(精品)第8章 扩展存储器的设计.ppt

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1、外部总线扩展外部总线扩展外部总线扩展外部总线扩展存储器概述存储器概述存储器概述存储器概述第第章章扩扩展展存存储储器器设设计计 本章内容本章内容本章内容本章内容Single Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer常用扩展存储芯片常用扩展存储芯片常用扩展存储芯片常用扩展存储芯片编址技术编址技术编址技术编址技术8.1 8.1 外部总线扩展外部总线扩展片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/OI/O功能部功能部件：内容主要有：件：内容主要有：(1)(1)外部存储器的扩展外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存（

2、外部存储器又分为外部程序存储器和外部数据存储器储器和外部数据存储器 程序存储器程序存储器(program storage)(program storage)在计算机的主存储器中专门用来存放程序、在计算机的主存储器中专门用来存放程序、子程序的一个区域。子程序的一个区域。(2)(2)I/O I/O接口部件的扩展接口部件的扩展。本章介绍本章介绍MCS MCS 51 51单片机如何扩展外部存储器，单片机如何扩展外部存储器，I/OI/O接接口部件的扩展下一章介绍。口部件的扩展下一章介绍。为什么要进行单片机的存储器扩展？为什么要进行单片机的存储器扩展？为什么要进行单片机的存储器扩展？为什么要进行单片机的存

3、储器扩展？子系列子系列机机 型型片内片内ROM片内片内RAM可寻址可寻址ROM范围范围可寻址可寻址RAM范围范围51子系列子系列8031无无128B64KB64KB80514KB128B64KB64KB87514KB128B64KB64KB52子系列子系列8032无无256B64KB64KB80528KB256B64KB64KB 实际应用时，如果单片机内部程序存储器的实际应用时，如果单片机内部程序存储器的实际应用时，如果单片机内部程序存储器的实际应用时，如果单片机内部程序存储器的容量不能满足要求时，就需要在其外部进行存储容量不能满足要求时，就需要在其外部进行存储容量不能满足要求时，就需要在其外

4、部进行存储容量不能满足要求时，就需要在其外部进行存储器的扩展。器的扩展。器的扩展。器的扩展。程序存储器程序存储器程序存储器程序存储器程序程序存储器存储器内部外部0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址 内部存储器如果资源不够，如何扩展？需要哪几根控制线呢？问题：n位地址可以产生的地址的数目

5、为多少个地址单元？可以访问多少个存储单元？单片机原理及应用8051数据数据存储器存储器程序程序存储器存储器I/O接口接口I/O接口接口I/O设备设备I/O设备设备地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线MCS-51单片机扩展及系统结构单片机扩展及系统结构地址总线是地址总线是单向单向的，从单片机发出。的，从单片机发出。数据总线是数据总线是双向双向的。的。对于一条控制线，其传送方向是对于一条控制线，其传送方向是单向单向的。的。总线：总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。地址总线：地址总线：传出单片机送出的地址信号，进行存储传出单片机送出的地址信号

6、，进行存储单元和单元和I/O端口的选择。端口的选择。数据总线：数据总线：单片机和存储单元以及单片机和单片机和存储单元以及单片机和I/O端端口之间传输数据。口之间传输数据。控制总线：控制总线：一组控制信号线的总称。有单片机发出一组控制信号线的总称。有单片机发出的，也有从其他部件发向单片机的。的，也有从其他部件发向单片机的。注注注注 意意意意1、单片机扩展的实现（总线构造）、单片机扩展的实现（总线构造）以以P0口口的的8位口线作位口线作地址地址/数据数据线（复用线）线（复用线）;以以P2口口的的8位口线作位口线作高高8位地址位地址线。线。MCS-51单片机寻址范围为单片机寻址范围为64K，需要，需

7、要16根根地址线地址线:所谓复用：所谓复用：既可作既可作地址地址线（低线（低8位），又可作位），又可作数据数据线。线。复用技术：复用技术：增加一个增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制位锁存器，通过对锁存器的控制实现对地址（低实现对地址（低8位）和数据的分离位）和数据的分离 地址锁存器一般采用地址锁存器一般采用74LS373，采用采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图的地址总线的扩展电路如下图(图图8-3)。尽管尽管MCS-51有有4个并行个并行I/O口，共口，共32条口线，但由于系统扩展需要，条口线，但由于系统扩展需要，真正作为数据真正作为数据I/O使用的，就剩下使用的，就剩下P1口和

