《单片机存储器扩展》PPT课件.ppt

6-1 系统扩展及结构,6-2 存储器扩展及编址技术,6-3 程序存储器扩展,6-4 数据存储器扩展,6-5 存储器综合扩展,6-6 存储器系统的特点和使用,第6章 单片机存储器扩展,单片机芯片内具有CPU、ROM、RAM、定时器/ 计数器及I / O口。但在实际应用中、大多数情况 下仅靠片内资源是不够的。 资源性扩展： 包括存储器扩展和IO扩展。 如何扩展? 扩展功能如何实现? 扩展部件如何连接?,6-1 系统扩展及结构,整个扩展系统以单片机为核心，通过 总线把各扩展部件连接起来，各扩展部件 “挂”在总线上。 所谓总线，就是连接系统中各扩展部 件的一组公共信号线。 包括：地址总线（AB）； 数据总线（DB）； 控制总线（CB）。,存储器的连接,存储器与微型机三总线的连接：,1、数据线D0n 连接数据总线DB0n 2、地址线A0N 连接地址总线低位AB0N。 3、片选线CS 连接地址总线高位ABN+1。 4、读写线OE、WE(R/ W) 连接读写控制线RD、WR。,存储器与单片机的连接,存储器与微型机三总线的一般连接方法和存储器读写时序： 1.数据总线与地址总线 为两组独立总线。,D0n,存储器与单片机的连接,2.微型机复用总线结构： 数据与地址分时共用 一组总线。,6-1-1 单片机扩展的实现,单片机扩展的首要问题就是构造系统总线，然后再往系统总线上“挂”存储芯片或I/O接口芯片。 “构造”总线芯片本身并没有提供地址线和数据线。 具体的构造方法说明如下： 以P0口的8位口线作地址数据线。 复用技术地址和数据进行分离。 为此在构造地址总线时要添加一个8位锁存器。先把这低8位地址送锁存器暂存，然后就由地址锁存器给系统提供低8位地址，而把P0口线作为数据线使用。 以P2口的口线作高位地址线。 由P2口提供高8位，再加上P0口提供的低8位64KB。 但实际应用系统中，地址高位并不固定为8位，而根据需要从P2口中引出。,8位地址锁存器：74LS373、8282等。,MCS-51用于扩展存储器的外部总线信号： P0.00.7 ： 8位数据和低8位地址信号，复用总线AD07。 P2.02.7 ： 高8位地址信号AB815。 ALE： 地址锁存允许控制信号。 PSEN： 片外程序存储器读选通信号。 EA： 内外程序存储器选择。 RD： 片外数据存储器读控制信号。 WR： 片外数据存储器写控制信号。,6-1-2 总线扩展驱动,当单片机外接芯片较多，超出总线负载能力，必须加总线驱动器。,单向驱动器74LS244、 74LS245用于 地址总线驱动； 双向驱动器74LS255用于 数据总线驱动。,6-2 存储器扩展及编址技术,存储器结构框图,存储器内部为双向地址译码，以节省内部引线和驱动器。 如：1K容量存储器，有10根地址线。,单向译码需要1024根译码输出线和驱动器。 双向译码 X、Y方向各为32根译码输出线和驱动器， 总共需要64根译码线和64个驱动器。,图5.6 存储器逻辑结构图,3232=1024,存储器外部信号引线,D07数据线： 传送存储单元内容。根数与单元数据位数相同。 A09地址线： 选择芯片内部一个存储单元。根数由存储器容量决定。 CS 片选线： 选择存储器芯片。当CS信号无效，其它信号线不起作用。 R/W(OE/WE)读写允许线： 打开数据通道，决定数据的传送方向和传送时刻。,用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的 存储器系统。 要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机 的总线结构要求。,一、扩充存储器位数： 例1：用2K1位存储器芯片组成 2K8位存储器系统。 例2：用2K8位存储器芯片组成2K16位存储器系统。,6-2-1 存储器芯片的扩展,例1：用2K1位存储芯片组成2K8位存储系统。,当地址、片选和读写信号有效，可并行存取8位信息；共用片选。,例2：用2K8位存储器芯片组成2K16位存储器系统。,地址、片选和读写引线并联后引出，数据线并列引出。,共用片选,片选方法： 1.线选法： 微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。 2.译码片选法： 微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。 多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。,二、扩充存储器容量：,地址线、数据线和读写控制线均并联。 为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信 号区别不同芯片的地址空间（不能共用片选）。,例1：用1K4位存储器芯片组成4K8位存储器系统。,例2：三片8KB的存储器芯片组成 24KB 容量的存储器。,确定各存储器芯 片的地址空间：,设CE1、CE2、CE3分别连接微型机的高位地址总线AB13、AB14、AB15。,ABi：15141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 015141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ：1100 0000 0000 00001101 1111 1111 1111=C000HDFFFH ：1010 0000 0000 00001011 1111 1111 1111=A000HBFFFH ：0110 0000 0000 00000111 1111 1111 1111=6000H7FFFH,6-2-2 存储器扩展的编址技术,所谓存储器编址，就是使用系统提供的地址线，通过适当的连接，最终达到一个编址唯一地对应存储器中一个存储单元的目的。 