扩展存储器的设计.ppt

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1、第八章第八章 MCS-51扩展存储器的设计扩展存储器的设计单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上,内部带有程序存储器内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统最小应用系统,许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。片内片内无程序存储器无程序存储器的芯片构成最小应用系的芯片构成最小应用系统时统时,必须在片必须在片外扩展程序存储器外扩展程序存储器。由于由于一般用作程序存储器的一般用作程

2、序存储器的EPROM芯片不能锁芯片不能锁存地址存地址,故扩展时还应加故扩展时还应加1个锁存器个锁存器,构成构成一个一个3片最小系统。片最小系统。单片机的三总线结构单片机的三总线结构当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时,就需要进行扩展。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接,常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总线结构形式。对于MCS-51系列单片机,其3总线由下列通道口的引线组成:地址总线地址总线地址总线地址总线:由P2口提供高口提供高8位地址线位地址线,此口具有输出锁存的功能,能保留地址信息。由P0P0口提供低口提供低口提供低口提供低8 8位地址线位地址线位地址线位地址线。数据总线

3、数据总线数据总线数据总线:由P0P0口提供口提供口提供口提供。此口是双向、输入三态控制的8位通道口。控制总线控制总线:ALE地址锁存信号地址锁存信号,用以实现对低用以实现对低8位位 地址的锁存。地址的锁存。片外程序存储器取指信号。片外程序存储器取指信号。片外数据存储器读信号。片外数据存储器读信号。片外数据存储器写信号。片外数据存储器写信号。控制信号：控制信号：构成扩展系统的控制总线。构成扩展系统的控制总线。1.ALE作地址锁存的选通信号，以实现低作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的位地址的锁存锁存。2.PSEN作扩展作扩展程序存储器程序存储器的的读读选通信号。选通信号。3.EA作作内外内外

4、程序存储器的选通信号。程序存储器的选通信号。4.RD和和WR作扩展作扩展数据存储器数据存储器和和I/O端口端口的的读写读写选通信号。选通信号。二、二、系统扩展的内容与方法系统扩展的内容与方法(1)、系统的扩展一般有以下几方面的内容系统的扩展一般有以下几方面的内容:外部程序存储器的扩展外部程序存储器的扩展;外部数据存储器的扩展外部数据存储器的扩展;输入输入/输出接口的扩展输出接口的扩展;管理功能器件的扩展管理功能器件的扩展(如定时如定时/计数器、计数器、键盘键盘/显示器、显示器、中断优先中断优先 编码器等编码器等)。(2)、系统扩展的基本方法、系统扩展的基本方法:使用使用TTL中小规模集成电路进

5、行扩展。中小规模集成电路进行扩展。采用采用Intel MCS-80/85微处理器外围芯片来扩展。微处理器外围芯片来扩展。采用为采用为MCS-48系列单片机设计的一些外围芯片系列单片机设计的一些外围芯片,其中其中许多芯片可直接与许多芯片可直接与MCS-51系列单片机连用。系列单片机连用。采用与采用与MCS-80/85外围芯片兼容的其它一些通用标准外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。芯片。表表 MCS51单片机常用的扩展器件单片机常用的扩展器件 8D锁存器锁存器74LS37374LS373是一种带输出三态门的8D锁存器。1D8D为8个输入端。1Q8Q为8个输出端。G为数据打入端：当G为“1 1”时

6、，锁存器输出状态(1Q8Q)同同同同输入状态(1D8D)；当G由“1”变“0 0”时，数据打入入入入锁存器中。74LS373的结构示意图的结构示意图 74LS373用作地址锁存器用作地址锁存器 总线驱动器总线驱动器总线驱动器总线驱动器74LS244,74LS24574LS244,74LS24574LS244,74LS24574LS244,74LS245 总线驱动器总线驱动器74LS244和和74LS245经常用作三态数据缓冲器。经常用作三态数据缓冲器。74LS244为单向三态数据缓冲器，而为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。为双向三态数据缓冲器。单向的内单向的内单向的内