8、口和P3口的部分口线。口的部分口线。2、扩展时常用的控制信号、扩展时常用的控制信号1）ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）。地址锁存选通信号（高电平有效）。2）PSEN：扩展程序存储器（外部扩展程序存储器（外部ROM）读选通信）读选通信号（低电平有效）。号（低电平有效）。3）EA：内外程序存储器的选择信号。内外程序存储器的选择信号。4）RD和和WR：扩展外部数据存储器（扩展外部数据存储器（RAM）的读、写）的读、写选通信号（低电平有效）。选通信号（低电平有效）。单片机总线扩展结构图单片机总线扩展结构图8.2 存储器概述存储器概述分类n nRAMRAMRAMRAM芯片芯片芯片芯片n n静态静态

9、静态静态RAMRAMRAMRAM（Static RAMStatic RAMStatic RAMStatic RAM）芯片）芯片）芯片）芯片n n动态动态动态动态RAMRAMRAMRAM（Dynamic RAMDynamic RAMDynamic RAMDynamic RAM）芯片）芯片）芯片）芯片n nROMROMROMROM芯片芯片芯片芯片n n掩模掩模掩模掩模ROMROMROMROMn nPROMPROMPROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROMProgrammable ROMProgrammable ROM）n nEPROMEPROMEPROMEP

10、ROM（Erasable PROMErasable PROMErasable PROMErasable PROM）n nUVEPROMUVEPROMUVEPROMUVEPROM（Ultraviolet PROMUltraviolet PROMUltraviolet PROMUltraviolet PROM）n nEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM（Electrically EPROMElectrically EPROMElectrically EPROMElectrically EPROM）半导体存储器的技术指标半导体存储器的技术指标存储容量存取时间恢复时间存取周期可靠性与工作寿

11、命性能/价格比8.3 8.3 常用的扩展存储器芯片常用的扩展存储器芯片1.锁存器74LS373带有三态门的8D锁存器,其引脚其内部结构如下图。引脚说明如下:D7D0:8位数据输入线;Q7Q0:8位数据输出线;G:数据输入锁存选通信号,高电平有效，当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中;OE*:数据输出允许信号，低电平有效。表8-2 74ls373功能表GDQ0111010000不变1高阻态2.74LS1382.74LS138（3 38 8译码器）译码器）引脚如图引脚如图8-5，译码功能如表，译码功能如表8-3（P179）所示。当译码器的所示。当译码器的输入为

12、某一个固定编码时，其输出只有某一个固定的引脚输入为某一个固定编码时，其输出只有某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。输出为低电平，其余的为高电平。使能控制使能控制图图8-5 7474LS138LS138译码器真值表译码器真值表 74LS138作译码器的连接作译码器的连接3 3 程序存储器程序存储器27X27X系列系列扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。2727系系列列产品，包括：产品，包括：27642764（8 8KBKB8 8）、）、2712827128（16KB16KB8 8）、）、27256 27256 （32KB32KB8 8）、）、

13、2751227512（64KB64KB8 8）。）。“2727”后面的数字表示其后面的数字表示其位存储容量。位存储容量。参数见表参数见表8-48-4（P180P180）。）。A0A15：地址线引脚。数目决定存储容量来定，用地址线引脚。数目决定存储容量来定，用 来进行单元选择。来进行单元选择。D7D0：数据线引脚数据线引脚;CE*：片选输入端片选输入端 OE*：输出允许控制端输出允许控制端;PGM*：编程时，加编程脉冲编程时，加编程脉冲的输入端的输入端Vpp：编程时，编程电压（编程时，编程电压（+12V或或+25V）输入端输入端 Vcc：+5V，芯片的芯片的工作工作电压电压;GND：数字地。数字

14、地。NC：无用端无用端 图7 2716外引线排列图CE/PGMA7GND131214111510169178187196205214223232241A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2VCCA8A9A10OE2716VPPD7D6D5D4D3编程高电压编程高电压25V片选片选/编程控制编程控制271627512系列的EPROM集成片，除了存储容量和编程高电压不同外，其余都基本相同。电源电压电源电压+5VOE*：输出允许控制端;扩展一片Intel 2764存储器MCS-51与外部程序存储器的连接采用分时总线方法与外部程序存储器的连接采用分时总线方法n地址线：地址线：P0（低（低8位），位）

