第8章擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)

1、8.1 8.1 外部總線擴(kuò)展外部總線擴(kuò)展片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴(kuò)存儲(chǔ)器和片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/OI/O功能部功能部件：內(nèi)容主要有：件：內(nèi)容主要有：(1)(1)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（外部存儲(chǔ)器又分為外部程序存（外部存儲(chǔ)器又分為外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器(program storage) (program storage) 在計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中專門(mén)用來(lái)存放程序、在計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中專門(mén)用來(lái)存放程序、 子程序的一個(gè)區(qū)域。子程序的一個(gè)區(qū)域。 (2)(2) I/O I/O接口部件的擴(kuò)展接口部件的擴(kuò)展。本章介紹本章介紹MC

2、S MCS 51 51單片機(jī)如何擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，單片機(jī)如何擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，I/OI/O接接口部件的擴(kuò)展下一章介紹?？诓考臄U(kuò)展下一章介紹。 子系列子系列機(jī)機(jī) 型型片內(nèi)片內(nèi)ROM片內(nèi)片內(nèi)RAM可尋址可尋址ROM范圍范圍可尋址可尋址RAM范圍范圍51子系列子系列8031無(wú)無(wú)128B64KB64KB80514KB128B64KB64KB87514KB128B64KB64KB52子系列子系列8032無(wú)無(wú)256B64KB64KB80528KB256B64KB64KB程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器內(nèi)部外部0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)中斷5中斷4中斷

3、3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時(shí)器0中斷外部中斷1定時(shí)器1中斷串行口中斷8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存儲(chǔ)器資源分布存儲(chǔ)器資源分布中斷入口地址 內(nèi)部存儲(chǔ)器如果資源不夠，如何擴(kuò)展？需要哪幾根控制線呢？問(wèn)題：n位地址可以產(chǎn)生的地址的數(shù)目為多少個(gè)地址單元？可以訪問(wèn)多少個(gè)存儲(chǔ)單元？單片機(jī)原理及應(yīng)用8051數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O接口接口I/O接口接口I/O設(shè)備設(shè)備I/O設(shè)備設(shè)備設(shè)設(shè)備備O/I地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)擴(kuò)展及系統(tǒng)

4、結(jié)構(gòu)地址總線是地址總線是單向單向的，從單片機(jī)發(fā)出。的，從單片機(jī)發(fā)出。數(shù)據(jù)總線是數(shù)據(jù)總線是雙向雙向的。的。對(duì)于一條控制線，其傳送方向是對(duì)于一條控制線，其傳送方向是單向單向的。的?？偩€：總線：連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線。連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線。地址總線：地址總線：傳出單片機(jī)送出的地址信號(hào)，進(jìn)行存?zhèn)鞒鰡纹瑱C(jī)送出的地址信號(hào)，進(jìn)行存儲(chǔ)單元和儲(chǔ)單元和I/O端口的選擇。端口的選擇。數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：?jiǎn)纹瑱C(jī)和存儲(chǔ)單元以及單片機(jī)和單片機(jī)和存儲(chǔ)單元以及單片機(jī)和I/O端端口之間傳輸數(shù)據(jù)?？谥g傳輸數(shù)據(jù)。控制總線：控制總線：一組控制信號(hào)線的總稱。有單片機(jī)發(fā)一組控制信號(hào)線的總稱。有單片機(jī)發(fā)出的

5、，也有從其他部件發(fā)向單片機(jī)的。出的，也有從其他部件發(fā)向單片機(jī)的。1、單片機(jī)擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)（總線構(gòu)造）、單片機(jī)擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)（總線構(gòu)造）以以P0口口的的8位口線作位口線作地址地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線（復(fù)用線）線（復(fù)用線）;以以P2口口的的8位口線作位口線作高高8位地址位地址線。線。MCS-51單片機(jī)尋址范圍為單片機(jī)尋址范圍為64K，需要，需要16根根地址線地址線:所謂復(fù)用：所謂復(fù)用：既可作既可作地址地址線（低線（低8位），又可作位），又可作數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線。線。復(fù)用技術(shù)：復(fù)用技術(shù)：增加一個(gè)增加一個(gè)8位鎖存器，通過(guò)對(duì)鎖存器的控制位鎖存器，通過(guò)對(duì)鎖存器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)地址（低實(shí)現(xiàn)對(duì)地址（低8位）和數(shù)據(jù)的分離位）和數(shù)據(jù)的分離

