MCS51单片机扩展存储器的设计ppt课件.ppt
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1、12一一.概述概述二二.系统总线及总线构造系统总线及总线构造 三三. 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器四四.程序存储器程序存储器EPROM的扩展的扩展五五. 静态数据存储器的扩展静态数据存储器的扩展六六.EPROM和和RAM的综合扩展的综合扩展七七.E2PROM的扩展的扩展34一一. 概述概述1. 单片机扩展的基本概念单片机扩展的基本概念 单片机中虽然已经集成了单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、定时器、中断口、定时器、中断系统、存储器等计算机的基本部件(即系统资源),但是对系统、存储器等计算机的基本部件(即系统资源),但是对一些较复杂应用系统来
2、说有时感到以上资源中的一种或几种一些较复杂应用系统来说有时感到以上资源中的一种或几种不够用,这就需要不够用,这就需要在单片机芯片外加相应的芯片、电路,使在单片机芯片外加相应的芯片、电路,使得有关功能得以扩充,我们称为系统扩展得有关功能得以扩充,我们称为系统扩展(即系统资源的扩(即系统资源的扩充)。充)。 MCS-51系列单片机有很强的外部扩展功能,大部分常系列单片机有很强的外部扩展功能,大部分常规芯片可用于其外围扩展电路中。扩展的内容主要有总线、规芯片可用于其外围扩展电路中。扩展的内容主要有总线、程序存储器、数据存储器、程序存储器、数据存储器、I/O口扩展等。口扩展等。52. 系统扩展分类系统
3、扩展分类 单一功能的扩展单一功能的扩展 综合功能的扩展综合功能的扩展3. 系统扩展需要解决的问题系统扩展需要解决的问题 单片机与相应芯片的单片机与相应芯片的接口接口电路连接(即地址总电路连接(即地址总线、数据总线、控制总线的连接)与线、数据总线、控制总线的连接)与编程编程。6 51系列单片机没有专用的对外地址总线和数系列单片机没有专用的对外地址总线和数据总线,其据总线,其P0口和口和P2口既是通用口既是通用I/O口,同时口,同时P0口还是分时复用的双向数据总线和低口还是分时复用的双向数据总线和低8位地址总位地址总线(一般需要加一级锁存器),而线(一般需要加一级锁存器),而P2口则是高口则是高8
4、位地址总线。位地址总线。4. 单片机的地址总线和数据总线单片机的地址总线和数据总线 要进行系统扩展,首先要构造系统总线。要进行系统扩展,首先要构造系统总线。7二二. 系统总线及总线构造系统总线及总线构造 所谓总线,就是连接计算机各部件的一组公共信号所谓总线,就是连接计算机各部件的一组公共信号线。线。MCS-51使用的是并行总线结构,按其功能分三类:使用的是并行总线结构,按其功能分三类:1. 地址总线地址总线 地址总线地址总线用于传送单片机发出的地址信号,以便进用于传送单片机发出的地址信号,以便进行存储单元和行存储单元和I/O端口的选择。地址总线是单向的,只能端口的选择。地址总线是单向的,只能由
5、单片机向外送出。地址总线的数目决定着可以直接访由单片机向外送出。地址总线的数目决定着可以直接访问的存储单元的数目。问的存储单元的数目。 如如MCS-51系列单片机地址总线宽为系列单片机地址总线宽为16位,所以可寻位,所以可寻址范围为址范围为216=64KB。其中,。其中,P0口作低口作低8位,位,P0口作地址口作地址线时要锁存,线时要锁存, P2口作高口作高8位。位。82. 数据总线数据总线 数据总线数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O之间传送数据。单片机系统数据总线的位数与单片机处之间传送数据。单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致。
6、理数据的字长一致。 MCS-51单片机是单片机是8位字长,所以数位字长,所以数据总线的位数也是据总线的位数也是8位的。数据总线是双向的,可以进行位的。数据总线是双向的,可以进行两个方向的传送。两个方向的传送。3. 控制总线控制总线 控制总线控制总线实际上就是一组控制信号线,包括单片机实际上就是一组控制信号线,包括单片机发出的,以及从其他部件传送给单片机的。对于一条具发出的,以及从其他部件传送给单片机的。对于一条具体的控制信号线来说,其传送方向是单向的,但是由不体的控制信号线来说,其传送方向是单向的,但是由不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向。同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双
