單片機基礎第三版中斷與定時

單片機基礎第三版中斷與定時第一頁，共37頁。6.1系統(tǒng)擴展概述

在第二章我們曾說一個單片機芯片就是一臺計算機，以強調(diào)單片機的系統(tǒng)概念。但事實上單片機內(nèi)部的資源畢竟有限，在實際應用中，許多情況下光靠片內(nèi)資源是不夠的。為此經(jīng)常需要對單片機進行擴展，其中主要是存儲器擴展和I/O擴展，以構成一個功能更強以滿足需要的單片機應用系統(tǒng)。第二頁，共37頁。

為了使單片機能方便地與各種擴展芯片連接，應將單片機的外部連接變?yōu)橐话愕奈⑿蜋C三總線結構形式。即地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。對MCS－51系列單片機，其三總線由下列通道口的引線組成：

地址總線：由P2口提供高8位地址線（A8――A15），此口具有輸出鎖存的功能，能保留地址信息。由P0口提供低8位地址線。由于P0口是地址、數(shù)據(jù)分時使用的通道口，所以為保存地址信息，需外加地址鎖存器鎖存低8位的地址信息。一般都用ALE正脈沖信號的下降沿控制鎖存時刻。數(shù)據(jù)總線：由P0口提供。此口是雙向、輸入三態(tài)控制的通道口。

控制總線：擴展系統(tǒng)時常用的控制信號為地址鎖存信號ALE，片外程序存儲器取指信號以及數(shù)據(jù)存儲器RAM和外設接口共用的讀寫控制信號等。第三頁，共37頁。

圖5.2為單片機擴展成三總線的結構圖。擴展芯片與主機相連的方法同一般三總線結構的微處理機完全一樣。圖5.2單片機的三總線結構

第四頁，共37頁。

一、訪問外部程序存儲器時序操作時序如圖所示，其操作過程如下。（1）在S1P2時刻產(chǎn)生ALE信號。（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的下降沿信號將P0口送出的低8位地址信號鎖存到地址鎖存器中。而P2口送出的高8位地址在整個讀指令的過程中都有效，因此不需要對其進行鎖存。從S2P2起，ALE信號失效。（3）從S3P1開始，開始有效，對外部程序存儲器進行讀操作，將選中的單元中的指令代碼從P0口讀入，S4P2時刻，失效。（4）從S4P2后開始第二次讀入，過程與第一次相似。復習訪問外部程序、數(shù)據(jù)存儲器的時序第五頁，共37頁。圖5.3MCS-51系列單片機訪問外部程序存儲器的時序圖

第六頁，共37頁。二、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時序下面以讀時序為例進行介紹，其相應的操作時序如圖5.4所示。圖5.4MCS-51系列單片機訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時序圖

第七頁，共37頁。訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作過程如下：（1）從第1次ALE有效到第2次ALE開始有效期間，P0口送出外部ROM單元的低8位地址，P2口送出外部ROM單元的高8位地址，并在有效期間，讀入外部ROM單元中的指令代碼。（2）在第2次ALE有效后，P0口送出外部RAM單元的低8位地址，P2口送出外部RAM單元高8位地址。（3）在第2個機器周期，第1次ALE信號不再出現(xiàn)，此時也失效，并在第2個機器周期的S1P1時，信號開始有效，從P0口讀入選中RAM單元中的內(nèi)容。第八頁，共37頁。6.2存儲器擴展的編址技術

核心提示：編址技術就是實現(xiàn)地址的唯一性進一提示：存儲器編址應分為兩個層次；即存儲芯片的選擇和芯片內(nèi)部存儲單元的編址。6.2.1線選法

所謂線選法，就是直接以系統(tǒng)的地址作為存儲芯片的片選信號，為此只需把高位地址線與存儲芯片的片選信號直接連接即可。特點是簡單明了，不需增加另外電路。缺點是存儲空間不連續(xù)。適用于小規(guī)模單片機系統(tǒng)的存儲器擴展?！纠?-1】現(xiàn)有2K*8位存儲器芯片，需擴展8K*8位存儲結構采用線選法進行擴展。擴展8KB的存儲器結構需2KB的存儲器芯片4塊。2K的存儲器所用的地址線為A0～A10共11根地址線和片選信號與CPU的連接如表5-1所示。第九頁，共37頁。

