擴(kuò)展存儲(chǔ)器講稿

1、關(guān)于擴(kuò)展存儲(chǔ)器1第一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 第8章 目錄8.1 系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)8.2 地址空間分配和外部地址鎖存器 8.2.1 存儲(chǔ)器地址空間分配 8.2.2 外部地址鎖存器8.3 程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展 8.3.1 常用的EPROM芯片 8.3.2 程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序 8.3.3 AT89S51單片機(jī)與EPROM的接口電路設(shè)計(jì)8.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展 8.4.1 常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片 8.4.2 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序第二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 8.4.3 AT89S51單片機(jī)與RAM的接口電路設(shè)計(jì)8.5 EPROM

2、和RAM的綜合擴(kuò)展 8.5.1 綜合擴(kuò)展的硬件接口電路 8.5.2 外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路的工作原理及軟件設(shè)計(jì)8.6 E2PROM的擴(kuò)展 8.6.1 并行E2PROM芯片簡(jiǎn)介 8.6.2 E2PROM的工作方式 8.6.3 AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展E2PROM AT2864的設(shè)計(jì)8.7 片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器的編程 8.7.1 通用編程器編程 8.7.2 ISP編程第三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4系統(tǒng)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)空間擴(kuò)展：程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間擴(kuò)展：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備地址分配方法線選法譯碼法第四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月58.1 系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)采用總

3、線結(jié)構(gòu)，使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。 圖8-1 AT89S51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)第五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6系統(tǒng)總線構(gòu)成：（1）地址總線（Address Bus，AB）：用于傳送單片機(jī)發(fā)出 的地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O接口芯片中的寄存 器單元的選擇； 選擇達(dá)到的正確結(jié)果是一次只能選通一個(gè)器件的一 個(gè)存儲(chǔ)單元。（2）數(shù)據(jù)總線（Data Bus，DB）：用于單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器 之間或與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)的。（3）控制總線（Control Bus，CB）：控制總線是單片機(jī)發(fā)出 的各種控制信號(hào)線（讀寫控制等等）。

4、第六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7系統(tǒng)總線構(gòu)造： 圖8-2 AT89C51單片機(jī)擴(kuò)展的片外三總線第七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月88.2 地址空間分配和外部地址鎖存器8.2.1 存儲(chǔ)器地址空間分配1.地址空間分配要解決的問(wèn)題： 1）決定存儲(chǔ)器或接口芯片分配在哪個(gè)存儲(chǔ)空間的哪一個(gè)地址段； 2）發(fā)出一個(gè)地址，只能選通一個(gè)存儲(chǔ)單元，避免同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)單元， 發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。2.單片機(jī)選通存儲(chǔ)單元的原理單片機(jī)A0A15存儲(chǔ)器1存儲(chǔ)器2CE1CE2線選/譯碼注意：1）器件只有片選有效才能 被訪問(wèn)，沒(méi)有選中則不 能被讀寫；2）一次訪問(wèn)只能選通一個(gè) 器件的一個(gè)單元；第八張，PPT共四

5、十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月93.常用的地址分配方法1線選法 原理：直接利用系統(tǒng)的某一高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片（或I/O接口芯 片）的“片選”控制信號(hào)。為此，只需要把用到的高位地址線與 存儲(chǔ)器芯片的“片選” 端直接連接即可。 優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路， 體積小，成本低。 缺點(diǎn)：可尋址的芯片數(shù)目受到限制。（最多能尋址幾個(gè)芯片？） 地址空間不連續(xù)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址 不唯一，這會(huì)給程序設(shè) 計(jì)帶來(lái)不便。 應(yīng)用范圍：只適用于外擴(kuò)芯片數(shù)目不多的單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。第九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月102譯碼法原理：使用譯碼器對(duì)AT89S51單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯

6、碼，譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)： 有效地利用存儲(chǔ)器空間，適用于多芯片的存儲(chǔ)器擴(kuò) 展。常用的譯碼器芯片：74LS138（3線-8線譯碼器） 74LS139（雙2線-4線譯碼器） 74LS154（4線-16線譯碼器）譯碼方法的分類: 全部高位地址線都參加譯碼，稱為全譯碼; 僅部分高位地址線參加譯碼，稱為部分譯碼(有地址重疊問(wèn) 題);第十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11常用的譯碼器芯片。（1）74LS138 3線-8線譯碼器，有3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。 當(dāng)譯碼器的輸入為某一固定編碼時(shí)，其輸出僅有一個(gè)固定 的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。輸出為低電平的引 腳就

