口的地址8255A的初始化在8255A開(kāi)始工作之前，必須根據(jù)需要，將相應(yīng)的控制字寫(xiě)入8255A的控制寄存器中。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832

功能：將數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量

原理：量化誤差——DAC位數(shù)Ｔ型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

DAC0832簡(jiǎn)介

8位單片數(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器圖6-14DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832的各引腳定義

ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效。：輸入寄存器選擇信號(hào)，低電平有效。

：輸入寄存器寫(xiě)選通信號(hào)1，低電平有效。和ILE、信號(hào)配合，完成第一級(jí)輸入寄存器的鎖存操作。

：輸入寄存器寫(xiě)選通信號(hào)2，低電平有效。

：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效。和信號(hào)配合完成數(shù)據(jù)從第一級(jí)寄存器轉(zhuǎn)移到第二級(jí)寄存器。

DAC0832的各引腳定義

VR：基準(zhǔn)電壓輸入。VFB：反饋信號(hào)輸入，在芯片內(nèi)部已有反饋電阻。IOUT1和IOUT2：電流輸出線。IOUT1和IOUT2的和為常數(shù)。IOUT1隨DAC寄存器的內(nèi)容線形變化。VCC：電源，接＋5V。DGND：數(shù)字電源地。AGND：模擬信號(hào)地。

DAC0832與89C52的接口電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的三個(gè)基本功能：抽樣、量化和編碼。通常ADC的分辨率越高，需要的轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換速度就越低

現(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括以下幾種： 并行比較型 逐次逼近比較型 積分型 壓頻變換型 流水線型和∑-Δ型。

AD轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)理解定義和內(nèi)容1分辨率：對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字輸出的模擬輸入電壓有一定的幅度范圍，若超過(guò)這個(gè)幅度范圍，數(shù)字輸出就會(huì)發(fā)生變化，這樣能分別的電壓范圍叫做分辨率。通常用LSB（LeastSignificantBit)表示。AD轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)理解定義和內(nèi)容2量化和量化誤差：將幅度連續(xù)取值的模擬信號(hào)變?yōu)橹荒苋∮邢迋€(gè)某一最小當(dāng)量的整數(shù)倍數(shù)值的過(guò)程稱為量化。通過(guò)量化將連續(xù)量轉(zhuǎn)換成離散量，必然存在類(lèi)似于四舍五入產(chǎn)生的誤差，最大誤差可達(dá)到1LSB的1/2。此誤差叫做量化誤差。AD轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)理解定義和內(nèi)容2量化和量化誤差：AD轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)理解定義和內(nèi)容3精度：理想的ADC是指不含量化誤差以外的誤差，但實(shí)際上由于使用的元件和噪聲等產(chǎn)生各種誤差。精度是表示所含誤差的比例，用刻度的百分比或PPM表示。精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點(diǎn)：速度最快，

采樣速率可達(dá)1GSPS（每秒采樣）缺點(diǎn)：分辨率不高；功耗大；成本高。并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率最高不會(huì)超過(guò)8位。商品的并行比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率常常為6位。逐次逼近比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

由于逐次逼近比較型ADC同時(shí)具有較高的速度和較高的分辨率，因而應(yīng)用最廣、品種最多。分辨率從8位到16位，采樣速度從幾十kHz到幾十MHz。圖6-17逐次逼近比較型ADC組成方框積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

雙積分型ADC的原理圖與工作過(guò)程

優(yōu)點(diǎn)：分辨率較高(16位)，功耗低，成本低。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度低商品：3位半，4位半模數(shù)轉(zhuǎn)換器與89C52接口實(shí)例

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809簡(jiǎn)介

8位逐次逼近型單一＋5V供電

片內(nèi)有帶鎖存功能的8路模擬開(kāi)關(guān)

可對(duì)0～5V、8路模擬信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間約需100μs（每秒10k次）數(shù)字輸出信號(hào)具有TTL三態(tài)鎖存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809的引腳圖ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的各引腳定義

D0～D7：8位二進(jìn)制數(shù)字量輸出端口。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端口。A、B、C：模擬輸入通道地址的輸入端口。通過(guò)三位二進(jìn)制編碼選擇8個(gè)模擬輸入通道之一。A、B、C三位地址與模擬輸入通道的關(guān)系列于表6-8中。VCC：電源，接＋5V。GND：電源地。VREF(+)和VREF(-)：基準(zhǔn)電壓輸入端。決定了輸入模擬量的量程范圍。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。時(shí)鐘頻率決定了轉(zhuǎn)換速度，完成一次轉(zhuǎn)換需要64個(gè)時(shí)鐘周期。START：模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端，高電平有效