微機原理第五章存儲器的擴展

微機原理第五章存儲器的擴展三總線結(jié)構(gòu)74LS373與單片機的連接方法數(shù)據(jù)總線DB：寬度8位，由P0口提供，三態(tài)雙向口，單片機與外部交換的所有信息，幾乎都通過P0口傳送。即通常把64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器空間的一部分作為擴展I/O端口的地址空間，每一個I/O口相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)存儲單元，CPU如同訪問外部數(shù)據(jù)存儲器一樣訪問擴展I/O口，對其進行讀寫操作。即通常把64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器空間的一部分作為擴展I/O端口的地址空間，每一個I/O口相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)存儲單元，CPU如同訪問外部數(shù)據(jù)存儲器一樣訪問擴展I/O口，對其進行讀寫操作。一片6264和一片2764共用一個片選信號，因此其地址空間是重疊的。74LS154（4/16譯碼器）等74LS138引腳圖由用戶利用編程器寫入信息，其內(nèi)容可以更改。（1）WR、RD：片外數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制。（3）

集成RAM（iRAM）低8位A7～A0由P0口經(jīng)地址鎖存器提供。74LS138（3/8譯碼器）微機原理第五章存儲器的擴展在某些情況下，如調(diào)試程序時，希望將程序放在外部RAM中，既能夠方便地修改，又要能夠運行，也就是要求數(shù)據(jù)存儲器同時具有程序存儲器的功能。（二）擴展數(shù)據(jù)存儲器電路的連接邏輯1.數(shù)據(jù)總線DB：寬度8位，由P0口提供，三態(tài)雙向口，單片機與外部交換的所有信息，幾乎都通過P0口傳送。是應(yīng)用系統(tǒng)中使用最頻繁的通道。片外多個擴展芯片的數(shù)據(jù)線采用并聯(lián)方式連接在數(shù)據(jù)總線上，而在某一時刻只有端口地址與單片機發(fā)出的地址相符的芯片才能與單片機進行通信。2.地址總線AB：寬度16位，尋址范圍216＝64K字節(jié)。低8位A7～A0由P0口經(jīng)地址鎖存器提供。高8位Al5～A8由P2口直接提供。P0、P2口在系統(tǒng)擴展中用作地址線后，便不能再作為一般I/0口使用。

3.控制總線CB：包括片外系統(tǒng)擴展用控制線和片外信號對單片機的控制線。（1）WR、RD：片外數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制。執(zhí)行MOVX時，這兩個信號分別自動生成。（2）PSEN：片外程序存儲器的讀控制。執(zhí)行MOVC時，該信號自動生成。（3）ALE：鎖存P0口輸出的低8位地址的控制線。ALE在P0口輸出地址期間，用下降沿控制鎖存器對地址進行鎖存，該信號自動生成。（4）EA：選擇片內(nèi)、片外程序存儲器。 0：片外程序存儲器。 1：片內(nèi)程序存儲器。二、系統(tǒng)擴展能力

地址線16位，容量64KB，地址0000H～FFFFH。片外RAM和ROM的訪問使用不同的指令及控制信號，允許兩者地址重合。

對于有片內(nèi)ROM的單片機，片內(nèi)ROM與片外ROM的訪問使用相同的操作指令，對兩者的選擇則靠硬件來實現(xiàn)。EA＝0時，選擇片外程序存儲器，即無論片內(nèi)有無程序存儲器，片外程序存儲器的地址可從0000H開始EA＝l時，選片內(nèi)程序存儲器，若片內(nèi)程序存儲器容量為4KB，則其地址為0000H～0FFFH，片外程序存儲器地址只能從1000H開始。為了應(yīng)用系統(tǒng)的需要而擴展的I/O口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換口及定時/計數(shù)器均是與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的。即通常把64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器空間的一部分作為擴展I/O端口的地址空間，每一個I/O口相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)存儲單元，CPU如同訪問外部數(shù)據(jù)存儲器一樣訪問擴展I/O口，對其進行讀寫操作。三、常用存儲器芯片

1、程序存儲器：存放程序代碼和常數(shù) 由于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)通常是專用的微機系統(tǒng)，一經(jīng)開發(fā)研制完畢，其軟件也就定型，所以常用半導(dǎo)體只讀存儲器（ReadOnlyMemory,縮寫為ROM）作為單片機的程序存儲器。根據(jù)寫入或擦除方式的不同，ROM分為5種(1)

掩膜ROM由芯片生產(chǎn)廠家用最后一道掩膜工藝來寫入信息的，用戶不能再作更改，如8051的內(nèi)部ROM。掩膜ROM集成度高，成本低，適合用于大批量生產(chǎn)。(2)

可編程ROM（PROM）芯片出廠前未寫入信息，由用戶自行寫入（即編程），在專用的編程器上進行的。一旦編程后，芯片內(nèi)容不能再作更改。(3)

