單片機(jī)原理及應(yīng)用(第五章存儲器擴(kuò)展)

1、1第七章第七章 單片機(jī)存儲器擴(kuò)展單片機(jī)存儲器擴(kuò)展nMCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器的容量、輸入輸出接口以及定時器等資源數(shù)量都是有限的，實(shí)際應(yīng)用中，往往根據(jù)需要對單片機(jī)系統(tǒng)資源進(jìn)行擴(kuò)展。27.1 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展概述單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展概述當(dāng)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)不能滿足實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)要求時，需要在單片機(jī)外部連接相應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求。MCS-51系列單片機(jī)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，可以擴(kuò)展64KB的程序存儲器和64KB的數(shù)據(jù)存儲器或輸入輸出口。擴(kuò)展的內(nèi)容主要有：總線、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O口擴(kuò)展等。MCS-51系列單片機(jī)由于受管腳數(shù)量的限制，數(shù)據(jù)總線和地址總線復(fù)用P0口。為

2、了將它們分離開，以便同外圍芯片正確地連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器（如74LS373等），從而構(gòu)成與一般CPU類似的片外三總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制控制），制控制），所有外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展 。n1. 地址總線（地址總線（AB）nMCS-51系列單片機(jī)地址總線寬為16位，所以可尋址范圍為216=64KB。16位地址總線由P0口提供低8位A0A7，P2口提供高8位A8A15。 P2口具有輸出鎖存功能 。地址總線是單向的，只能由單片機(jī)向外發(fā)送 。n2. 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DB）n數(shù)據(jù)總線由P0口提供，其寬度為8位，用于單片機(jī)與外部存儲器和I/O設(shè)備之

3、間傳送數(shù)據(jù)。P0口為三態(tài)雙向口，可以進(jìn)行兩個方向的數(shù)據(jù)傳送 。n3. 控制總線（控制總線（CB）n控制總線是單片機(jī)發(fā)出的控制片外存儲器和I/O口讀/寫操作的一組控制線 ，其中包括以下控制信號線：ALE、n 、 、 。PSENEARDWR53 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)結(jié)構(gòu)存儲器存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器存儲器程序程序接接口口O/I接接口口O/I設(shè)設(shè)備備O/I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80516總線總線：連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一組公共信號線。地址總線：地址總線：傳輸單片機(jī)送出的地址信號，進(jìn)行存儲單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向單向的，從單

4、片機(jī)發(fā)出。8051單片機(jī)16位地址總線數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：單片機(jī)和存儲單元、單片機(jī)和I/O端口之間傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線：雙向數(shù)據(jù)總線：雙向控制總線：控制總線：一組控制信號線的總稱。有單片機(jī)發(fā)出的，也有從其他部件發(fā)向單片機(jī)的。對于一條控制線，其傳送方向是單向的。對于一條控制線，其傳送方向是單向的。7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P0口的8位口線作地址/數(shù)據(jù)線（復(fù)用線）所謂復(fù)用所謂復(fù)用：既可作地址線（低8位），又可作數(shù)據(jù)線。復(fù)用技術(shù)復(fù)用技術(shù)：增加一個8位鎖存器，通過對鎖存器的控制實(shí)現(xiàn)對地址（低8位）和數(shù)據(jù)的分離以P2口的8位口線作高8位地址線MCS-51單片機(jī)尋址范圍為6

5、4k，需要16根地址線8擴(kuò)展時常用的控制信號擴(kuò)展時常用的控制信號1）ALE：地址鎖存選通信號（高電平有效）；2） ：擴(kuò)展程序存儲器（外部ROM）讀選通信號（低電平有效）；PSEN3） ：內(nèi)/外程序存儲器的選擇信號（低電平有效）；EA4） ：擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的讀、寫選通信號（低電平有效）。WRRD和和9單片機(jī)擴(kuò)展構(gòu)造圖單片機(jī)擴(kuò)展構(gòu)造圖ALE0P2PPSENRDWREA8031815AA8位地址位地址高高07AA8位地址位地址低低數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線控制線鎖鎖存存器器107-2 MCS-51單片機(jī)存儲器擴(kuò)展編址技術(shù)單片機(jī)存儲器擴(kuò)展編址技術(shù)7-2-1 MCS-51單片機(jī)存儲器系統(tǒng)單片機(jī)存儲