7、作為某一存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。第十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月12（2）74LS139 雙2線-4線譯碼器。 這兩個(gè)譯碼器完全獨(dú)立，分別有各自的數(shù)據(jù)輸入端、譯碼狀態(tài)輸出端以及數(shù)據(jù)輸入允許端。圖8-4 74LS139引腳圖第十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月13例:要擴(kuò)8片8KB的RAM 6264，如何通過(guò)74LS138把64KB 空間分配給各個(gè)芯片？ 1）控制信號(hào)：G1接到+5V， 、 接地。 2）P2.7、P2.6、P2.5（高3位地址線）分別接74LS138 的C、B、A端，譯碼器的8個(gè)輸出 ，分別 接到8片6264的各 “片選”端，實(shí)現(xiàn)8選1的片選。 3）低1

8、3位地址（P2.4P2.0，P0.7P0.0）完成對(duì)選中 的6264芯片中的各個(gè)存儲(chǔ)單元的“單元選擇”。這樣就 把64KB存儲(chǔ)器空間分成8個(gè)8KB空間了。第十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1464KB地址空間分配如圖8-5所示。 圖8-5 64KB地址空間劃分成8個(gè)8KB空間第十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月15例：用74LS138把64KB空間全部劃分為4KB的塊，外接16 片存儲(chǔ)器，分屬不同的4KB 地址。 分析： 4KB空間需12條地址線進(jìn)行單元選擇； 剩下4根地址線剛好譯碼成片選端。 問(wèn)題：74LS138譯碼器輸入只有3條地址線（P2.6 P2.4），8條輸

9、出線，如何獲得16片存儲(chǔ)器的 16個(gè)片選信號(hào)呢？ 解決方法：使用兩片74LS138。注意：采用譯碼器劃分的地址空間塊都是相等的，如果將地址空間塊劃分為不等的塊，可采用可編程邏輯器件FPGA對(duì)其編程來(lái)代替譯碼器進(jìn)行非線性譯碼。第十五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月16 圖8-6 存儲(chǔ)器空間被劃分成16個(gè)4KB的塊8000H8FFFH9000H9FFFHA000HAFFFHB000HBFFFHC000HCFFFHD000HDFFFHE000HEFFFHF000HFFFFH第十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月178.2.2 外部地址鎖存器受引腳數(shù)的限制，P0口兼用數(shù)據(jù)線和低8位

10、地址線，為了將它們分離出來(lái)，需在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。目前，常用的地址鎖存器芯片有74LS373、74LS573等。1鎖存器74LS373是一種帶三態(tài)門的8位鎖存器，其引腳如圖8-7所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-8所示。AT89S51與74LS373鎖存器的連接如圖8-9所示。第十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月18圖8-7 鎖存器74LS373的引腳圖8-8 74LS373的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 引腳說(shuō)明：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)。當(dāng)加到該引腳的信號(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。 ：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低

11、電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài) 門打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平 時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。第十八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月19圖8-9 AT89S51單片機(jī)P0口與74LS373的連接第十九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月202鎖存器74LS573也是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與74LS373完全一樣，只是其引腳排列與74LS373不同。圖8-10 鎖存器74LS573的引腳第二十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月218.3 程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展 程序存儲(chǔ)器分類：（1）掩模ROM： 特征：在制造過(guò)程中編程，是以掩模工

12、藝實(shí)現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高; 使用：掩模工藝成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。（2）可編程ROM（PROM）： 特征： 芯片出廠時(shí)沒(méi)有任何程序信息，用獨(dú)立的編程器 寫入。 使用：PROM只能寫一次，寫入內(nèi)容后，就不能再修改。 第二十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月22（3）EPROM： 編程器編程（電信號(hào)編程）； 紫外線擦除（擦除時(shí)間較長(zhǎng)）；（4）E2PROM（EEPROM）。 電信號(hào)編程； 電信號(hào)擦除； 讀寫方便，寫入的速度慢一些。 （5）FLASH ROM 電信號(hào)編程； 電信號(hào)擦除； 讀寫速度很快，存取時(shí)間可達(dá)70ns； 成本比E2PROM低得多。第二

13、十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月238.3.1 常用的EPROM芯片1）認(rèn)識(shí)型號(hào)名稱（ordering information） TMS 27 32A2）性能與價(jià)格 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲(chǔ) 器芯片產(chǎn)量劇增，售價(jià)不斷下降，性價(jià)比明顯增高， 且由于小容量芯片停止生產(chǎn)，使市場(chǎng)某些小容量芯片 價(jià)格反而比大容量芯片還貴。所以，應(yīng)盡量采用大容 量芯片。 廠家代號(hào)，通常廠家不同就不同芯片系列代號(hào)位容量第二十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月243）常用的27系列芯片的參數(shù)注：VCC是芯片供電電壓，VPP是編程電壓，Im為最大靜態(tài)電流，Is為維持電流，TRM為最大讀出