7、单向的内部有部有部有部有8 8个三态驱动器，个三态驱动器，个三态驱动器，个三态驱动器，分成两组，分成两组，分成两组，分成两组，分别由控制端分别由控制端分别由控制端分别由控制端 和和和和/2G/2G 控制控制控制控制；双向的双向的双向的双向的有有有有1616个三态驱动器，个三态驱动器，个三态驱动器，个三态驱动器，每个方向每个方向每个方向每个方向8 8个个个个。在控制端在控制端 有效时有效时(为低电平为低电平)，由，由DIR端控制驱动方向：端控制驱动方向：DIR为为“1”时方向从左到右时方向从左到右(输出允许输出允许)，DIR为为“0”时方向从右到左时方向从右到左(输入允许输入允许)。74LS24

8、4和和74LS245的引脚图的引脚图如下图所示。如下图所示。总线驱动器芯片管脚图总线驱动器芯片管脚图(a)单向驱动器单向驱动器74LS244;(b)双向驱动器双向驱动器74LS245 P2口如外接总线驱动器，口如外接总线驱动器，可用单向的可用单向的72LS244,其连接图如图所示。其连接图如图所示。它的两个控制端它的两个控制端/1G和和/2G均接地，均接地，相当于相当于8个三态门均打开，个三态门均打开，数据从数据从P2口到口到A8A15端直通，端直通，也就是说。也就是说。此处采用此处采用74LS244纯粹是为了增加驱纯粹是为了增加驱动能力而不加任何控制。动能力而不加任何控制。P2口外接口外接7

9、4LS244;P0口外接口外接74LS245 38383838译码器译码器译码器译码器74LS138 74LS138 74LS138 74LS138 38译码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片，其管脚图如图17所示。其中，G1、,个控制端，只有当G1为“”且 ,均为“0 0”时，译码器才能进行译码输出。否则译码器的8个输出端全为高阻状态。译码输入端与输出端之间的译码关系如表12所示。具体使用时，G1、与 既可直接接至+5 V端或地，也可参与地址译码。但其译码关系必须为100。需要时也可通过反相器使输入信号符合要求。图图1-7 74LS138管脚图管脚图 地址译码器：地址译码器：74LS

10、13874LS138表表5-18.3 8.3 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8.3.1 8.3.1 存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制 外扩RAM时，既能读又能写能读又能写，故常有读写控制引脚，/OE和/WE，分别连于51机的/RD和/WE。外扩ROM则只只能读能读，记为/OE与51的/PSEN相连。8.3.2 8.3.2 存储器地址空间分配存储器地址空间分配存储器地址空间分配存储器地址空间分配 所谓所谓编址编址就是给存储单元分

11、配地址。就是给存储单元分配地址。由于存储器通常由于存储器通常由多片芯片组成由多片芯片组成,为此存储器的编址分为两个层次为此存储器的编址分为两个层次:即即存储器芯片的选择存储器芯片的选择和和存储器芯片内部存储单元的选择存储器芯片内部存储单元的选择。位扩展（无片选）位扩展（无片选）字扩展（有片选）字扩展（有片选）用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的存储器系统存储器系统。要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机的总线结构要求。的总线结构要求。一、扩充存储器位数：一、扩充存储器位数：例例1 1：用用2K12K1

12、位存储器芯片组成位存储器芯片组成 2K8 2K8位存储器系统。位存储器系统。例例2 2：用用2K82K8位存储器芯片组成位存储器芯片组成2K162K16位存储器系统。位存储器系统。例1：用2K1位存储芯片组成2K8位存储系统。当地址、片选和读写信号有效，可当地址、片选和读写信号有效，可并行并行存取存取8位信息；位信息；共用片选共用片选共用片选共用片选。例2：用2K8位存储器芯片组成2K16位存储器系统。地址、片选和读写引线并联后引出，数据线地址、片选和读写引线并联后引出，数据线并列并列引出引出。CED D0 07 7D D0 07 7R/WR/WCECEA A0 01010A A0 01010

13、D07D815R/WA010共用片选共用片选二、扩充存储器容量：二、扩充存储器容量：地址线、数据线和读写控制线均并联。地址线、数据线和读写控制线均并联。为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信 号区别不同芯片的地址空间号区别不同芯片的地址空间（不能共用片选）（不能共用片选）。片选方法：片选方法：1.1.线选法：线选法：微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。2.2.译码片选法：译码片选法：微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。多片存储

