存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)

存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)第1頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁心存儲(chǔ)器電耦合存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器串行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器第2頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.1.1隨機(jī)存取的存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory），簡(jiǎn)稱RAM，在單片機(jī)系統(tǒng)中用于存放可隨時(shí)修改的數(shù)據(jù)，因此在單片機(jī)領(lǐng)域中也常稱之為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。RAM又可分為靜態(tài)RAM（StaticRandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DynamicRandomAccessMemory，簡(jiǎn)稱DRAM）兩種，對(duì)RAM既可以進(jìn)行寫操作，又可以進(jìn)行讀操作。RAM是易失性存儲(chǔ)器，掉電后所存儲(chǔ)的信息立即消失。第3頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.1.2只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory），簡(jiǎn)稱ROM，在單片機(jī)系統(tǒng)中用于存放程序、常數(shù)和表格常數(shù)等，因此在單片機(jī)領(lǐng)域中也為程序存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器中的信息一旦寫入之后就不能隨意更改，特別是不能在程序運(yùn)行過(guò)程中隨意寫入新的內(nèi)容，而只能讀取存儲(chǔ)單元內(nèi)容，故稱只讀存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器分為五種：掩膜ROM，簡(jiǎn)稱ROM；可編程只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱PROM；紫外線擦除可改寫只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱EPROM；電擦除可改寫只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱EEPROM（也寫成E2PROM）；閃速存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱FlashROM。第4頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1.3串行存儲(chǔ)器（1）串行存儲(chǔ)器串行存儲(chǔ)器是一種CMOS工藝制成的電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。近年來(lái)，基于I2C總線的各種串行E2PROM的應(yīng)用日漸增多。二線制的24CXX系列產(chǎn)品，主要有24C02、24C04、24C08、24C16、24C32，容量分別對(duì)應(yīng)于256/512/1K/2K/4K×8位；三線制的93CXX系列產(chǎn)品，主要有93C06、93C46、93C56、93C66，容量分別對(duì)應(yīng)于64/128/256/512×8位。串行存儲(chǔ)器具有一般并行E2PROM的特點(diǎn)，但以串行的方式訪問(wèn)，價(jià)格低廉。第5頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）24C02串行E2PROM

SCL：串行時(shí)鐘端。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址的輸入/輸出端。WP：寫保護(hù)。A0、A1、A2：片選或頁(yè)面選擇地址輸入。Vcc：電源電壓接＋5V。Vss：接地端。24C02與8051的連接圖24C02引腳圖第6頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）93C46串行E2PROMCS：片選輸入信號(hào)高電平有效；CLK：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入，作為CPU與串行EEPROM之間通信的同步信號(hào)。DI：數(shù)據(jù)輸入；DO：數(shù)據(jù)輸出；NC：編程允許，高電平有效；ORG：組織結(jié)構(gòu)選擇輸入，為1時(shí)16位為1個(gè)單元，為0時(shí)8位為1個(gè)單元。93C46引腳圖93C46與8051連接圖第7頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.2單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)是在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，以最簡(jiǎn)便的電路就可以滿足其要求，它只需要一片單片機(jī)芯片再配上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用非常方便。第8頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.2.18051/8751最小應(yīng)用系統(tǒng)8051/8751片內(nèi)駐留4KB的掩膜ROM/EPROM，在構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要加上復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、EA引腳接高電平，即可通電工作。（程序及原始數(shù)據(jù)占用程序存儲(chǔ)器空間少）第9頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.2.28031最小應(yīng)用系統(tǒng)8031片內(nèi)無(wú)駐留ROM，所以必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，常選用EPROM芯片。在擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，還必須接上地址鎖存器。EA接地。第10頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3單片機(jī)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展5.3.1單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MCS－51單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)包括ROM、RAM和I/O接口電路等，通過(guò)總線把各擴(kuò)展部件與單片機(jī)連接起來(lái)，如圖所示。第11頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造1．系統(tǒng)總線：分地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線三組。（1）地址總線(AddressBus，簡(jiǎn)寫AB)：輸出地址信號(hào)，以選擇存儲(chǔ)單元和I/O端口。地址總線的數(shù)目決定著可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的數(shù)目。地址位數(shù)1234…16首單元地址0000000000…00…00末單元地址1111111111…11…11尋址單元個(gè)數(shù)2222324…216第12頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡(jiǎn)寫DB)：8位雙向，用于在單片機(jī)與存儲(chǔ)器、I/O端口之間相互傳遞數(shù)據(jù)。（3）控制總線(ControlBus，簡(jiǎn)寫CB)：是一組控制信號(hào)線，對(duì)于任意某一根是單向的，可以輸入到單片機(jī)，也從單片機(jī)輸出，因此也稱為準(zhǔn)雙向總線。2．總線構(gòu)造（1）P0口：分時(shí)作低8位地址線（A7～A0）/數(shù)據(jù)線。（2）P2口：作高8位地址線（A15～A8）。有時(shí)只用部分構(gòu)成部分地址線和片選信號(hào)。第13頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）控制信號(hào)ALE：地址鎖存的選通信號(hào)，輸出，高電平有效;PSEN：程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，輸出，低電平有效；EA：片外程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)，輸入，低電平有效；RD：擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀選通信號(hào)，輸出，低電平有效；WR：擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的寫選通信號(hào)，輸出，低電平有效。第14頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3.3譯碼器與片選方法產(chǎn)生片選信號(hào)有兩種方法：線選法和譯碼法。線選法：線選法是將剩余的高位地址線中的一位地址線直接(或經(jīng)過(guò)反相器)加到存儲(chǔ)器芯片的片選端的方法。譯碼法：又分部分譯碼法和全譯碼法。部分譯碼法是將余下的高位地址線部分經(jīng)譯碼器后作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)線；全譯碼法是將余下的高位地址線全部進(jìn)行譯碼產(chǎn)生存儲(chǔ)器的片選信號(hào)。線選法和部分部分譯碼法會(huì)產(chǎn)生地址空間重疊現(xiàn)象。全譯碼法可以消除地址空間重疊現(xiàn)象。

