单片机基础第三版中断与定时

单片机基础第三版中断与定时第一页，共37页。6.1系统扩展概述

在第二章我们曾说一个单片机芯片就是一台计算机，以强调单片机的系统概念。但事实上单片机内部的资源毕竟有限，在实际应用中，许多情况下光靠片内资源是不够的。为此经常需要对单片机进行扩展，其中主要是存储器扩展和I/O扩展，以构成一个功能更强以满足需要的单片机应用系统。第二页，共37页。

为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，应将单片机的外部连接变为一般的微型机三总线结构形式。即地址总线、数据总线和控制总线。对MCS－51系列单片机，其三总线由下列通道口的引线组成：

地址总线：由P2口提供高8位地址线（A8――A15），此口具有输出锁存的功能，能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。由于P0口是地址、数据分时使用的通道口，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低8位的地址信息。一般都用ALE正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。数据总线：由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。

控制总线：扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号ALE，片外程序存储器取指信号以及数据存储器RAM和外设接口共用的读写控制信号等。第三页，共37页。

图5.2为单片机扩展成三总线的结构图。扩展芯片与主机相连的方法同一般三总线结构的微处理机完全一样。图5.2单片机的三总线结构

第四页，共37页。

一、访问外部程序存储器时序操作时序如图所示，其操作过程如下。（1）在S1P2时刻产生ALE信号。（2）由P0、P2口送出16位地址，由于P0口送出的低8位地址只保持到S2P2，所以要利用ALE的下降沿信号将P0口送出的低8位地址信号锁存到地址锁存器中。而P2口送出的高8位地址在整个读指令的过程中都有效，因此不需要对其进行锁存。从S2P2起，ALE信号失效。（3）从S3P1开始，开始有效，对外部程序存储器进行读操作，将选中的单元中的指令代码从P0口读入，S4P2时刻，失效。（4）从S4P2后开始第二次读入，过程与第一次相似。复习访问外部程序、数据存储器的时序第五页，共37页。图5.3MCS-51系列单片机访问外部程序存储器的时序图

第六页，共37页。二、访问外部数据存储器时序下面以读时序为例进行介绍，其相应的操作时序如图5.4所示。图5.4MCS-51系列单片机访问外部数据存储器的时序图

第七页，共37页。访问外部数据存储器的操作过程如下：（1）从第1次ALE有效到第2次ALE开始有效期间，P0口送出外部ROM单元的低8位地址，P2口送出外部ROM单元的高8位地址，并在有效期间，读入外部ROM单元中的指令代码。（2）在第2次ALE有效后，P0口送出外部RAM单元的低8位地址，P2口送出外部RAM单元高8位地址。（3）在第2个机器周期，第1次ALE信号不再出现，此时也失效，并在第2个机器周期的S1P1时，信号开始有效，从P0口读入选中RAM单元中的内容。第八页，共37页。6.2存储器扩展的编址技术

核心提示：编址技术就是实现地址的唯一性进一提示：存储器编址应分为两个层次；即存储芯片的选择和芯片内部存储单元的编址。6.2.1线选法

所谓线选法，就是直接以系统的地址作为存储芯片的片选信号，为此只需把高位地址线与存储芯片的片选信号直接连接即可。特点是简单明了，不需增加另外电路。缺点是存储空间不连续。适用于小规模单片机系统的存储器扩展。【例5-1】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构采用线选法进行扩展。扩展8KB的存储器结构需2KB的存储器芯片4块。2K的存储器所用的地址线为A0～A10共11根地址线和片选信号与CPU的连接如表5-1所示。第九页，共37页。

表5-180C51与存储器的线路连接

80C51存储器P0口经锁存器锁存形成A0～A7与A0～A7相连P2.0、P2.1、P2.2与A8～A10相连P0口与D0～D7相连P2.3与存储器1的片选信号相连P2.4与存储器2的片选信号相连P2.5与存储器3的片选信号相连P2.6与存储器3的片选信号相连第十页，共37页。扩展存储器的硬件连接如图5.5所示。

图5.5线选法连线图

第十一页，共37页。这样得到四个芯片的地址分配如表5-2所示

表5-2所示

线选方式地址分配表

A15A14A13A12A11A10….A0地址范围芯片100111111000….01….17000H---77FFH芯片200111100110

….01

….16800H---6FFFH芯片300110011110

….01

….15800H---5FFFH芯片400001111110

….01

….13800H—3FFFH第十二页，共37页。5.2.2译码法

所谓译码法就是使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。这是一种最常用的存储器编址方法，能有效地利用空间，特点是存储空间连续，适用于大容量多芯片存储器扩展。常用的译码芯片有：74LS139（双2－4译码器）和74LS138（3－8译码器）等，它们的CMOS型芯片分别是74HC139和74HC138。第十三页，共37页。74LS138/139译码器

图5.6译码器管脚图第十四页，共37页。

【例5-2】现有2K*8位存储器芯片，需扩展8K*8位存储结构采用译码法进行扩展。扩展8KB的存储器结构需2KB的存储器芯片4块。2K的存储器所用的地址线为A0～A10共11根地址线和片选信号与CPU的连接如表5-5所示。第十五页，共37页。表5-580C51与存储器的线路连接

80C51 存储器P0口经锁存器锁存形成A0～A7与A0～A7相连P2.0、P2.1、P2.2与A8～A10相连P0口与D0～D7相连P2.4P2.3译码输出与存储器的片选信号连接00与存储器1的片选信号相连01与存储器2的片选信号相连10与存储器3的片选信号相连11与存储器4的片选信号相连第十六页，共37页。

P2.3、P2.4作为二-四译码器的译码地址，译码输出作为扩展4个存储器芯片的片选信号，P2.5、P2.6、P2.7悬空。扩展连线图如图5.7所示。

图5.7采用译码器扩展8KB存储器连线图

第十七页，共37页。这样得到四个芯片的地址分配如表5-6所示。

表5-6译码方式地址分配表

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2….P0地址范围芯片100000000000….01….10000H---07FFH芯片200000000110….01….10800H---0FFFH芯片300000011000….01….11000H---17FFH芯片400000011110….01….11800H—1FFFH第十八页，共37页。

存储器的分类

1.

