第8章擴展存儲器

第8章目錄8.1系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)8.2地址空間分配和外部地址鎖存器

8.2.1存儲器地址空間分配

8.2.2外部地址鎖存器8.3程序存儲器EPROM的擴展

8.3.1常用的EPROM芯片

8.3.2程序存儲器的操作時序

8.3.3AT89S51單片機與EPROM的接口電路設計8.4靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展

8.4.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片

8.4.2外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序1現(xiàn)在是1頁\一共有40頁\編輯于星期一

8.4.3AT89S51單片機與RAM的接口電路設計8.5EPROM和RAM的綜合擴展

8.5.1綜合擴展的硬件接口電路

8.5.2外擴存儲器電路的工作原理及軟件設計8.6E2PROM的擴展

8.6.1并行E2PROM芯片簡介

8.6.2E2PROM的工作方式

8.6.3AT89S51單片機擴展E2PROMAT2864的設計8.7片內(nèi)Flash存儲器的編程

8.7.1通用編程器編程

8.7.2ISP編程2現(xiàn)在是2頁\一共有40頁\編輯于星期一系統(tǒng)擴展程序存儲空間擴展：程序存儲器數(shù)據(jù)存儲空間擴展：數(shù)據(jù)存儲器、I/O設備地址分配方法線選法譯碼法3現(xiàn)在是3頁\一共有40頁\編輯于星期一8.1系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)AT89S51單片機采用總線結(jié)構(gòu)，使擴展易于實現(xiàn)，AT89S51單片機系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。

圖8-1AT89S51單片機的系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)4現(xiàn)在是4頁\一共有40頁\編輯于星期一系統(tǒng)總線構(gòu)成：（1）地址總線（AddressBus，AB）：用于傳送單片機發(fā)出的地址信號，以便進行存儲單元和I/O接口芯片中的寄存器單元的選擇；

選擇達到的正確結(jié)果是一次只能選通一個器件的一個存儲單元。（2）數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）：用于單片機與外部存儲器之間或與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（ControlBus，CB）：控制總線是單片機發(fā)出的各種控制信號線（讀寫控制等等）。5現(xiàn)在是5頁\一共有40頁\編輯于星期一系統(tǒng)總線構(gòu)造：

圖8-2AT89C51單片機擴展的片外三總線6現(xiàn)在是6頁\一共有40頁\編輯于星期一8.2地址空間分配和外部地址鎖存器8.2.1存儲器地址空間分配1.地址空間分配要解決的問題：

1）決定存儲器或接口芯片分配在哪個存儲空間的哪一個地址段；

2）發(fā)出一個地址，只能選通一個存儲單元，避免同時訪問兩個單元，發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。2.單片機選通存儲單元的原理單片機A0A15存儲器1存儲器2CE1CE2線選/譯碼注意：1）器件只有片選有效才能被訪問，沒有選中則不能被讀寫；2）一次訪問只能選通一個器件的一個單元；7現(xiàn)在是7頁\一共有40頁\編輯于星期一3.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器芯片（或I/O接口芯片）的“片選”控制信號。為此，只需要把用到的高位地址線與存儲器芯片的“片選”端直接連接即可。優(yōu)點：電路簡單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路，體積小，成本低。

缺點：可尋址的芯片數(shù)目受到限制。（最多能尋址幾個芯片？）地址空間不連續(xù)，每個存儲單元的地址不唯一，這會給程序設計帶來不便。

應用范圍：只適用于外擴芯片數(shù)目不多的單片機系統(tǒng)的存儲器擴展。8現(xiàn)在是8頁\一共有40頁\編輯于星期一2．譯碼法原理：使用譯碼器對AT89S51單片機的高位地址進行譯碼，譯碼輸出作為存儲器芯片的片選信號。優(yōu)點：