空間地址重疊現(xiàn)象就是指多個(gè)地址映射一個(gè)單元的現(xiàn)象。第15頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在譯碼電路中常用的譯碼器芯片有74LS139（雙2-4譯碼器）和74LS138（3-8譯碼器）等。（1）74LS139譯碼器74LS139譯碼器引腳圖輸入端輸出端使能選擇Y0Y1Y2Y3GBA1××1111000011100110110101101011111074LS139譯碼器真值表第16頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）74LS138譯碼器74LS138譯碼器引腳圖輸入端輸出端CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000011111110011011111101011011111011111011111001111011110111111011110111111011111111111074LS138譯碼器真值表上述必須保證使能E3、E2、E1分別為1、0、0，若為其他組合，輸出均為1。第17頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.3.4常用的EPROM常用的芯片有27系列的2716(2K×8bit)、2732(4K×8bit)、2764(8K×8bit)、27128(16K×8bit)、27256(32K×8bit)，27為系列號(hào)，后面的數(shù)字表示芯片的位容量（Kb)，括號(hào)內(nèi)2K、4K等代表有多少個(gè)存儲(chǔ)單元，可得出地址線數(shù)；8bit代表8根數(shù)據(jù)線。第18頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引腳說(shuō)明：A0～A11：地址線（2732地址線為12位，212＝4K）；O0～O7：數(shù)據(jù)線（8bit）；OE／Vpp：非編程時(shí)作OE使用，為數(shù)據(jù)允許輸出端，低電平有效；編程時(shí)作Vpp使用，為編程電源輸入端，接＋25V。

CE／PGM：非編程時(shí)作CE使用，為片選信號(hào)輸入端，低電平有效；編程時(shí)作PGM使用，為編程脈沖輸入端，輸入正脈沖；Vcc：電源（+5V）；GND：接地端；第19頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3.5程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展舉例

1．單片程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展【例】用一片2764EPROM擴(kuò)展8KB程序存儲(chǔ)器。解：2764代表容量是8K×8bit，其中：8K代表有8192個(gè)單元，地址線13根即代表213＝8192，8bit代表一次可以輸出8位，有8根數(shù)據(jù)線。注意：如果數(shù)據(jù)線是4位、2位或1位，必須分別用2片、4片或8片同樣的芯片組成一組地址范圍相同的8位存儲(chǔ)器。

連線情況：地址線低位接由P0口經(jīng)地址鎖存器8位輸出，高5位接P2口的低5位；數(shù)據(jù)線直接接P0,OE接PSEN，CE接由P2余下的3位形成的片選信號(hào)（可采用選線法、部分譯碼法、全譯碼法）；EA視情況可接地或高電平。第20頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2134第21頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器地址分析：（1）線選法：開關(guān)打在1或2位置上1）開關(guān)打1,即P2.7經(jīng)反相后接CE，此情況下要選中該芯片，須P2.7＝1。地址情況：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A01××00000000000001××00000000000011××00000000000101××

…1××1111111111111第22頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P2.6、P2.5無(wú)論處于何種狀態(tài)，只要P2.7＝1,均選中該片。若將P2.6、P2.5視為0、0,則地址：8000H～9FFFH；若將P2.6、P2.5視為0、1,則地址：0A000H～0BFFFH；若將P2.6、P2.5視為1、0,則地址：0C000H～0DFFFH；若將P2.6、P2.5視為0、1,則地址：0E000H～0FFFFH。因此每個(gè)單元都有4個(gè)地址映射它，這就是地址重疊現(xiàn)象，會(huì)造成地址空間的資源浪費(fèi)。第23頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）開關(guān)打2,即P2.7直接接CE，此情況下要選中該芯片，須P2.7＝0。地址情況：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A00××00000000000000××00000000000010××00000000000100××