紫外線擦除可編程ROM（EPROM）

由用戶利用編程器寫入信息，其內(nèi)容可以更改。在紫外線照射下使電路復(fù)位，原存信息被擦除，然后重新編程。能反復(fù)多次使用。EPROM廣泛應(yīng)用于各種微機系統(tǒng)。通常采用的標(biāo)準(zhǔn)芯片有：2716（2KB）、2732（4KB）2764（8KB）、27128（16KB）27256（32KB）、27512（64KB）。1：直通，即Qi’＝Di。（1）WR、RD：片外數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制。數(shù)據(jù)總線DB：寬度8位，由P0口提供，三態(tài)雙向口，單片機與外部交換的所有信息，幾乎都通過P0口傳送。在紫外線照射下使電路復(fù)位，原存信息被擦除，然后重新編程。EPROM#34000H～5FFFH采用譯碼方式擴展2764，最多可以擴展8片2764這一操作稱為動態(tài)存儲器的刷新。（3）

集成RAM（iRAM）（3）

集成RAM（iRAM）（二）擴展外部程序存儲器電路的連接邏輯電路譯碼方式擴展多片EPROM集成RAM（IntegratedRAM，縮寫為iRAM），這是一種帶刷新邏輯電路的DRAM。一旦編程后，芯片內(nèi)容不能再作更改。NVRAM既能隨機存取，又具有非易失性，適合用于需要掉電保護的場合?？煽朔€選方式的缺點，通過譯碼器將高位地址線譯碼后輸出來選通存儲器芯片(4)

電擦除可編程ROM（EEPROM）采用電的方法擦除，能整片擦除，字節(jié)擦除，擦除和寫入可以在單片機內(nèi)進行，不需要附加設(shè)備，每個字節(jié)允許擦寫次數(shù)目前約1萬次。因而比EPROM性能更優(yōu)越，但價格較高。常用的有兩種類型芯片：①＋21V寫入：2816，2817（2K字節(jié)）。②＋5V寫入：2816A，2817A（2K字節(jié)），2864（8K字節(jié)）。

（5）

快擦寫型存儲器（FlashMemory）

一種新型的可擦除、非易失性存儲器。它既有EPROM價格低、集成度高的優(yōu)點，又有EEPROM電可擦除和寫入的特性。其擦除和寫入的速度比EEPROM快得多，目前商品化的FlashMemory已做到允許擦寫次數(shù)達10萬次。這種存儲器具有很好的應(yīng)用前景。

2、數(shù)據(jù)存儲器：功能：存儲現(xiàn)場采集的原始數(shù)據(jù)、運算結(jié)果。需要經(jīng)常進行讀寫操作，所以通常采用半導(dǎo)體讀寫存儲器，即隨機存取存儲器（RandomAccessMemory）RAM作為片外數(shù)據(jù)存儲器。EEPROM也可用作片外數(shù)據(jù)存儲器。MOS型RAM按基本存儲電路的結(jié)構(gòu)和特性分4類

（1）

靜態(tài)RAM（SRAM）

基本存儲單元是MOS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。一個觸發(fā)器可以存儲一位二進制信息。SRAM能可靠地保持所存信息。常用的芯片有6116（2K字節(jié)），6264（8K字節(jié)）。SRAM芯片集成度較低，功耗較大，電路連接簡單，斷電信息丟失（易失性），常用于存儲容量較小的微機應(yīng)用系統(tǒng)（2）

動態(tài)RAM（DRAM）

利用MOS管的柵極和源極之間的電容來保存信息。由于柵源極間電容的電荷量會逐漸泄漏，因此需要由CPU按一定時間（如1～2ms）將所有存入的信息逐個讀出來，經(jīng)放大后再寫回去，以保持原來的信息不變。這一操作稱為動態(tài)存儲器的刷新。為此需要刷新電路和相應(yīng)的控制邏輯。常用的芯片有2164（64K位）等。DRAM芯片集成度高，功耗小，價格低，但有關(guān)電路較復(fù)雜，廣泛用于存儲容量大的微機系統(tǒng)。（3）

集成RAM（iRAM）

集成RAM（IntegratedRAM，縮寫為iRAM），這是一種帶刷新邏輯電路的DRAM。由于它自帶刷新邏輯，因而簡化了與微處理器的連接電路，使用它和使用SRAM一樣方便，常用的芯片有2186（4）

非易失性RAM（NVRAM）

非易失性RAM（Non-VoIatileRAM，縮寫為NVRAM），其存儲體由SRAM和EEPROM兩部分組合而成。正常讀寫時，SRAM工作。當(dāng)要保存信息時（如電源掉電），控制電路將SRAM的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中保存。存入EEPROM中的信息又能夠恢復(fù)到SRAM中。NVRAM既能隨機存取，又具有非易失性，適合用于需要掉電保護的場合。目前芯片容量還不能做得很大，另外由于EEPROM的擦寫次數(shù)有限制，因而影響NVRAM的使用壽命。