有效地利用存儲器空間，適用于多芯片的存儲器擴展。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(有地址重疊問題);9現(xiàn)在是9頁\一共有40頁\編輯于星期一常用的譯碼器芯片。（1）74LS1383線-8線譯碼器，有3個數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。

當譯碼器的輸入為某一固定編碼時，其輸出僅有一個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作為某一存儲器芯片的片選信號。10現(xiàn)在是10頁\一共有40頁\編輯于星期一（2）74LS139雙2線-4線譯碼器。這兩個譯碼器完全獨立，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8-474LS139引腳圖11現(xiàn)在是11頁\一共有40頁\編輯于星期一例:要擴8片8KB的RAM6264，如何通過74LS138把64KB

空間分配給各個芯片？

1）控制信號：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個輸出

～

，分別接到8片6264的各“片選”端，實現(xiàn)8選1的片選。3）低13位地址（P2.4～P2.0，P0.7～P0.0）完成對選中的6264芯片中的各個存儲單元的“單元選擇”。這樣就把64KB存儲器空間分成8個8KB空間了。12現(xiàn)在是12頁\一共有40頁\編輯于星期一64KB地址空間分配如圖8-5所示。

圖8-564KB地址空間劃分成8個8KB空間13現(xiàn)在是13頁\一共有40頁\編輯于星期一例：用74LS138把64KB空間全部劃分為4KB的塊，外接16片存儲器，分屬不同的4KB地址。

分析：

4KB空間需12條地址線進行單元選擇；剩下4根地址線剛好譯碼成片選端。

問題：74LS138譯碼器輸入只有3條地址線（P2.6～

P2.4），8條輸出線，如何獲得16片存儲器的

16個片選信號呢？

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對其編程來代替譯碼器進行非線性譯碼。14現(xiàn)在是14頁\一共有40頁\編輯于星期一

圖8-6

存儲器空間被劃分成16個4KB的塊8000H8FFFH9000H9FFFHA000HAFFFHB000HBFFFHC000HCFFFHD000HDFFFHE000HEFFFHF000HFFFFH15現(xiàn)在是15頁\一共有40頁\編輯于星期一8.2.2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位地址線，為了將它們分離出來，需在單片機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。16現(xiàn)在是16頁\一共有40頁\編輯于星期一圖8-7

鎖存器74LS373的引腳圖8-874LS373的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

引腳說明：D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線，Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線。G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號。當加到該引腳的信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。

：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。17現(xiàn)在是17頁\一共有40頁\編輯于星期一圖8-9AT89S51單片機P0口與74LS373的連接18現(xiàn)在是18頁\一共有40頁\編輯于星期一2．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19現(xiàn)在是19頁\一共有40頁\編輯于星期一8.3程序存儲器EPROM的擴展

程序存儲器分類：（1）掩模ROM：

特征：在制造過程中編程，是以掩模工藝實現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。存儲結(jié)構(gòu)簡單，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：芯片出廠時沒有任何程序信息，用獨立的編程器寫入。

使用：PROM只能寫一次，寫入內(nèi)容后，就不能再修改。

20現(xiàn)在是20頁\一共有40頁\編輯于星期一（3）EPROM：編程器編程（電信號編程）；

紫外線擦除（擦除時間較長）；（4）E2PROM（EEPROM）。電信號編程；

電信號擦除；讀寫方便，寫入的速度慢一些。（5）FLASHROM電信號編程；

電信號擦除；讀寫速度很快，存取時間可達70ns；

成本比E2PROM低得多。21現(xiàn)在是21頁\一共有40頁\編輯于星期一8.3.1常用的EPROM芯片1）認識型號名稱（orderinginformation）