7、向。94. 构造系统总线构造系统总线 由于单片机的扩展系统是并行总线结构,因此单片由于单片机的扩展系统是并行总线结构,因此单片机系统扩展的首要问题是构造系统总线,然后再往系统机系统扩展的首要问题是构造系统总线,然后再往系统总线上总线上“挂挂”存储器芯片或存储器芯片或I/O接口芯片。接口芯片。 MCS-51单片机受引脚数目的限制,数据线和低单片机受引脚数目的限制,数据线和低8位位地址线是复用的,由地址线是复用的,由P0口线兼用。为了将他们分离出来,口线兼用。为了将他们分离出来,需要在单片机外部增加地址锁存器,从而构成与一般需要在单片机外部增加地址锁存器,从而构成与一般CPU相类似的片外三总线。如
8、相类似的片外三总线。如图图1所示。所示。 地址锁存器一般采用地址锁存器一般采用74LS373,P0口送出的低口送出的低8位有位有效地址信号是在效地址信号是在ALE(地址锁存允许地址锁存允许)信号变高的同时出现信号变高的同时出现的,并在的,并在ALE由高变低时,将出现在由高变低时,将出现在P0口的地址信号锁口的地址信号锁存到外部地址锁存器存到外部地址锁存器74LS373中,随后,中,随后,P0口又作为数口又作为数据总线口。据总线口。10P2口口P0口口ALERDWRPSENP1.7P3.6EA+5V或地或地8051高高8位地址线位地址线低低8位地址线位地址线地址地址锁存器锁存器88位数据总线位数
9、据总线控控制制总总线线16位位地地址址总总线线图图1 MCS-51扩展的三总线扩展的三总线11 构造系统总线的具体方法构造系统总线的具体方法l 地址总线:以地址总线:以P0口作为低口作为低8位地址总线(必须外接位地址总线(必须外接 一个锁存器一个锁存器74LS373 )。以)。以P2口的口线作为高位地口的口线作为高位地 址线。需用几位就引几条口线。址线。需用几位就引几条口线。l 数据总线:以数据总线:以P0口的口线作为数据总线。口的口线作为数据总线。l 控制总线:控制总线: 使用使用ALE信号作为低信号作为低8位地址的锁存控制信号。位地址的锁存控制信号。 用用/PSEN信号作为扩展程序存储器的
10、读选通信号。信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 用用/EA信号作为内外程序存储器的选择控制信号。信号作为内外程序存储器的选择控制信号。 用用/RD和和/WR信号作为扩展数据存储器和信号作为扩展数据存储器和I/O的读选通的读选通 信号。信号。12三三. 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器3.1 存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制 外扩的外扩的RAM芯片的读、写控制引脚芯片的读、写控制引脚/OE和和/WE分别分别与与MCS-51的的/RD和和/WR引脚相连。引脚相连。 外扩的外扩的EPROM正常使用时只能读,不能写,故芯片正常使用时只能读,不能写,
11、故芯片无写控制引脚,只有读出引脚无写控制引脚,只有读出引脚/OE,与,与51的的/PSEN相连。相连。3.2 存储器地址空间分配存储器地址空间分配 存储器的地址空间分配,实际上就是通过地址线,存储器的地址空间分配,实际上就是通过地址线,与存储器芯片的地址引脚适当连接,最终达到一个存储与存储器芯片的地址引脚适当连接,最终达到一个存储器单元对应一个地址的要求。器单元对应一个地址的要求。13存储器地址空间分配存储器地址空间分配 通常把单片机系统的地址笼统地分为低位和高位地通常把单片机系统的地址笼统地分为低位和高位地址,存储器芯片的某一存储单元选择使用低位地址,剩址,存储器芯片的某一存储单元选择使用低
12、位地址,剩下的高位地址才作为芯片选择使用,因此芯片的选择都下的高位地址才作为芯片选择使用,因此芯片的选择都是使用高位地址线。是使用高位地址线。 在在16根地址线中,高、低位地址线的数目并不是固根地址线中,高、低位地址线的数目并不是固定的,我们只是把用于存储单元选择所使用的地址线,定的,我们只是把用于存储单元选择所使用的地址线,都称为低位地址线,其余的就为高位地址线。都称为低位地址线,其余的就为高位地址线。 存储器地址空间分配除了考虑地址线的连接外,还存储器地址空间分配除了考虑地址线的连接外,还需考虑各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范需考虑各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围,以