…0××1111111111111地址空間為0000H～1FFFH，或2000H～3FFFH，或4000H～5FFFH，或6000H～7FFFH。也存在地址重疊現(xiàn)象。第24頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）固定接法：開關(guān)打在3位置上,此時(shí)P2.7、P2.6、P2.5無(wú)論處于何種情況，均選中該芯片。地址情況：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A0

×

××0000000000000×××0000000000001

×

××0000000000010

×

××

…

×

××1111111111111地址范圍為：0000H～1FFFH，或2000H～3FFFH，或4000H～5FFFH，或6000H～7FFFH,或8000H～9FFFH,或0A000H～0BFFFH，或0C000H～0DFFFH，或0E000H～0FFFFH。第25頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）全譯碼法：開關(guān)打在4位置上,此時(shí)CE接Y0,要保證選中該芯片，Y0＝0,則P2.7、P2.6、P2.5分別為0、0、0。地址情況：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A0000

0000000000000000

0000000000001000

0000000000010000

…000

1111111111111地址范圍為：0000H～1FFFH。每個(gè)單元的地址是惟一的，無(wú)地址重疊現(xiàn)象。注意：如果擴(kuò)展ROM是惟一的芯片，CE須接Y0。第26頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】用一片2732擴(kuò)展4KB程序存儲(chǔ)器，采用全譯碼法。第27頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：分析：要保證Y0＝0,則輸入端BA＝00,即P2.7、P2.6均為0,使能端1G＝0,所以：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A11～A8 A7～A4A3～A00000000000000000000000000000000100000000000000100000………………0000111111111111地址范圍為：0000H～0FFFH。每個(gè)單元的地址是惟一的，無(wú)地址重疊現(xiàn)象。第28頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．多片程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展【例】采用2764擴(kuò)展16KB程序存儲(chǔ)器。第29頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：由于2764是8K×8bit的EPROM，要擴(kuò)展16KB程序存儲(chǔ)器必須采用2片的2764才行。注意：只是對(duì)于不同的芯片必須采用不同的片選信號(hào)。在接片選信號(hào)時(shí)，其中一片擴(kuò)展ROM必須用Y0，確保地址范圍是以0000H開頭的連續(xù)地址（0000H～1FFFH），其它存儲(chǔ)器的片選可以用Y1～Y7中任意一個(gè)，但在編程時(shí)對(duì)程序存放地址須作好安排。本題用Y0和Y1分別接1#2764、2#2764的CE，使1#2764、2#2764的地址范圍分別是0000H～1FFFH和2000H～3FFFH，為連續(xù)的16KB。為什么？第30頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

如果內(nèi)部128B的RAM不夠，可以通過(guò)外部擴(kuò)展RAM，外部擴(kuò)展RAM的空間原則上最大可以為64KB，但還要考慮一部分地址要留給擴(kuò)展I/O口，因此擴(kuò)展不能占用整個(gè)空間。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，擴(kuò)展的RAM采用靜態(tài)RAM。第31頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4.1常用靜態(tài)RAM目前常用的靜態(tài)RAM芯片有Intel公司的6116、6264、62128和62256。下面列出三種常用SRAM的主要技術(shù)特性如表所示。6116626462256容量/KB2832引腳數(shù)242828工作電壓/V555典型工作電流/mA35408典型維持電流/mA520.5存取時(shí)間/ns100～200(由產(chǎn)品型號(hào)而定)主要特性型號(hào)第32頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法

（1）地址線和數(shù)據(jù)線的連接：與擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的連接方法相同。（2）控制線的連接ALE：與地址鎖存器的G相連接；RD（P3.7）：讀控制信號(hào)，與RAM芯片的RD或OE連接。WR（P3.6）：寫控制信號(hào)，與RAM芯片的WE連接。第33頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4.3訪問(wèn)片外RAM單元指令訪問(wèn)片外RAM單元指令只能用下列四條指令：MOVX

A,@RiMOVX

@Ri,A；訪問(wèn)片外RAM頁(yè)內(nèi)單元MOVX

A,@DPTRMOVX

@DPTR,A；訪問(wèn)片外RAM任意單元當(dāng)CPU執(zhí)行上述指令時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生有效的讀寫控制信號(hào)從RD和WR引腳輸出。第34頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)例【例】用兩片6264芯片擴(kuò)展16KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

第35頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：分析：在擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，譯碼器的任一輸出均可作為存儲(chǔ)器片選信號(hào)，這不同于程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)必須要Y0來(lái)片選一片存儲(chǔ)器芯片。本圖中1#6264的地址范圍是0000H～1FFFH，2#62