6、器系統(tǒng)MCS-51系列單片機(jī)存儲器有四個部分片內(nèi)ROM（部分有，8031無片內(nèi)ROM）；片外ROM（擴(kuò)展）；片內(nèi)RAM（51系列單片機(jī)都有，256字節(jié)）；片外RAM（擴(kuò)展）RAM、ROM都可以擴(kuò)展至都可以擴(kuò)展至64k11）（K64FFFFH0）（ K4FFFH0/H10001EAROM 外部外部0EAROM 內(nèi)部內(nèi)部H0000程序存儲器映象程序存儲器映象H0000H0080/FH007RAM內(nèi)部內(nèi)部H0100/FFH00特殊功能寄存器特殊功能寄存器）（K64FFFFH0）（外部外部K64RAM數(shù)據(jù)存儲器映象數(shù)據(jù)存儲器映象127-2-2 單片機(jī)擴(kuò)展存儲器編址及映像單片機(jī)擴(kuò)展存儲器編址及映像存儲器

7、編址技術(shù)存儲器編址技術(shù)通常兩種方法通常兩種方法：1）線選法線選法以系統(tǒng)的高地址位高地址位作為存儲器的片選信號片選信號，直接將地址線連接到存儲芯片片選端。將地址線進(jìn)行適當(dāng)連接，使得存儲器中每一個存儲單元可唯一地對應(yīng)一個編址。132）譯碼法譯碼法通過譯碼器對系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼，以譯碼輸出作為存儲芯片的片選信號。有效地利用存儲空間，最常用的存儲器編址方法最常用的存儲器編址方法。譯碼器：74LS139：雙24譯碼器；74LS138：38譯碼器1474LS139：雙24譯碼器87654321910111213141516GNDY1Y1Y1Y1B1A1G13210139LS743210Y2Y2Y2Y2

8、B2A2G2Vcc輸入端輸入端輸出端輸出端選擇選擇使能使能GBA000011100 1010 111011101110111011110Y1Y2Y3Y有效有效譯碼輸出信號，低電平譯碼輸出信號，低電平譯碼輸入；譯碼輸入；、使能端，低電平有效；使能端，低電平有效；:Y,Y,Y,Y:BA:G32101574LS138：3-8譯碼器87654321910111213141516GNDYEEECBA7321138LS746543210YYYYYYYVcc3E2E3E&EN使能控制使能控制13012EEE1674LS138作譯碼器的連接作譯碼器的連接7 . 2P6 . 2P5 . 2PV5 3E2

9、E1EABCccV138LS74GND70YY8051V5 177-3 MCS-51單片機(jī)程序存儲器擴(kuò)展單片機(jī)程序存儲器擴(kuò)展7-3-1 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）掩膜掩膜ROM：單片機(jī)掩膜是指程序數(shù)據(jù)已經(jīng)做成光刻版，在單片機(jī)生產(chǎn)的過程中把程序做進(jìn)去。優(yōu)點(diǎn)是：程序可靠、成本低。缺點(diǎn)：批量要求大，每次修改程序就需要重新做光刻板，不同程序不能同時生產(chǎn)，供貨周期長?？删幊炭删幊蘎OM：（PROM:Programmable Read-Only Memory）可編程只讀存儲器，也叫One-Time Programmable (OTP)ROM“一次可編程只讀存儲器”，是一種可以用程序操作的只讀內(nèi)存。最

10、主要特征是只允許數(shù)據(jù)寫入一次，如果數(shù)據(jù)燒入錯誤只能報廢。內(nèi)容只能寫一次。18可改寫可改寫ROM：（EPROM-（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM）：紫外線擦除；19可改寫可改寫ROM：（EEPROM： Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) ：電擦除；快擦寫快擦寫ROM：flashROM：FlashRom是一個用來閱讀、書寫、擦除、驗證的閃存編程器工具。被廣泛用在PC機(jī)的主板上，用來保存BIOS程序，便于進(jìn)行程序的升級。其另外一大應(yīng)用領(lǐng)域是用來作為硬盤的替代品，具有抗震、速度快、無噪聲、耗電