13、便在程序设计时正确地应用它们。围,以便在程序设计时正确地应用它们。 常用的存储器地址分配方法有:线选法、译码法。常用的存储器地址分配方法有:线选法、译码法。14存储器地址空间分配存储器地址空间分配a. 线选法线选法 线选法就是直接利用系统的高位地址线作为存储器线选法就是直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片(或芯片(或I/O接口芯片)的片选信号。为此,只需要把用接口芯片)的片选信号。为此,只需要把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接连接即可。到的地址线与存储器芯片的片选端直接连接即可。 线选法的优点是电路简单,不需要地址译码器硬件,线选法的优点是电路简单,不需要地址译码器硬件,体积小,成本低。
14、缺点是可寻址的器件数目受到限制,体积小,成本低。缺点是可寻址的器件数目受到限制,故只用于不太复杂的系统中,另外,地址空间不连续,故只用于不太复杂的系统中,另外,地址空间不连续,每个存储单元的地址不惟一,这会给程序设计带来一些每个存储单元的地址不惟一,这会给程序设计带来一些不方便。不方便。 外部程序存储器和数据存储器的地址空间可以重叠,外部程序存储器和数据存储器的地址空间可以重叠,由控制信号区分。由控制信号区分。(外部程序存储器外部程序存储器/PSEN;数据存储器数据存储器/RD,/WR)15A12A8CEOEA7A0A12A8CEOEA7A0A12A8CEOEA7A074LS373885558
15、882764(1)2764(2)2764(3)P2.7P2.6P2.5P2.4P2.0EAPSENP0ALE8031线选法线选法存储器地址空间分配存储器地址空间分配16典型存储器的扩展器件 (1)6116静态静态RAM的扩展的扩展 A10A0:地址线:地址线D7D0:数据线:数据线/CE:片选信号:片选信号/OE:数据输出允许信号:数据输出允许信号/WE:写选通信号:写选通信号VCC:电源(:电源(+5V)GND:地:地123456789101112136116D0A1D2A7A2A3A0D1A4A5A6D7CEVCCA8A9WEOEA10GND1415161718192021222324D3
16、D4D5D6存储器地址空间分配存储器地址空间分配17D7D6D5D4D3D2D1D0G74LS373GND+5VEQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0D0D6数据输入数据输入 E输出允许输出允许 G数据输出数据输出 Q0Q7使能端使能端当当E=0,G=1时,时, 输出输出Q=输入输入D(透明透明);当当E=0,G=0时,时, 输出输出Q端不变(锁存)端不变(锁存)当当E=0,输出高阻态,输出高阻态(2)74LS373锁存器锁存器18扩展6116静态RAM 存储器地址空间分配存储器地址空间分配192764引脚功能引脚功能A0A12地址线地址线 CE选片选片 OE读读D0D7数据线数据线编程脉冲编程脉
17、冲输入输入 PGM编程电源编程电源 Vpp(3)EPROM27648K EPROM VPP A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2GNDVccPGMN.CA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D32764存储器地址空间分配存储器地址空间分配20扩展电路连接扩展电路连接图7-4 扩展电路单片机单片机 8031P2.0:.A8.ALEPSEN74LS373G2764A7.A0O0.O7P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0.Q7D0.D7 8031 8031 27642764数据数据总线的连接:P0.0-P0.7(数据总线)-O0-O7地址地址总线
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