【大學課件】微計算機與微處理器 單片機系統(tǒng)總線及擴展

微計算機與微處理器單片機系統(tǒng)總線及擴展本課件將深入探討單片機系統(tǒng)總線及其擴展技術，涵蓋總線分類、結構、時序、仲裁、擴展技術、標準化等關鍵概念。了解這些內容對于深入理解單片機系統(tǒng)設計與應用至關重要。單片機系統(tǒng)構成概述硬件單片機芯片、存儲器、輸入輸出接口、總線等軟件操作系統(tǒng)、應用程序、驅動程序等單片機系統(tǒng)硬件組成1中央處理器CPU負責執(zhí)行指令、控制數據流、管理系統(tǒng)運行2存儲器用于存儲程序和數據，包括ROM、RAM3輸入輸出接口連接外部設備，實現數據交換4總線系統(tǒng)用于連接CPU、存儲器、輸入輸出接口中央處理器CPU算術邏輯運算單元ALU執(zhí)行算術和邏輯運算控制單元CU控制CPU的工作流程寄存器組臨時存儲數據和指令存儲器只讀存儲器ROM存儲固定的程序和數據，斷電后數據不丟失隨機存取存儲器RAM存儲臨時數據，斷電后數據丟失輸入輸出接口串行接口以串行方式傳輸數據，適用于遠距離數據傳輸并行接口以并行方式傳輸數據，適用于高速數據傳輸特殊功能寄存器SFR用于控制和配置外設總線系統(tǒng)總線是單片機系統(tǒng)中連接各功能模塊的電子線路，用于傳輸數據、地址、控制信號，是系統(tǒng)各個部件之間通信的橋梁?？偩€分類數據總線傳輸數據信息地址總線指定訪問的存儲單元或外設控制總線控制數據傳輸過程總線結構1單總線結構所有信號共用一條總線，成本低，但速度慢2多總線結構不同類型的信號使用不同的總線，速度快，但成本高3分散總線結構將總線分成多個子總線，提高系統(tǒng)的可擴展性總線信號數據信號用于傳輸數據信息地址信號用于指定訪問的存儲單元或外設控制信號用于控制數據傳輸過程總線時序時鐘信號用于同步系統(tǒng)各個部分的工作數據有效信號指示數據總線上數據有效讀寫信號指示CPU是讀取數據還是寫入數據總線仲裁1集中式仲裁由一個專門的仲裁器負責2分散式仲裁每個設備都有仲裁邏輯3鏈式仲裁設備以鏈式連接總線擴展1總線緩沖擴展使用緩沖器隔離負載2外圍設備接入總線連接外部設備3總線擴展芯片提供總線擴展功能外圍設備接口1并行接口數據并行傳輸2串行接口數據串行傳輸并行接口特點數據傳輸速度快，但線路復雜應用適用于打印機、掃描儀等設備串行接口特點數據傳輸速度慢，但線路簡單應用適用于鼠標、鍵盤、調制解調器等設備總線擴展技術概述總線擴展是指在不改變原有總線結構的情況下，增加新的設備或功能模塊，以滿足系統(tǒng)不斷增長的需求?？偩€緩沖擴展使用總線緩沖器隔離總線上的負載，提高總線的驅動能力，延長總線長度，增加連接設備的數量。外圍設備接入總線通過接口電路將外圍設備接入總線，實現設備與單片機系統(tǒng)之間的數據交換?？偩€擴展芯片專門設計用于總線擴展的芯片，提供總線仲裁、地址譯碼、數據緩沖等功能，方便實現總線擴展。多處理器系統(tǒng)使用多個CPU共同工作，提高系統(tǒng)處理能力，適用于需要高性能計算的任務。多總線系統(tǒng)使用多條總線連接不同的功能模塊，提高系統(tǒng)效率，避免單條總線的擁堵。總線標準化為了保證系統(tǒng)兼容性和互操作性，總線需要進行標準化?？偩€標準化是指對總線結構、信號、時序、協(xié)議等進行統(tǒng)一規(guī)范?？偩€標準化的意義總線標準化能夠提高系統(tǒng)的兼容性，促進不同廠商的產品之間的互操作性，方便用戶選擇和使用設備，推動行業(yè)發(fā)展?？偩€標準化的特點總線標準化具有開放性、通用性、可擴展性等特點，便于不同廠商的設備進行互聯(lián)互通，促進系統(tǒng)的可擴展性。總線標準化的發(fā)展總線標準化經歷了從單一總線到多總線、從低速總線到高速總線的演變過程，不斷滿足新技術和新應用的需求。ISA總線標準ISA總線標準是早期PC機常用的總線標準，特點是結構簡單，成本低廉，但傳輸速度較慢。PCI總線標準PCI總線標準是目前應用最為廣泛的總線標準之一，具有速度快、帶寬高、可擴展性強等優(yōu)點，廣泛應用于臺式機、服務器等領域。USB總線標準USB總線標準是一