只读存储器（ROM）（1）掩模工艺ROM（2）可一次性编程ROM（PROM）（3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM）（4）电擦除可改写ROM（EEPROM或E2PROM）（5）快擦写ROM（flashROM）6.3程序存储器（EPROM）的扩展第十九页，共37页。5.3.1程序存储器扩展使用的典型芯片

以2764作为单片机程序存储器扩展的典型芯片为例进行说明

1．2764的引线2764是一块8K×8bit的EPROM芯片，其管脚图如图5.8所示·A12～A0­­13位地址信号输入线，说明芯片的容量为8K＝213个单元。·D7～D08位数据，表明芯片的每个存贮单元存放一个字节（8位二进制数）。·为输入信号。当它有效低电平时，能选中该芯片，故又称为选片信号。·为输出允许信号。当为低电平时，芯片中的数据可由D7～D0输出。·为编程脉冲输入端。当对EPROM编程时，由此加入编程脉冲。读时为高电平。第二十页，共37页。图5.8EPROM2764管脚图

图5.9SRAM6264管脚图

第二十一页，共37页。2．2764的连接使用图5.10为系统扩展一片EPROM的最小系统。

图5.10单片ROM扩展连线图

第二十二页，共37页。

存储器映像分析分析存储器在存储空间中占据的地址范围，实际上就是根据连接情况确定其最低地址和最高地址。图5.10所示，由于P2.7、P2.6、P2.5的状态与2764芯片的寻址无关，所以P2.7、P2.6、P2.5可为任意。从000到111共有8种组合，其2764芯片的地址范围是：最低地址：0000H(A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000000000000)最高地址：FFFFH(A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=×××1111111111111)共占用了64KB的存储空间，造成地址空间的重叠和浪费。第二十三页，共37页。

随机存储器RAM（也叫读写存储器）（1）双极型RAM（2）金属氧化物（MOS）RAM静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）集成RAM（iRAM）非易失性RAM（NVRAM）

6.3.2数据存储器的扩展概述第二十四页，共37页。

单片机与数据存储器的连接方法和程序存储器连接方法大致相同，简述如下：

1.地址线的连接，与程序存储器连法相同。

2.数据线的连接，与程序存储器连法相同。

3.控制线的连接，主要有下列控制信号：存储器输出信号和单片机读信号相连即和P3.7相连。存储器写信号和单片机写信号相连即和P3.6相连。ALE：其连接方法与程序存储器相同。使用时应注意，访问内部或外部数据存储器时，应分别使用MOV及MOVX指令。外部数据存储器通常设置二个数据区：

第二十五页，共37页。

（1）低8位地址线寻址的外部数据区。此区域寻址空间为256个字节。CPU可以使用下列读写指令来访问此存贮区。读存储器数据指令：MOVXA，＠Rｉ写存储器数据指令：MOVX＠Rｉ，A由于8位寻址指令占字节少，程序运行速度快，所以经常采用。（2）16位地址线寻址的外部数据区。当外部RAM容量较大，要访问RAM地址空间大于256个字节时，则要采用如下16位寻址指令。读存储器数据指令：MOVXA，＠DPTR写存储器数据指令：MOVX＠DPTR，A由于DPTR为16位的地址指针，故可寻址64KRAM字节单元第二十六页，共37页。5.4.2数据存储器扩展使用的典型芯片1．数据存储器SRAM芯片数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用的较多的是Intel公司的6116容量为2KB和6264容量为8KB。下面以6264芯片为例进行说明，管脚图如图5.9所示。该芯片的主要引脚为：·A12～A013根地址线，说明芯片的容量为8K＝213个单元。·D7～D08根数据线·、CE2为片选信号。当为低电平，CE2为高电平时，选中该芯片。·为输出允许信号。当OE为低电平时，芯片中的数据可由D7～D0输出。·为数据写信号。其工作方式如表5-8所示第二十七页，共37页。2．数据存储器扩展方法（1）

单片数据存储器扩展80C51与6264的连接如表5-9所示。

表5-980C51与6264的线路连接

80C516264P0经锁存器锁存形成A0～A7A0～A7P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4A8～A12D0～D7D0～D7第二十八页，共37页。数据存储器扩展的硬件连接如图5.11所示。

图5.11单片RAM扩展连线图

第二十九页，共37页。（2）

多片数据存储器扩展例如：用4片6116进行8KB数据存储器扩展，用译码法实现。80C51与6116的线路连接如表5-10所示表5-1080C51与6116的线路连接

第三十页，共37页。存储器扩展电路连接如图5.12所示。

图5.12多片RAM扩展连线图

第三十一页，共37页。5.4.3闪速存储器及其扩展1．引脚功能和读写操作AT29C256芯片的容量为32KB，引脚数量为28条，其引脚排列如图5.13所示。主要引脚功能如下：A0～A14：地址线。I／00一I／07：三态双向数据线。 ：片选信号线，低电平输入有效。 ：输出允许(读允许)信号线，低电平输入有效。：写允许信号线，低电平输入有效。(1)读操作。当=0