【大学课件】微计算机与微处理器课件 单片机系统总线及扩展

微计算机与微处理器系统总线及扩展本节课将详细介绍单片机系统的总线结构，并探讨总线的扩展方法课程内容简介微计算机系统概述微计算机系统总线12介绍微计算机系统的基本概念深入探讨微计算机系统中总线、结构和功能，以及常用的微的作用、分类和扩展技术处理器和外设单片机系统总线扩展实例3结合实际案例，展示单片机系统总线扩展的应用场景和实现方法微计算机系统的结构

1.主板内存CPU主板是微计算机系统的核心，它连接了所有CPU负责处理数据和执行指令，是微计算内存用于存储正在运行的程序和数据，速度主要组件，包括CPU、内存、硬盘和外设机系统的“大脑”快，但容量有限微计算机系统的基本组成

1.1中央处理器存储器输入输出设备CPU Memory/I/O负责执行指令、控制数据流、处理数据等用于存储程序和数据，分为主存和辅存负责与外界进行数据交换，例如键盘、鼠标、显示器等微处理器的工作原理

1.2指令译码1将指令转换为机器语言数据运算2执行算术逻辑运算数据传输3在内存和外设之间传输数据控制操作4协调整个系统的操作微计算机系统总线

2.数据传输通道共享资源标准化接口连接微处理器、内存、外设等部件，实现多个部件共享同一组线，提高系统效率和不同厂家生产的部件可以通过总线进行连数据传输降低成本接，实现系统扩展什么是总线

2.1数据传输通道共享资源总线是一组并行连接的导线，用多个设备可以共享同一组总线，于在微计算机系统不同部件之间实现数据和信息的传递，提高系传输数据、地址和控制信号统资源利用率同步通信总线上的数据传输通常采用同步方式，即所有设备使用同一个时钟信号进行同步总线的基本结构

2.2总线通常由三部分组成地址总线、数据总线和控制总线地址总线用于传输数据地址，决定要访问哪个设备或内•CPU存单元数据总线用于传输数据，包括和外设之间的数据传输•CPU控制总线用于控制数据传输方向、数据传输方式、时序等•总线的分类

2.3按总线的功能分类按总线所连接的部件分12类数据总线、地址总线和控制总线内部总线、外部总线、系统总线、扩展总线按总线传输的数据类型按总线结构分类34分类单总线、多总线、分层总线并行总线、串行总线、同步总线、异步总线微计算机系统内部总线

3.地址总线数据总线控制总线用于指定CPU要访问的内存单元或外用于传输CPU与内存或外设之间的数用于控制各种设备的工作方式和数据传设的地址据输方向地址总线

3.1地址总线数据总线控制总线地址总线是微处理器用来指定内存或外设的数据总线是微处理器用来传输数据的信号线控制总线是微处理器用来控制内存或外设操地址的信号线作的信号线数据总线

3.2数据总线用于传输数据，例如指令、双向传输，CPU可以读取数据和写入数据和地址数据数据总线的宽度决定了数据传输的速率控制总线

3.3控制信号同步控制操作控制控制总线由各种控制信号组成，这些信号控制信号指示CPU何时可以读取或写入数控制总线上的信号可以控制内存和外设的用于协调CPU、内存和外设之间的操作据，以及何时可以进行其他操作操作模式，例如读写模式或数据传输方向微计算机系统外部总线

4.连接微处理器和外部设备扩展微计算机系统功能实现系统间数据通信总线

4.1IIC简介特点总线是一种串行通信协议，它总线简单易用，支持多设备连IIC IIC使用两条线进行数据传输SDA接，且无需外部时钟源，广泛应（串行数据线）和SCL（串行时钟用于各种电子系统中线）应用总线在单片机系统中用于扩展各种外设，例如、实时时钟、传IIC EEPROM感器等总线

4.2SPI串行外设接口特点SPI是串行外设接口，是一种同步串行通信协议，由摩托罗拉公司•全双工通信，支持主从模式提出简单易用，无需复杂的控制逻辑•工作频率高，数据传输速率快•广泛应用于各种外设，如传感器、存储器等•总线

4.3CAN高速通信可靠性强12总线是一种高速串行通信总线具有高可靠性，能够CAN CAN协议，适用于实时控制系统在恶劣环境中稳定工作广泛应用3总线应用广泛，例如汽车电子、工业自动化、医疗设备等领域CAN总线扩展技术

5.地址解码总线缓冲总线仲裁将多个设备分配到不同的地址空间，防止冲隔离多个设备对总线的负载，提高系统性能多个设备共享总线时，协调访问顺序，避免突冲突地址解码

5.1地址分配1每个设备分配唯一的地址范围地址译码器2将逻辑地址转换为物理地址地址冲突3避免不同设备使用相同地址总线缓冲

5.2隔离信号缓冲器用于隔离不同设备之间的信号，防止信号衰减或相互干扰提高驱动能力缓冲器可以增强信号的驱动能力，保证信号在长距离传输或连接多个设备时仍然保持稳定提高抗噪能力缓冲器可以过滤噪声信号，提高总线数据传输的可靠性总线仲裁

5.3竞争1多个设备可能需要同时使用总线仲裁2需要一种机制来决定哪个设备优先使用总线方法3集中式仲裁、分布式仲裁单片机系统总线扩展实例外设接口扩展存储扩展通过扩展接口电路，连接各种外设，增加外部存储器，例如SRAM、例如传感器、显示器、键盘等EEPROM，以满足更大的存储需求数据采集扩展利用、等器件，实现对模拟ADC DAC信号的采集和控制单片机外设接口扩展扩展方式扩展目的扩展步骤123单片机外设接口的扩展可以通过添加通过扩展，单片机可以连接更多的外扩展过程需要进行地址解码、总线缓额外的接口芯片或使用总线扩展技术部设备，例如传感器、显示器、电机冲等操作，确保扩展后的外设能够正来实现等，提高系统的功能和应用范围常工作单片机存储扩展存储空间不足扩展存储器单片机内部存储器容量有限，可能无法满足程序和数据的存储需通过外部存储器芯片，可以扩展单片机的存储空间，满足更大程求序和数据存储需求单片机数据采集扩展

6.3传感器模数转换器数据处理ADC温度传感器、光传感器、压力传感器等用于将模拟信号转换为单片机可识别的数字信号单片机对采集到的数据进行处理，例如滤波将物理量转换为电信号、计算、存储等课程小结本节课学习了微计算机与微处理器系统总线及扩展，从总线概念、分类、扩展技术到单片机总线应用，为后续学习单片机系统打下坚实基础本课程重点回顾微计算机系统的结构系统总线微处理器、存储器和输入/输出设备之间的关系地址总线、数据总线和控制总线的概念和作用总线扩展技术单片机系统总线扩展实例地址解码、总线缓冲和总线仲裁的原理和应用外设接口扩展、存储器扩展和数据采集扩展的实际应用拓展思考与实践实践应用深入研究尝试将所学知识应用到实际项目中，例如设计和搭建一个简单的深入了解不同类型的单片机系统总线，并研究它们在特定应用中单片机系统的优缺点。