14、器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。多片程序存储器芯片的扩展多片程序存储器芯片的扩展1、线选法寻址线选法寻址 图图 2-4 3片片2764与与8031的连接图的连接图 各芯片的地址范围如下各芯片的地址范围如下:2、译码法寻址译码法寻址 采用译码法扩展两片采用译码法扩展两片2764芯片芯片图图 2-5 2片片2764与与8031的连接图的连接图 各芯片的地址范围如下各芯片的地址范围如下:8.4 程序存储器程序存储器EPROM的扩展的扩展工作时，工作时，ROMROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化固化信息

15、信息)，失电后可保持信息不丢失。，失电后可保持信息不丢失。1.1.1.1.掩膜掩膜掩膜掩膜ROMROMROMROM：不可改写：不可改写：不可改写：不可改写ROMROMROMROM 由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。2.PROM2.PROM2.PROM2.PROM：可编程：可编程：可编程：可编程ROMROMROMROM 用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。3.EPROM3.EPROM3.EPROM3.EPROM：可擦除：可擦除：可擦除：可擦除PROMPROMPROMPROM 用户可以多次

16、编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。4.EEPROM4.EEPROM4.EEPROM4.EEPROM：可电擦除：可电擦除：可电擦除：可电擦除PROMPROMPROMPROM 既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备RAM、ROM的优点。但写入时间较长。常用常用EPROM芯片：芯片：Intel 2716(2KB=2K8位位)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。2716 有五种工作方式有五种工作

17、方式,见表见表。由由图图2-3可可确确定定2716芯芯片片的的地地址址范范围围。方方法法是是A10A0从从全全0开开始始,然然后后从从最最低低位位开开始始依依次次加加 1,最最后后变变为为全全1,相相当当于于211=2 048个单元地址依次选通个单元地址依次选通,称为字选。即称为字选。即 8.5 静态数据存储器的扩展静态数据存储器的扩展数据存储器即随机存取存储器(Random Access Memory),简称简称RAMRAM,用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不同,对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储器,断电后所存信息立即消失。按其工作方式,RAM又分为静态(SRAM)和

18、动态(DRAM)两种。静态RAM只要电源加上,所存信息就能可靠保存。这里主要介绍这里主要介绍静态静态数据存储器。数据存储器。扩展数据存储器电路常用RAM芯片：Intel 6116(2KB)Intel 6116(2KB)、6264(8KB)6264(8KB)、62256(32KB)62256(32KB)等。等。图图27 RAM 6264引脚图引脚图 表表 2-2 6264的工作方式的工作方式 图图 2-8 单片单片6264与与51单片机连接示意图单片机连接示意图 6264的的8 KB地址范围不唯一（因为地址范围不唯一（因为A14A13可为任意值）可为任意值）,6000H7FFFH是一种地址范围。

19、是一种地址范围。当向该片当向该片6000H单元写一个数据单元写一个数据DATA时时,可用如可用如下指令下指令:MOV A,DATA MOV DPTA,6000H MOVX DPTR,A从从FFFH单元读一个数据时单元读一个数据时,可用如下指令可用如下指令:MOV DPTR,7FFFH MOVX ,DPTR 8.6 EPROM和和RAM的综合扩展的综合扩展如图如图29所示。所示。8031的片外程序存储器和数据存储器的片外程序存储器和数据存储器的地址各为的地址各为64 K。若采用若采用EPROM2764和和RAM6264芯片，芯片，则各需则各需8片才能构成全部有效地址。片才能构成全部有效地址。芯片的选芯片的选择采用择采用38译码器译码器74LS138，片外地址线只有片外地址线只有3根根(A15、A14、A13)，分别接至分别接至74LS138的的C、B、A端，端，其其8路译码输出分别接至路译码输出分别接至8个个2764和和8个个6264的片的片选端。选端。思考思考：各个各个芯片芯片的地的地址分址分别是别是多少多少？图图 2-9 外部存储器综合扩展示意图外部存储器综合扩展示意图