表5-180C51與存儲器的線路連接

80C51存儲器P0口經(jīng)鎖存器鎖存形成A0～A7與A0～A7相連P2.0、P2.1、P2.2與A8～A10相連P0口與D0～D7相連P2.3與存儲器1的片選信號相連P2.4與存儲器2的片選信號相連P2.5與存儲器3的片選信號相連P2.6與存儲器3的片選信號相連第十頁，共37頁。擴展存儲器的硬件連接如圖5.5所示。

圖5.5線選法連線圖

第十一頁，共37頁。這樣得到四個芯片的地址分配如表5-2所示

表5-2所示

線選方式地址分配表

A15A14A13A12A11A10….A0地址范圍芯片100111111000….01….17000H---77FFH芯片200111100110

….01

….16800H---6FFFH芯片300110011110

….01

….15800H---5FFFH芯片400001111110

….01

….13800H—3FFFH第十二頁，共37頁。5.2.2譯碼法

所謂譯碼法就是使用譯碼器對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，以其譯碼輸出作為存儲芯片的片選信號。這是一種最常用的存儲器編址方法，能有效地利用空間，特點是存儲空間連續(xù)，適用于大容量多芯片存儲器擴展。常用的譯碼芯片有：74LS139（雙2－4譯碼器）和74LS138（3－8譯碼器）等，它們的CMOS型芯片分別是74HC139和74HC138。第十三頁，共37頁。74LS138/139譯碼器

圖5.6譯碼器管腳圖第十四頁，共37頁。

【例5-2】現(xiàn)有2K*8位存儲器芯片，需擴展8K*8位存儲結構采用譯碼法進行擴展。擴展8KB的存儲器結構需2KB的存儲器芯片4塊。2K的存儲器所用的地址線為A0～A10共11根地址線和片選信號與CPU的連接如表5-5所示。第十五頁，共37頁。表5-580C51與存儲器的線路連接

80C51 存儲器P0口經(jīng)鎖存器鎖存形成A0～A7與A0～A7相連P2.0、P2.1、P2.2與A8～A10相連P0口與D0～D7相連P2.4P2.3譯碼輸出與存儲器的片選信號連接00與存儲器1的片選信號相連01與存儲器2的片選信號相連10與存儲器3的片選信號相連11與存儲器4的片選信號相連第十六頁，共37頁。

P2.3、P2.4作為二-四譯碼器的譯碼地址，譯碼輸出作為擴展4個存儲器芯片的片選信號，P2.5、P2.6、P2.7懸空。擴展連線圖如圖5.7所示。

圖5.7采用譯碼器擴展8KB存儲器連線圖

第十七頁，共37頁。這樣得到四個芯片的地址分配如表5-6所示。

表5-6譯碼方式地址分配表

P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2….P0地址范圍芯片100000000000….01….10000H---07FFH芯片200000000110….01….10800H---0FFFH芯片300000011000….01….11000H---17FFH芯片400000011110….01….11800H—1FFFH第十八頁，共37頁。

存儲器的分類

1.

只讀存儲器（ROM）（1）掩模工藝ROM（2）可一次性編程ROM（PROM）（3）紫外線擦除可改寫ROM（EPROM）（4）電擦除可改寫ROM（EEPROM或E2PROM）（5）快擦寫ROM（flashROM）6.3程序存儲器（EPROM）的擴展第十九頁，共37頁。5.3.1程序存儲器擴展使用的典型芯片

以2764作為單片機程序存儲器擴展的典型芯片為例進行說明

1．2764的引線2764是一塊8K×8bit的EPROM芯片，其管腳圖如圖5.8所示·A12～A0--13位地址信號輸入線，說明芯片的容量為8K＝213個單元。·D7～D08位數(shù)據(jù)，表明芯片的每個存貯單元存放一個字節(jié)（8位二進制數(shù)）?！檩斎胄盘?。當它有效低電平時，能選中該芯片，故又稱為選片信號?！檩敵鲈试S信號。當為低電平時，芯片中的數(shù)據(jù)可由D7～D0輸出?！榫幊堂}沖輸入端。當對EPROM編程時，由此加入編程脈沖。讀時為高電平。第二十頁，共37頁。圖5.8EPROM2764管腳圖

圖5.9SRAM6264管腳圖

第二十一頁，共37頁。2．2764的連接使用圖5.10為系統(tǒng)擴展一片EPROM的最小系統(tǒng)。

圖5.10單片ROM擴展連線圖

第二十二頁，共37頁。

存儲器映像分析分析存儲器在存儲空間中占據(jù)的地址范圍，實際上就是根據(jù)連接情況確定其最低地址和最高地址。圖5.10所示，由于P2.7、P2.6、P2.5的狀態(tài)與2764芯片的尋址無關，所以P2.7、P2.6、P2.5可為任意。從000到111共有8種組合，其2764芯片的地址范圍是：最低地址：0000H(A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000000000000)最高地址：FFFFH(A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=×××1111111111111)共占用了64KB的存儲空間，造成地址空間的重疊和浪費。第二十三頁，共37頁。