11、低的優(yōu)點(diǎn)。207-3-2 典型只讀存儲器芯片典型只讀存儲器芯片2716INTEL公司27系列產(chǎn)品，系列產(chǎn)品還有2732、2764、27128等1）加電編程、紫外線擦除EPROM；2）存儲容量：2k8（位）、4k 8（位）、 8k8（位）、 16k8（位）、213）芯片引腳）芯片引腳121110987654321131415161718192021222324GNDOOOAAAAAAAA21001234567345671098OOOOOPGM/CEAOEVppAAVcc2716A10A0：11位地址；O7O0：數(shù)據(jù)線； ：片選/編程控制信號；正常使用片選（低電平有效），編程時，引入編程脈沖； ：

12、輸出允許信號，低電平有效。PGM/CEOE22工作方式工作方式編程禁止編程禁止程序檢驗程序檢驗編程編程未選中未選中讀出讀出低低低低正脈沖正脈沖高高低低高高低低高高低低 V25V25V25V5V5 高阻高阻程序讀出程序讀出程序?qū)懭氤绦驅(qū)懭敫咦韪咦璩绦蜃x出程序讀出PGM/CEOEVpp07OO方式方式引腳引腳235種工作方式種工作方式1）讀方式讀方式： 均為低電平，被尋址單元內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)線讀出；OE,CE2）未選中方式未選中方式： 為高電平，數(shù)據(jù)線輸出呈高阻狀態(tài)；CE3）編程方式編程方式：Vpp加25V電壓， 加TTL高電平。進(jìn)行數(shù)據(jù)重新寫入；OE4）程序檢驗方式程序檢驗方式：Vpp=25V， 均為

13、低電平OE,CE5）編程禁止：編程禁止： Vpp已接編程電壓，但因 無效，故不能進(jìn)行編程操作。該方式用于多片EPROM并行編程不同的數(shù)據(jù)的場合。 CE247-3-3 程序存儲器擴(kuò)展示例程序存儲器擴(kuò)展示例線選法編址擴(kuò)展示例線選法編址擴(kuò)展示例373LS7407AA07OOPSENOE7 . 2P2 . 2P1 . 2P0 . 2P10A9A8ACE27168031EAALEG所謂線選法，即是將單根的高位地址線連接到外圍接口芯片的片選端，以獲得一確定的地址信號，由此選通該芯片。252716是2k8（位）EPROM，11根地址線示例中，2716的地址范圍是：最低地址最低地址：A15A14A13A12A

14、11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0000，0000，0000（8000H）最高地址最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0111，1111，1111（87FFH）A14A13A12A11（P2.6P2.3)的狀態(tài)與芯片尋址無關(guān)的狀態(tài)與芯片尋址無關(guān)26A14A13A12A11的所有16種組合（00001111）都不會影響該芯片的尋址。1， 000，0000，0000 1 ， 111，1111，1111那么：8000H87FFH、88008FFFH、9000H97FFH、9800H9FFFHF000HF7FF

15、H、F800HFFFFH都是該芯片的尋址范圍。該2716有16個地址映像區(qū)地址映像區(qū)，在這些地址范圍內(nèi)都能訪問該芯片。27多芯片存儲器擴(kuò)展多芯片存儲器擴(kuò)展PSEN7.2P8031EAALE0.24.2PPOEOE812A812A07A07A07O07OCECE373G27642764當(dāng)P2.7=0時，選中1號片，地址為：B1111,1111,1111, 10B0000,0000,0000, 00 FFFH1H0000即即當(dāng)P2.7=1時，選中2號片，地址為：B1111,1111,1111, 11B0000,0000,0000, 01 FFFH9H8000即即28譯碼法編址示例譯碼法編址示例AB

16、C7 . 2P6 . 2P5 . 2P07A07A07A07O07O07O812A812A812A373LS740 . 07 . 0P0 . 24 . 2PPSENCECECEOEOEOE0Y1Y7Y13812764027647276421EE3EV5 譯碼法：譯碼法：對( 高位)地址線進(jìn)行譯碼譯出的信號作為( 片選信號) 。 292764EPROM：8k8位27640地址范圍地址范圍：0000H1FFFH0000,0000,0000,00000001,1111,1111,111127641地址范圍地址范圍：2000H3FFFH0010,0000,0000,00000011,1111,1111