15、，P2口（高口（高8位）位）n数据线：数据线：P0口（口（P0口分时复用，需加锁存器，口分时复用，需加锁存器，暂存低暂存低8位地址信息）位地址信息）n控制线控制线：/EA 内部内部/外部外部ROM选择信号选择信号 ALE 低低8位地址锁存允许信号位地址锁存允许信号 /PSEN 外部外部ROM读选通信号读选通信号P P2.42.4P P2.32.3P P2.22.2P P2.12.1P P2.02.0P P0.70.7P P0.60.6P P0.50.5P P0.40.4P P0.30.3P P0.20.2P P0.10.1P P0.00.0ALEALE/PSEN/PSENA A1212A A1

16、111A A1010A A9 9A A8 8A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0/OE/OEGG/EA/EA80318031VCCVCCVPPVPP/CE/CEGNDGND+5V+5V74LS373276427642764有正常和编程两种工作方式：有正常和编程两种工作方式：正常工作正常工作方式是指方式是指2764在应用系统中的工作方式，在应用系统中的工作方式，分为读出和维持两种工作状态；分为读出和维持两种工作状态；编程工作编程工作方式是指方

17、式是指2764芯片写入程序时的工作方芯片写入程序时的工作方式，分为编程、校验和禁止编程式，分为编程、校验和禁止编程3中工作状态。中工作状态。2764不同工作方式下的引脚状态见表不同工作方式下的引脚状态见表8-5。4 4 数据存储器数据存储器6X6X系列系列 6264 逻辑图逻辑图 6264 引脚图引脚图型号：型号：6264 前两位数前两位数62,表示表示SRAM 后两位后两位648=8k 字节容量字节容量62128 有有1288=16k 字节容量字节容量;62256 有有2568=32k 字节容量字节容量A0A0AiAi：地地址址输输入入线线，i=10i=10、1212、14(6116/626

18、4/62256)14(6116/6264/62256)；D0D0D7D7：三态双向数据线；三态双向数据线；/CE ：片片选选信信号号输输入入线线，低低电平有效；电平有效；/WE：读写命令线；：读写命令线；/OE/OE：允许输入端，低电平允许输入端，低电平有效。有效。6264芯片解析芯片解析1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141428282727262625252424232322222121202019191818171716161515NCNCA A1212A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1

19、1A A0 0O O0 0O O1 1O O2 2GNDGND0 03 3O O4 4O O5 5O O6 6O O7 7CECE1 1A A0 01 1OEOEA A1111A A9 9A A8 8CECEWEWEV VCCCC62646264数据存贮器引脚图数据存贮器引脚图6264引脚图引脚图工作方式WECE1CE2 OE D0D7 未选通选通读写禁止110010000011111010高阻高阻输出数据写入数据不允许 6264工作方式工作方式6264的工作方式有的工作方式有5种，其在不同工作方式下的种，其在不同工作方式下的引脚状态见表引脚状态见表8-7，。其中读出和写入是有效方式，。其中读

20、出和写入是有效方式扩展一片6264存储器MCS-51与外部数据存储器的连接采用分时总线方法与外部数据存储器的连接采用分时总线方法n地址线：地址线：P0P0（低（低8 8位），位），P2P2口（高口（高8 8位）位）n数据线：数据线：P0P0口（口（P0P0口分时复用，需加锁存器，口分时复用，需加锁存器，暂存低暂存低8 8位地址信息）位地址信息）n控制线控制线：/RD-/OE/RD-/OE ALE ALE 低低8 8位地址锁存允许信号位地址锁存允许信号 /WR-/WE/WR-/WEP P2.42.4P P2.32.3P P2.22.2P P2.12.1P P2.02.0P P0.70.7P P0

21、.60.6P P0.50.5P P0.40.4P P0.30.3P P0.20.2P P0.10.1P P0.00.0ALEALE/RD/RDA A1212A A1111A A1010A A9 9A A8 8A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0/OE/OEGG/EA/EA80318031VCCVCC/CE/CEGNDGND+5V+5V74LS373/WE/WE/WR/WR62646264 1.1.线选法线选法剩余高位地址总线直接连接各存储器

22、片选线。剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。2.2.译码法译码法剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。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。8.4 8.4 片外存储器扩展编址技术片外存储器扩展编址技术 直接用系直接用系统的高位地址统的高位地址线作线作RAM芯芯片的片选信号。片的片选信号。例例:外扩外扩8KB EPROM（2片片2732）4KB RAM（2片片6116）1.线选法线选法 l 2732:2732:4 4KB ROMKB ROM，1212根地址线根地址线A0A0A11A11