6、1.以P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。2.以P2口的口線作高位地址線。如何區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和地址信息呢? 鎖存器就是把當(dāng)前的狀態(tài)鎖存起來(lái),使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時(shí)間鎖存后狀態(tài)不再發(fā)生變化，直到解除鎖定。 問(wèn)題：?jiǎn)纹瑱C(jī)共有多少位的地址總線？尋址范圍可以達(dá)到多少KB? 地址鎖存器一般采用地址鎖存器一般采用74LS373，采用采用74LS373的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖(圖圖8-3)。 盡管盡管MCS-51有有4個(gè)并行個(gè)并行I/O口，共口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴(kuò)展需要，條口線，但由于系統(tǒng)擴(kuò)展需要，真正作為數(shù)據(jù)真正作為數(shù)據(jù)I/O使用的，就剩下使用的，就剩下P

7、1口和口和P3口的部分口線。口的部分口線。2、擴(kuò)展時(shí)常用的控制信號(hào)、擴(kuò)展時(shí)常用的控制信號(hào)1）ALE：地址鎖存選通信號(hào)（高電平有效）。地址鎖存選通信號(hào)（高電平有效）。2）PSEN ：擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器（外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器（外部ROM）讀選通信）讀選通信號(hào)（低電平有效）。號(hào)（低電平有效）。3）EA：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。4）RD和和WR：擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的讀、）的讀、寫(xiě)選通信號(hào)（低電平有效）。寫(xiě)選通信號(hào)（低電平有效）。單片機(jī)總線擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)總線擴(kuò)展結(jié)構(gòu)圖ALE0P2PPSENRDWREA8031鎖鎖存存器器8.2 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述

8、分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量 存取時(shí)間 恢復(fù)時(shí)間 存取周期 可靠性與工作壽命 性能/價(jià)格比8.3 8.3 常用的擴(kuò)展存儲(chǔ)器芯片常用的擴(kuò)展存儲(chǔ)器芯片1. 鎖存器74LS373帶有三態(tài)門(mén)的8D鎖存器,其引腳其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。 引腳說(shuō)明如下:D7D0: 8位數(shù)據(jù)輸入線;Q7Q0: 8位數(shù)據(jù)輸出線;G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào),高電平有效，當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中;OE*: 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。表8-2 74ls373功能表GDQ0111010000不變1高阻態(tài)OE2.74LS1382.74LS138（3 38 8譯

9、碼器）譯碼器） 引腳如圖引腳如圖8-5，譯碼功能如表，譯碼功能如表8-3（P179）所示。當(dāng)譯碼器的所示。當(dāng)譯碼器的輸入為某一個(gè)固定編碼時(shí)，其輸出只有某一個(gè)固定的引輸入為某一個(gè)固定編碼時(shí)，其輸出只有某一個(gè)固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。腳輸出為低電平，其余的為高電平。87654321910111213141516GNDYEEECBA7321138LS746543210YYYYYYYVcc1E2E3E&EN使能控制使能控制1E0EE312 圖圖8-5 7474LS138LS138譯碼器真值表譯碼器真值表 輸輸入入端端輸出端CBA0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y1111000011

10、00110010101010111111101111110111111011111101111110111111011111101111110111111174LS138作譯碼器的連接作譯碼器的連接7 . 2P6 . 2P5 . 2PV5 3E2E1EABCccV138LS74GND70YY8051V5 3 3 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器27X27X系列系列擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)盡量用大容量的芯片。擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)盡量用大容量的芯片。2727系系列列產(chǎn)品，包括：產(chǎn)品，包括： 27642764（8 8KBKB8 8）、）、2712827128（16KB16KB8 8）、）、27256 27256 （

11、32KB32KB8 8）、）、2751227512（64KB64KB8 8）。）。 “2727”后面的數(shù)字表示其后面的數(shù)字表示其位存儲(chǔ)容量。位存儲(chǔ)容量。 參數(shù)見(jiàn)表參數(shù)見(jiàn)表8-48-4（P180P180）。）。A0A15：地址線引腳。數(shù)目決定存儲(chǔ)容量來(lái)定，用地址線引腳。數(shù)目決定存儲(chǔ)容量來(lái)定，用 來(lái)進(jìn)行單元選擇。來(lái)進(jìn)行單元選擇。D7D0：數(shù)據(jù)線引腳數(shù)據(jù)線引腳;CE*：片選輸入端片選輸入端 OE* ：輸出允許控制端輸出允許控制端; PGM*：編程時(shí)，加編程脈編程時(shí)，加編程脈沖的輸入端沖的輸入端Vpp：編程時(shí)，編程電壓（編程時(shí)，編程電壓（+12V或或+25V）輸入端輸入端 Vcc：+5V，芯片的芯片的

12、工作工作電壓電壓; GND：數(shù)字地。數(shù)字地。 NC：無(wú)用端無(wú)用端 圖7 2716外引線排列圖CE/PGMA7GND131214111510169178187196205214223232241A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2VCCA8A9A10OE2716VPPD7D6D5D4D3編程高電壓編程高電壓25V片選片選/ /編程控制編程控制271627512系列的EPROM集成片，除了存儲(chǔ)容量和編程高電壓不同外，其余都基本相同。電源電壓電源電壓+5VOE* ：輸出允許控制端;擴(kuò)展一片Intel 2764存儲(chǔ)器MCS-51與外部程序存儲(chǔ)器的連接采用分時(shí)總線方法與外部程序存儲(chǔ)器的連接采用分時(shí)總