存储器编址分两个层次： （见P119） 存储芯片的选择； 芯片内部存储单元的选择。 存储器映像研究各部分存储器在整个存储空间中所占据的地址范围，以便为存储器的使用提供依据。,线选法： 直接以系统的地址位作为存储芯片的片选信号。 优缺点：简单明了，且不需增加电路。但存储空间的使用是断续的，不能有效地利用空间，扩充容量受限，只适用于小规模系统的存储器扩展。 译码法： 对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为片选信号。 高效率地利用存储空间，适用于大容量多芯片扩展。 常用的译码芯片有：74LS139（双2-4译码器）、74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。,图5.5 74LS138,3-8 地址译码器：74LS138,3-8 地址译码器：74LS138,Y0、Y1、Y2分别连接三片存储器的片选端CE1、CE2、CE3,各片存储器芯片分配地址：,：0000H1FFFH； ：2000H3FFFH； ：4000H5FFFH。,ABi： 15141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 015141312 11109 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ：0000 0000 0000 00000001 1111 1111 1111=0000H1FFFH ：0010 0000 0000 00000011 1111 1111 1111=2000H3FFFH ：0100 0000 0000 00000101 1111 1111 1111=4000H5FFFH,6-3 程序存储器扩展,工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。 1.掩膜ROM：不可改写ROM 由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读（如80C51）。 2.PROM：可编程ROM 用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。,3.EPROM：可擦除PROM 用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写（如87C51）。 4.EEPROM：可电擦除PROM 既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备RAM、ROM的优点。但写入时间较长（如8951）。,扩展程序存储器电路,常用EPROM芯片： Intel 2716 (2KB=2K8位)、 2732 (4KB)、 2764 (8KB)、 27128(16KB)、 27256(32KB)、 27512(64KB)。,EPROM2716,表5-3 2716工作方式,8031/8032扩展2KB EPROM Intel 2716 （总线形式）,最低地址：8000H； 最高地址：87FFH。 地址范围：8000H87FFH。,EEPROM 2816、2817,2816引脚和功能图,单片机外接EEPROM电路的存储器电路,EEPROM 既能作为程序存储器又能作数据存储器。 将程序存储器与数据存储器的空间合二为一。,与门,扩展数据存储器电路常用RAM芯片： Intel 6116(2KB)、6264(8KB)、 62256(32KB)等。,6-4 数据存储器扩展,6116和6264管脚和逻辑符号,8031（8051）扩展2KB RAM Intel 6116。,扩展单片6116数据存储器,6-5 存储器综合扩展,6-5-1 同时扩展程序存储器和数据存储器,单片机连接 8KB EPROM 2764 和 8KB RAM 6264 各一片。,图5.14 同时扩展两种存储器,EEPROM 既能作为程序存储器又能作数据存储器。 将程序存储器与数据存储器的空间合二为一。,6-5-2 扩展既可读又可写的程序存储器,与门,哈佛（Har-yard）结构，即将程序和数据存储器截然分开，各有自已的寻址方式、寻址空间和控制信号。 80C51单片微机的存储器映象图。,6-6 存储器系统的特点和使用,一、特点复杂性 1、程序存储器与数据存储器同时存在； 2、内外存储器同时存在； 3、存储器地址空间的重叠和连续。,MCS51存储器结构和地址空间,存储器地址空间的区分和衔接：, 在物理上设有 4 个物理存储空间： 程序存储器：片内程序存储器； 片外程序存储器； 数据存储器：片内数据存储器； 片外数据存储器。 在逻辑上设有3个逻辑存储空间： 1、内外程序存储器统一编址，形成一个完整的空间； 2、内外数据存储器分开编址，都是从“0”单元开始。,二、使用：,存储空间的区分,1、存储空间的区分： （1）内部程序存储器与数据存储器的区分； （2）外部程序存储器与数据存储器的区分； （3）内外数据存储器的区分。,内外ROM衔接形式,2、内外程序存储器的衔接。,构造