23、，1 1根片选线根片选线l 6116:6116:2 2KBKB RAMRAM，1111根地址线根地址线A0A0A10A10，1 1根片选线根片选线l 片选端片选端低电平有效低电平有效 地址范围：地址范围：27322732（1 1）的地址范围：）的地址范围：70007000H H7FFFH;7FFFH;2732 2732（2 2）的地址范围）的地址范围:B000HB000HBFFFH;BFFFH;6116 6116（1 1）的地址范围：）的地址范围：E800HE800HEFFFH;EFFFH;6116 6116（2 2）的地址范围：）的地址范围：D800HD800HDFFFHDFFFH。线选法特

24、点线选法特点 优点：优点：电路简单，不需另外增加硬件电路，体积小，电路简单，不需另外增加硬件电路，体积小，成本低。成本低。缺点：缺点：可寻址的器件数目受限，地址空间不连续。可寻址的器件数目受限，地址空间不连续。只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统线选法线选法 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 ：1 1 0 1 1 0 0 0 0 0

25、0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0=C000H=C000H 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 DFFFHDFFFH ：1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0=A000H=A000H 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 BFFFH BFFFH ：0110110 0000 0 0000

26、 00000000 000000000110111 1111 1 1111 11111111 11111111=6000H=6000H7FFFH 7FFFH 2.2.译码法译码法 常用译码器芯片：常用译码器芯片：7474LS138LS138（3-83-8译码器）译码器）7474LS139LS139（双双2-42-4译码器）译码器）7474LS154LS154（4-164-16译码器）译码器）全译码：全译码：全部高位地址线都参加译码；全部高位地址线都参加译码；部分译码：部分译码：仅部分高位地址线参加译码。仅部分高位地址线参加译码。译码法编址示例译码法编址示例27640地址范围：地址范围：0000

27、H1FFFH0000,0000,0000,0000 0001,1111,1111,111127641地址范围地址范围：2000H3FFFH0010,0000,0000,0000 0011,1111,1111,111127642地址范围地址范围：4000H5FFFH0100,0000,0000,0000 0101,1111,1111,111127647地址范围地址范围：E000HFFFFH1110,0000,0000,0000 1111,1111,1111,1111 .采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选中一个存储单元。同类存储器间不会

28、产生地址重叠的问题。中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。例例:要扩要扩8片片8KB的的RAM 6264，如何通过如何通过74LS138把把64KB空空间分配给各个芯片？间分配给各个芯片？如果用如果用74LS138把把64K空间全部划分为每块空间全部划分为每块4KB，如何划分如何划分？例例8-8-4 4 采用采用线选法线选法扩展扩展2 2片片8 8KBKB的的RAMRAM和和2 2片片8 8KBKB的的EPROMEPROM。RAMRAM选选62646264，EPROMEPROM选选27642764。扩展接口电路见下图。扩展接口电路见下图。（1 1）各芯片地址空间分配）各芯片地址空

29、间分配 （2 2）控制信号及片选信号）控制信号及片选信号 IC2 IC2和和IC4IC4占用地址空间为占用地址空间为20002000H H3FFFH3FFFH共共8 8KBKB。同理同理IC1IC1、IC3IC3地址范围地址范围40004000H H5FFFH5FFFH（P2.6=1P2.6=1、P2.5=0P2.5=0、P2.7=0P2.7=0）。）。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。例例8-8-5 5 采用采用译码器法译码器法扩展扩展2 2片片8 8KB EPROMKB EPROM，2 2片片8 8KB RAMKB RAM。EPROMEPROM选选

30、用用27642764，RAMRAM选用选用62646264。共扩展。共扩展4 4片芯片。扩展接口电路见片芯片。扩展接口电路见下页。各存储器地址范围如下：下页。各存储器地址范围如下：可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的。可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的。Beijing Institute of Petro-chemical TechnologyY Y0 0、Y Y1 1、Y Y2 2 分别连接三片存储器的片选端分别连接三片存储器的片选端 CECE1 1、CECE2 2、CECE3 3AB13AB14AB15 +5V A Y0 B Y1 C Y2 G1 G2A.B Y774

31、LS138各片存储器芯片分配地址：各片存储器芯片分配地址：CE1CE2CE3：0000H0000H1FFFH1FFFH：2000H2000H3FFFH3FFFH：4000H4000H5FFFH5FFFH引脚与地址引脚与地址线赋值线赋值关系关系高8位地址低8位地址8031芯片引脚P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1地址总线ABiG A B 12 11 10 9 87 6 5 4 3 2 1 02764地址线赋值情况低地址0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0高地址 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 16264地址线赋值情况低地址0 0 1 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0高地址 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 12764和和6264的地址范的地址范围围如下：如下：ROM 2764 的地址：的地址：0000H1FFFHRAM 6264 的地址：的地址：2000H3FFFH