13、線方法n地址線：地址線：P0（低（低8位），位），P2口（高口（高8位）位）n數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：P0口（口（P0口分時(shí)復(fù)用，需加鎖存器，口分時(shí)復(fù)用，需加鎖存器， 暫存低暫存低8位地址信息）位地址信息）n控制線控制線：/EA 內(nèi)部?jī)?nèi)部/外部外部ROM選擇信號(hào)選擇信號(hào) ALE 低低8位地址鎖存允許信號(hào)位地址鎖存允許信號(hào) /PSEN 外部外部ROM讀選通信號(hào)讀選通信號(hào)74LS3732764有正常和編程兩種工作方式：有正常和編程兩種工作方式：正常工作正常工作方式是指方式是指2764在應(yīng)用系統(tǒng)中的工作方式在應(yīng)用系統(tǒng)中的工作方式，分為讀出和維持兩種工作狀態(tài)；，分為讀出和維持兩種工作狀態(tài)；編程工作編程工作方式

14、是指方式是指2764芯片寫(xiě)入程序時(shí)的工作方芯片寫(xiě)入程序時(shí)的工作方式，分為編程、校驗(yàn)和禁止編程式，分為編程、校驗(yàn)和禁止編程3中工作狀態(tài)。中工作狀態(tài)。2764不同工作方式下的引腳狀態(tài)見(jiàn)表不同工作方式下的引腳狀態(tài)見(jiàn)表8-5。4 4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6X6X系列系列 6264 邏輯圖邏輯圖 6264 引腳圖引腳圖型號(hào)：型號(hào)：6264 前兩位數(shù)前兩位數(shù)62, 表示表示SRAM 后兩位后兩位648=8k 字節(jié)容量字節(jié)容量62128 有有1288=16k 字節(jié)容量字節(jié)容量 ; 62256 有有2568=32k 字節(jié)容量字節(jié)容量 A0A0AiAi：地址輸入線，地址輸入線，i=10i=10、1212、14(

15、6116/6264/62256)14(6116/6264/62256)； D0D0D7D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線；三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線； /CE ：片選信號(hào)輸入線，低：片選信號(hào)輸入線，低電平有效；電平有效； /WR ：讀寫(xiě)命令線；：讀寫(xiě)命令線； /OE/OE：允許輸入端，低電平允許輸入端，低電平有效。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

16、A3 3A A2 2A A1 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數(shù)據(jù)存貯器引腳圖數(shù)據(jù)存貯器引腳圖62646264引腳圖引腳圖工作方式WECE1CE2 OE D0D7 未選通選通讀寫(xiě)禁止110010000011111010高阻高阻輸出數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)不允許 6264工作方式工作方式6264的工作方式有的工作方式有5種，其在不同工作方式下的種，其在不同工作方式下的引腳狀態(tài)見(jiàn)表引腳狀態(tài)見(jiàn)表8-7

17、，。其中讀出和寫(xiě)入是有效方，。其中讀出和寫(xiě)入是有效方式式擴(kuò)展一片6264存儲(chǔ)器MCS-51與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接采用分時(shí)總線方法與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接采用分時(shí)總線方法n地址線：地址線：P0P0（低（低8 8位），位），P2P2口（高口（高8 8位）位）n數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：P0P0口（口（P0P0口分時(shí)復(fù)用，需加鎖存器，口分時(shí)復(fù)用，需加鎖存器， 暫存低暫存低8 8位地址信息）位地址信息）n控制線控制線：/RD-/OE/RD-/OE ALE ALE 低低8 8位地址鎖存允許信號(hào)位地址鎖存允許信號(hào) /WR-/WE/WR-/WE74LS373 1. 1.線選法線選法剩余高位地址總線直接連接各存儲(chǔ)器片選線

18、。剩余高位地址總線直接連接各存儲(chǔ)器片選線。 2.2.譯碼法譯碼法剩余高位地址總線通過(guò)地址譯碼器輸出片選信號(hào)。剩余高位地址總線通過(guò)地址譯碼器輸出片選信號(hào)。多片存儲(chǔ)器芯片組成大容量存儲(chǔ)器連接常用片選方法。多片存儲(chǔ)器芯片組成大容量存儲(chǔ)器連接常用片選方法。 直接用系直接用系統(tǒng)的高位地址統(tǒng)的高位地址線作線作RAM芯芯片的片選信號(hào)。片的片選信號(hào)。例例:外擴(kuò)外擴(kuò)8KB EPROM（2片片2732）4KB RAM（2片片6116）1. 線選法線選法 l 2732: 2732:4 4KB ROMKB ROM，1212根地址線根地址線A0A0A11A11，1 1根片選線根片選線l 6116: 6116:2 2KB