隨機存儲器RAM（也叫讀寫存儲器）（1）雙極型RAM（2）金屬氧化物（MOS）RAM靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM（DRAM）集成RAM（iRAM）非易失性RAM（NVRAM）

6.3.2數(shù)據(jù)存儲器的擴展概述第二十四頁，共37頁。

單片機與數(shù)據(jù)存儲器的連接方法和程序存儲器連接方法大致相同，簡述如下：

1.地址線的連接，與程序存儲器連法相同。

2.數(shù)據(jù)線的連接，與程序存儲器連法相同。

3.控制線的連接，主要有下列控制信號：存儲器輸出信號和單片機讀信號相連即和P3.7相連。存儲器寫信號和單片機寫信號相連即和P3.6相連。ALE：其連接方法與程序存儲器相同。使用時應注意，訪問內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)存儲器時，應分別使用MOV及MOVX指令。外部數(shù)據(jù)存儲器通常設置二個數(shù)據(jù)區(qū)：

第二十五頁，共37頁。

（1）低8位地址線尋址的外部數(shù)據(jù)區(qū)。此區(qū)域尋址空間為256個字節(jié)。CPU可以使用下列讀寫指令來訪問此存貯區(qū)。讀存儲器數(shù)據(jù)指令：MOVXA，＠Rｉ寫存儲器數(shù)據(jù)指令：MOVX＠Rｉ，A由于8位尋址指令占字節(jié)少，程序運行速度快，所以經(jīng)常采用。（2）16位地址線尋址的外部數(shù)據(jù)區(qū)。當外部RAM容量較大，要訪問RAM地址空間大于256個字節(jié)時，則要采用如下16位尋址指令。讀存儲器數(shù)據(jù)指令：MOVXA，＠DPTR寫存儲器數(shù)據(jù)指令：MOVX＠DPTR，A由于DPTR為16位的地址指針，故可尋址64KRAM字節(jié)單元第二十六頁，共37頁。5.4.2數(shù)據(jù)存儲器擴展使用的典型芯片1．數(shù)據(jù)存儲器SRAM芯片數(shù)據(jù)存儲器擴展常使用隨機存儲器芯片，用的較多的是Intel公司的6116容量為2KB和6264容量為8KB。下面以6264芯片為例進行說明，管腳圖如圖5.9所示。該芯片的主要引腳為：·A12～A013根地址線，說明芯片的容量為8K＝213個單元?！7～D08根數(shù)據(jù)線·、CE2為片選信號。當為低電平，CE2為高電平時，選中該芯片。·為輸出允許信號。當OE為低電平時，芯片中的數(shù)據(jù)可由D7～D0輸出?！閿?shù)據(jù)寫信號。其工作方式如表5-8所示第二十七頁，共37頁。2．數(shù)據(jù)存儲器擴展方法（1）

單片數(shù)據(jù)存儲器擴展80C51與6264的連接如表5-9所示。

表5-980C51與6264的線路連接

80C516264P0經(jīng)鎖存器鎖存形成A0～A7A0～A7P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4A8～A12D0～D7D0～D7第二十八頁，共37頁。數(shù)據(jù)存儲器擴展的硬件連接如圖5.11所示。

圖5.11單片RAM擴展連線圖

第二十九頁，共37頁。（2）

多片數(shù)據(jù)存儲器擴展例如：用4片6116進行8KB數(shù)據(jù)存儲器擴展，用譯碼法實現(xiàn)。80C51與6116的線路連接如表5-10所示表5-1080C51與6116的線路連接

第三十頁，共37頁。存儲器擴展電路連接如圖5.12所示。

圖5.12多片RAM擴展連線圖

第三十一頁，共37頁。5.4.3閃速存儲器及其擴展1．引腳功能和讀寫操作AT29C256芯片的容量為32KB，引腳數(shù)量為28條，其引腳排列如圖5.13所示。主要引腳功能如下：A0～A14：地址線。I／00一I／07：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線。 ：片選信號線，低電平輸入有效。 ：輸出允許(讀允許)信號線，低電平輸入有效。：寫允許信號線，低電平輸入有效。(1)讀操作。當=0