17、,111127642地址范圍地址范圍：4000H5FFFH0100,0000,0000,00000101,1111,1111,111127647地址范圍地址范圍：E000HFFFFH1110,0000,0000,00001111,1111,1111,111130線選法示例線選法示例2：8031單片機(jī)，擴(kuò)展1片2732；1片8255（可編程并行I/O接口；1片8279（鍵盤/顯示接口）1片0809（8路A/D轉(zhuǎn)換器）373LS7407AA07OOPSENOE7 . 2P2 . 2P1 . 2P0 . 2P10A9A8ACE27328031EAALEG3 . 2P11A8255827908094

18、. 2P5 . 2P6 . 2P01AACSCSCS&4 . 2P5 . 2P6 . 2P7 . 2P312732的地址空間：F000HFFFFH（4k8位）8255地址：當(dāng)P2.4位低電平時選中；8255的三個并行口PA、PB，PC以及控制字寄存器四個寄存器通過A1A0選中。因此8255的地址空間為：11,111000,1110 即即EFFCHEFFFH，或，或E000HE003H328279地址：當(dāng)P2.5位低電平時選中，其地址為：B,1101 即即DFFFH或或D000H0809地址：當(dāng)P2.6位低電平時選中，其地址為：B,1011 即即BFFFH或或B000H線選法編址造成多映

19、像區(qū)重疊現(xiàn)象是線選法編址的一大缺陷線選法編址造成多映像區(qū)重疊現(xiàn)象是線選法編址的一大缺陷337-4 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展7-4-1 隨機(jī)存儲器概述隨機(jī)存儲器概述隨機(jī)存儲器RAM（Random Access Memory），可以進(jìn)行讀寫兩種操作。隨機(jī)存儲器（RAM），分為靜態(tài)（SRAM）和動態(tài)（DRAM）兩種。靜態(tài)RAM（SRAM）：加電即可保存信息；動態(tài)RAM（DRAM）：加電，不斷進(jìn)行周期性刷新（再生），才可保存信息；347-4-2 典型隨機(jī)存儲器芯片典型隨機(jī)存儲器芯片6116121110987654321131415161718192021222324GNDDDDAAAAAAAA21

20、001234567345671098DDDDDCSAOEWEAAVcc6116A10A0：地址線D7D0：數(shù)據(jù)線 ：片選信號 ：數(shù)據(jù)輸出允許信號 ：寫選通信號CSOEWE356116工作方式工作方式寫入寫入讀出讀出禁止禁止未選中未選中狀態(tài)狀態(tài)0001CS101OE 011WE 數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出高阻高阻高阻高阻07DD367-4-3 線選法線選法RAM擴(kuò)展舉例擴(kuò)展舉例07A07D810AOEWECS07A07D810AOEWECS373LS74RDWR0 . 22 . 2P0PALE3 . 2P4 . 2P611661163761161尋址范圍：0001,0000,0000,00

21、00 000 1,0111,1111,1111即：即：1000H17FFH61162尋址范圍：0000,1000,0000,0000 000 0,1111,1111,1111即：即：0800H0FFFH387-5 存儲器綜合擴(kuò)展存儲器綜合擴(kuò)展7-5-1 同時擴(kuò)展同時擴(kuò)展ROM和和RAM07A07D812AOECS07A07D812AOEWECS373LS74RDWR0 . 24 . 2P0PALE地地址址譯譯碼碼信信號號27646264地地址址譯譯碼碼信信號號PSENEA805139如果采用線選法選擇芯片如果采用線選法選擇芯片2764（ROM）接P2.7 地址范圍：00，0000，0000，0

22、000（0000H） 到 0 1，1111，1111，1111（1FFFH）6264（RAM）接P2.6地址范圍： 0 0，0000，0000，0000（0000H） 到 0 1，1111，1111，1111（1FFFH） 兩組地址可能重合，如何理解。兩組地址可能重合，如何理解。407-6 MCS-51單片機(jī)存儲器系統(tǒng)特點(diǎn)和使用單片機(jī)存儲器系統(tǒng)特點(diǎn)和使用7-6-1 MCS-51單片機(jī)存儲器系統(tǒng)特點(diǎn)單片機(jī)存儲器系統(tǒng)特點(diǎn)程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器同時存在并截然分開，各有各的地址空間、存取指令、和控制信號；內(nèi)外存儲器同時存在，分為4個物理空間；存儲器地址空間重疊和連續(xù)程序存儲器：程序存儲器：內(nèi)外連續(xù)編址形成完整地址空間（最大64K）。數(shù)據(jù)存儲器：數(shù)據(jù)存儲