19、KB RAMRAM，1111根地址線根地址線A0A0A10A10，1 1根片選線根片選線l 片選端片選端低電平有效低電平有效 地址范圍：地址范圍： 27322732（1 1）的地址范圍：）的地址范圍：70007000H H7FFFH;7FFFH; 2732 2732（2 2）的地址范圍）的地址范圍: : B000HB000HBFFFH; BFFFH; 6116 6116（1 1）的地址范圍：）的地址范圍：E800HE800HEFFFH; EFFFH; 6116 6116（2 2）的地址范圍：）的地址范圍：D800HD800HDFFFHDFFFH。線選法特點(diǎn)線選法特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需

20、另外增加硬件電路，體積小電路簡(jiǎn)單，不需另外增加硬件電路，體積小，成本低。，成本低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：可尋址的器件數(shù)目受限，地址空間不連續(xù)?？蓪ぶ返钠骷?shù)目受限，地址空間不連續(xù)。只適于外擴(kuò)芯片不多，規(guī)模不大的單片機(jī)系統(tǒng)只適于外擴(kuò)芯片不多，規(guī)模不大的單片機(jī)系統(tǒng)線選法線選法 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 0 0 0 0 0 0 0 0 00

21、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 0000 00000 0000 0000

22、 00000110111 1111 1111 11111 1111 1111 1111 =6000H =6000H7FFFH 7FFFH 2. 2. 譯碼法譯碼法 常用譯碼器芯片：常用譯碼器芯片：7474LS138LS138（3-83-8譯碼器）譯碼器）7474LS139LS139（雙雙2-42-4譯碼器）譯碼器）7474LS154LS154（4-164-16譯碼器）譯碼器） 全譯碼：全譯碼：全部高位地址線都參加譯碼；全部高位地址線都參加譯碼； 部分譯碼：部分譯碼：僅部分高位地址線參加譯碼。僅部分高位地址線參加譯碼。譯碼法編址示例譯碼法編址示例ABC7 . 2P6 . 2P5 . 2P07A0

23、7A07A07O07O07O812A812A812A373LS740 . 07 . 0P0 . 24 . 2PPSENCECECEOEOEOE0Y1Y7Y13812764027647276421EE3EV5 27640地址范圍：地址范圍：0000H1FFFH0000,0000,0000,0000 0001,1111,1111,111127641地址范圍地址范圍：2000H3FFFH0010,0000,0000,0000 0011,1111,1111,111127642地址范圍地址范圍：4000H5FFFH0100,0000,0000,0000 0101,1111,1111,111127647地

24、址范圍地址范圍：E000HFFFFH1110,0000,0000,0000 1111,1111,1111,1111 . . . 采用全地址譯碼方式，單片機(jī)發(fā)地址碼時(shí)，每次只能選采用全地址譯碼方式，單片機(jī)發(fā)地址碼時(shí)，每次只能選中一個(gè)存儲(chǔ)單元。同類(lèi)存儲(chǔ)器間不會(huì)產(chǎn)生地址重疊的問(wèn)題。中一個(gè)存儲(chǔ)單元。同類(lèi)存儲(chǔ)器間不會(huì)產(chǎn)生地址重疊的問(wèn)題。例例: 要擴(kuò)要擴(kuò)8片片8KB的的RAM 6264，如何通過(guò)如何通過(guò)74LS138把把64KB空空間分配給各個(gè)芯片？間分配給各個(gè)芯片？ 如果用如果用74LS138把把64K空間全部劃分為每塊空間全部劃分為每塊4KB，如何劃分如何劃分？例例8-8-4 4 采用采用線選法線選法

25、擴(kuò)展擴(kuò)展2 2片片8 8KBKB的的RAMRAM和和2 2片片8 8KBKB的的EPROMEPROM。RAMRAM選選62646264，EPROMEPROM選選27642764。擴(kuò)展接口電路見(jiàn)下圖。擴(kuò)展接口電路見(jiàn)下圖。 （1 1）各芯片地址空間分配）各芯片地址空間分配 （2 2）控制信號(hào)及片選信號(hào)）控制信號(hào)及片選信號(hào) IC2 IC2和和IC4IC4占用地址空間為占用地址空間為20002000H H3FFFH3FFFH共共8 8KBKB。同理同理IC1IC1、IC3IC3地址范圍地址范圍40004000H H5FFFH5FFFH（P2.6=1P2.6=1、P2.5=0P2.5=0、P2.7=0P2.7=0）。線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充分。線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充分。例例8-8-5 5 采用采用譯