TMS2732A2）性能與價格隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲器芯片產(chǎn)量劇增，售價不斷下降，性價比明顯增高，且由于小容量芯片停止生產(chǎn)，使市場某些小容量芯片價格反而比大容量芯片還貴。所以，應盡量采用大容量芯片。廠家代號，通常廠家不同就不同芯片系列代號位容量22現(xiàn)在是22頁\一共有40頁\編輯于星期一3）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為最大讀出時間。23現(xiàn)在是23頁\一共有40頁\編輯于星期一圖8-11常用EPROM芯片引腳8KB13根地址線16KB14根地址線32KB15根地址線64KB16根地址線A0～A15：地址線引腳。它的數(shù)目由芯片的存儲容量決定，用于進行單元選擇。D7～D0：數(shù)據(jù)線引腳。：片選控制端。：輸出允許控制端。

：編程時，編程脈沖的的輸入端。VPP：編程時，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：無用端。4）27系列EPROM芯片的引腳24現(xiàn)在是24頁\一共有40頁\編輯于星期一5）EPROM芯片的工作方式5種工作方式，由

、、

信號的組合確定。

25現(xiàn)在是25頁\一共有40頁\編輯于星期一8.3.2程序存儲器的操作時序1．單片機訪問程序存儲器的控制信號

控制信號：（1）ALE：用于低8位地址鎖存控制。（2）

：片外程序存儲器“讀選通”控制信號。它接外擴EPROM的

引腳。（3）

：片內(nèi)、片外程序存儲器訪問的控制信號。

=1時，在單片機發(fā)出的地址小于片內(nèi)程序存儲器最大地址時，訪問片內(nèi)程序存儲器；

=0時，只訪問片外程序存儲器?？偩€信號：P0和P2.26現(xiàn)在是26頁\一共有40頁\編輯于星期一2．操作時序

AT89S51對片外ROM的操作時序分兩種，即執(zhí)行非MOVX指令的時序和執(zhí)行MOVX指令的時序.（1）應用系統(tǒng)中無片外RAM

片外鎖存器用27現(xiàn)在是27頁\一共有40頁\編輯于星期一28現(xiàn)在是28頁\一共有40頁\編輯于星期一當片內(nèi)FLASH容量不夠用的時候，就要擴展片外的程序存儲1．AT89S51與單片EPROM的硬件接口電路8.3.3AT89S51單片機與EPROM的接口電路設計圖8-13AT89S51單片機與27128的接口電路29現(xiàn)在是29頁\一共有40頁\編輯于星期一2．使用多片EPROM的擴展電路圖8-14AT89S51與4片27128EPROM的接口電路30現(xiàn)在是30頁\一共有40頁\編輯于星期一8.4靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展擴展原理概述：1）存儲器類型：在單片機應用系統(tǒng)中，外部擴展的數(shù)據(jù)存儲器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）。2）數(shù)據(jù)地址總線：P2口提供高8位地址，P0口分時提供低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）信號控制。

注意：片外EPROM的輸出端允許（

）由單片機的讀選通

信號控制。因此盡管RAM與EPROM的地址空間范圍相同，但由于控制信號不同，不會發(fā)生總線沖突。

現(xiàn)在是31頁\一共有40頁\編輯于星期一圖8-15

常用的RAM引腳圖2KB（11根地址線）8KB16KB32KBA0～A14：地址輸入線。D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。：片選信號輸入線。對6264芯片，當26腳（CS）為高電平且

為低電平時才選中該片。8.4.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片：寫允許信號輸入線，低電平有效。：讀選通信號輸入，低電平有效VCC

—工作電源+5V。GND—地。32現(xiàn)在是32頁\一共有40頁\編輯于星期一RAM存儲器有讀出、寫入、維持3種工作方式，工作方式的控制見表8-6。33現(xiàn)在是33頁\一共有40頁\編輯于星期一8.4.2外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序?qū)ζ釸AM讀和寫兩種操作時序的基本過程相同。硬件連接：若外擴一片RAM，應將單片機的

腳與RAM

的

腳連接，單片機的腳與RAM

腳連接。具體的時序圖如下所示：34現(xiàn)在是34頁\一共有40頁\編輯于星期一圖8-16AT89S51單片