14、時(shí)間。第二十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月25圖8-11 常用EPROM芯片引腳8KB 13根地址線16KB 14根地址線32KB 15根地址線64KB 16根地址線A0A15：地址線引腳。它的數(shù)目由芯片的存儲(chǔ)容量決定，用于進(jìn)行單元選擇。D7D0： 數(shù)據(jù)線引腳。 ： 片選控制端。 ： 輸出允許控制端。 ： 編程時(shí)，編程脈沖的 的輸入端。VPP：編程時(shí)，編程電壓 （+12V或+25V）輸入端。VCC：+5V，芯片的工作電壓。GND ：數(shù)字地。NC：無(wú)用端。4）27系列EPROM芯片的 引腳第二十五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月265）EPROM芯片的工作方式5種工作方式

15、，由 、 、 信號(hào)的組合確定。第二十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月278.3.2 程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序1單片機(jī)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào) 控制信號(hào)：（1）ALE：用于低8位地址鎖存控制。（2） ：片外程序存儲(chǔ)器“讀選通”控制信號(hào)。它接外 擴(kuò)EPROM的 引腳。 （3） ：片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)的控制信號(hào)。 =1時(shí)，在單片機(jī)發(fā)出的地址小于片內(nèi)程 序存儲(chǔ)器最大地址時(shí)，訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器； =0時(shí)，只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。 總線信號(hào)：P0和P2.第二十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月282操作時(shí)序 AT89S51對(duì)片外ROM的操作時(shí)序分兩種，即執(zhí)行非MOVX指令的時(shí)序和執(zhí)行M

16、OVX指令的時(shí)序.（1）應(yīng)用系統(tǒng)中無(wú)片外RAM 片外鎖存器用第二十八張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月29第二十九張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月30當(dāng)片內(nèi)FLASH容量不夠用的時(shí)候，就要擴(kuò)展片外的程序存儲(chǔ)1AT89S51與單片EPROM的硬件接口電路8.3.3 AT89S51單片機(jī)與EPROM的接口電路設(shè)計(jì)圖8-13 AT89S51單片機(jī)與27128的接口電路第三十張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月312使用多片EPROM的擴(kuò)展電路圖8-14 AT89S51與4片27128 EPROM的接口電路第三十一張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

17、RAM的擴(kuò)展擴(kuò)展原理概述：1）存儲(chǔ)器類型：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）。 2）數(shù)據(jù)地址總線：P2口提供高8位地址，P0口分時(shí)提供 低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線。3）控制總線： 讀和寫由AT89S51的 （P3.7）和 （P3.6）信號(hào) 控制。 注意：片外EPROM的輸出端允許（ ）由單片機(jī)的讀 選通 信號(hào)控制。因此盡管RAM與EPROM 的地址空間范圍相同，但由于控制信號(hào)不同，不 會(huì)發(fā)生總線沖突。 第三十二張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月33圖8-15 常用的RAM引腳圖2KB（11根地址線）8KB16KB32KBA0A14：地址輸入線。

18、D0D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。：片選信號(hào)輸入線。對(duì) 6264芯片，當(dāng)26腳 （CS）為高電平且 為低電平時(shí)才選中該片。8.4.1 常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片：寫允許信號(hào)輸入線， 低電平有效。：讀選通信號(hào)輸入，低 電平有效VCC 工作電源+5V。GND 地。第三十三張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月34RAM存儲(chǔ)器有讀出、寫入、維持3種工作方式，工作方式的控制見(jiàn)表8-6。第三十四張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月358.4.2 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序?qū)ζ釸AM讀和寫兩種操作時(shí)序的基本過(guò)程相同。硬件連接：若外擴(kuò)一片RAM，應(yīng)將單片機(jī)的 腳與RAM 的 腳連接，單片機(jī)的 腳

19、與RAM 腳連 接。 具體的時(shí)序圖如下所示：第三十五張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月36圖8-16 AT89S51單片機(jī)讀片外RAM操作時(shí)序圖第三十六張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月37圖8-17 AT89S51單片機(jī)寫片外RAM操作時(shí)序圖第三十七張，PPT共四十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月388.4.3 AT89S51單片機(jī)與RAM的接口電路設(shè)計(jì)1）AT89S51對(duì)片外RAM的讀和寫由AT89S51單片機(jī)的 （P3.7）和 （P3.6）控制；2）片選端由譯碼器譯碼或高位地址線線選控制。 例：用線選法在AT89S51外部擴(kuò)展3片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264。 分析： 1） 6264容量為8KB，因此單元選擇地址線需要13根， 用單片機(jī)的A0A12； 2）AT89S51剩余高位地址線為3條。剛好可直接用于 對(duì)6264的片選。第三