第二節(jié)：地址的鎖存

一、鎖存的作用 由于P0口采用分時復(fù)用。CPU先從P0口輸出低八位地址，從P2口輸出高八位地址，選擇訪問的單元，再從P0口讀寫數(shù)據(jù)。所以，應(yīng)通過地址鎖存器把P0口首先輸出的低八位地址鎖存起來。ALE是鎖存命令，P0輸出的地址8位在ALE的下降沿送入地址鎖存器。地址鎖存器的輸出作為地址總線低8位A7～A0。

二、地址鎖存器

地址鎖存器通常使用TTL芯片74LS373。它是帶有三態(tài)門的8D鎖存器，雙列直插20引腳三態(tài)門使能端：8D鎖存器控制端輸出端輸入端74LS373可看做兩部分：

鎖存器、三態(tài)門G：8D鎖存器控制端。1：直通，即Qi’＝Di。1變0時，數(shù)據(jù)被鎖存，輸出端Qi’不再隨輸入端的變化而變化，而一直保持鎖存前的值不變。OE：三態(tài)門使能端。0：三態(tài)門輸出為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平；1：三態(tài)門輸出高阻態(tài)；74LS373的邏輯功能表

74LS373與單片機的連接方法

第三節(jié)：地址的譯碼

某存儲器芯片地址線：11根A10～A0，空間2K。2K地址空間在微處理器的內(nèi)存空間64K中被分配在什么位置，這由高位地址線A11～A15產(chǎn)生的該芯片的片選信號CS來決定。當(dāng)存儲器芯片多于一片時，為了避免誤操作，必須利用片選信號來分別確定各芯片的地址分配。產(chǎn)生片選信號的方式不同，存儲器的地址分配也就不同。片選方式有線選和譯碼二種一、線選方式：把一根高位地址線直接連到存儲器芯片的片選端三個芯片的地址分配

線選方式的特點：優(yōu)點：電路連接簡單缺點：地址空間不連續(xù)（不能充分利用內(nèi)存空間）、地址重疊。不能充分利用內(nèi)存空間的原因是：用作片選信號的高位地址線的信號狀態(tài)得不到充分利用

“地址重疊”：指一個存儲單元占有多個地址空間，即不同的地址會選通同一存儲單元。二、譯碼方式：可克服線選方式的缺點，通過譯碼器將高位地址線譯碼后輸出來選通存儲器芯片常用的譯碼器有74LS138（3/8譯碼器）74LS139（雙2/4譯碼器）74LS154（4/16譯碼器）等74LS138引腳圖

74LS138真值表

用譯碼方式實現(xiàn)片選

根據(jù)譯碼器的邏輯關(guān)系和存儲器的片內(nèi)尋址范圍，三個芯片的地址空間如下

譯碼方式的特點：優(yōu)點：地址空間連續(xù)，且唯一確定，不存在地址重疊現(xiàn)象；能夠充分利用內(nèi)存空間；當(dāng)譯碼器輸出端留有空余時，便于繼續(xù)擴展存儲器或其它外圍器件。缺點:電路連接復(fù)雜一些。

第四節(jié)：外部存儲器的擴展方法外部存儲器的擴展方法，也就是存儲器系統(tǒng)的設(shè)計

一、程序存儲器的擴展二、數(shù)據(jù)存儲器的擴展一、程序存儲器的擴展

(一）外部程序存儲器的操作時序

（二）擴展外部程序存儲器電路的連接邏輯電路

擴展一片EPROM程序存儲器

線選方式擴展多片EPROM譯碼方式擴展多片EPROMEPROM#01C000H～DFFFHEPROM#02A000H～BFFFHEPROM#036000H～7FFFHEPROM#10000H～1FFFHEPROM#22000H～3FFFHEPROM#34000H～5FFFH線選方式譯碼方式采用譯碼方式擴展2764，最多可以擴展8片2764兩種方式的地址范圍高8位Al5～A8由P2口直接提供。一片6264和一片2764共用一個片選信號，因此其地址空間是重疊的。由于訪問片外ROM與訪問片外RAM所用的控制線不同，且PSEN與RD、WR不會同時有效，所以雖然地址總線與數(shù)據(jù)總線公用，但不會引起混亂。當(dāng)譯碼器輸出端留有空余時，便于繼續(xù)擴展存儲器或其它外圍器件。P0、P2口在系統(tǒng)擴展中用作地址線后，便不能再作為一般I/0口使用。EPROM#22000H～3FFFH（3）

集成RAM（iRAM）一種新型的可擦除、非易失性存儲器。74LS154（4/16譯碼器）等（1）

靜態(tài)RAM（SRAM）①＋21V寫入：2816，2817（2K字節(jié)）。一