第五章 msc-51单片机存贮器扩展

第五章 MSC-51单片机存储器的扩展单片机是为工业控制而开发的，它的内部具有 ROM、 RAM、定时器 /计数器及 I/O口，它已经是一个完整的系统，但它的内部资源毕竟有限，在许多应用场合可能就不够用了，这就要求对单片机资源进行扩展。单片机资源扩展的原因：本章主要介绍的内容：随机存储器（ RAM）的扩展方法只读存储器（ ROM）的扩展方法几款提供扩展的芯片5.1 存储器扩展总线的结构 只读存储器 ，简称 ROM，它是用来存放用户开发（编写）的程序、常数和表格数据的，掉电后以上内容是不会消失的。随机存储器 ，简称 RAM，它是用来存放单片机运行时产生的中间数据和临时数据的。掉电后所有数据都将消失。扩展 就是在单片机内部的 ROM和 RAM等资源不够我们系统需要的时候，通过增加外部ROM和 RAM以满足系统要求。扩展方法： 必须先要构造扩展线路，也就是要构造一系列总线（ Bus），然后在总线上 “挂 ”上需要扩展的芯片，就完成了扩展。对于扩展出来的部件，我们称之为外部器件，比如外部 ROM、外部 RAM等。5.1.1 总线的概念总线 ，就是单片机连接扩展器件的一组公共信号线，按其功能通常把这些总线分为三组，即 地址总线、 数据总线 和 控制总线 。一般地址总线的数量最多，数据总线固定为 8根。1 . 地址总线（ Address Bus，简称 AB）地址总线用于 传送单片机发出的地址信号，以便对号入座地对 ROM、 RAM及 I/O口进行选择，以选中相应的单元（字节），然后才能对它进行操作。地址总线的传输是单向的 ，即只能由单片机向外发出地址信号。地址总线数目 决定着可以直接访问的存储单元的数目，地址线 可扩充的容量1K2K4K8K16K32K64K10根11根12根13根14根15根16根2 . 数据总线（ Data Bus，简称 DB）数据总线 是用于单片机与外部存储器之间或单片机与外部 I/O口之间进行数据传送的一组信号线。单片机系统 数据总线的数目 ，与单片机字长是一致的， 都是 8位 ，所以数据总线也就是 8条。数据总线是双向的 ，既可以由单片机向外部输出数据，也可以由外部向单片机输入数据。3 . 控制总线（ Control Bus，简称 CB）控制总线 是单片机发出的一组控制命令信号线，是单片机决定对外部器件作什么操作的命令线。一般说来， 控制总线是单向的 ，是单片机向外部发出的。5.1.2 总线的构造为了扩展 ROM、 RAM及 I/O口，必须在单片机上构造系统总线，与其他计算机不同，单片机没有提供专门的地址线和数据线，必须借用单片机的 I/O口线，经过改造而形成地址线和数据线 。这就是 构造总线 。1 . 地址总线的构造需要构造的地址总线的数目一般不少于 10条线，要占用单片机的两个 I/O口，即 P0口和 P2口。而 P0口又是对外传送数据的端口，这就需要采用复用技术。先从P0口送出低 8位地址，用一个 锁存器 将低 8位地址锁存起来，并送到地址总线上，然后再由 P2口送出高 8位地址，这就完成了 地址总线的构造 。锁存器是 74LS373（简称 373） ，它是一个含有 8个三态 D触发器的集成电路，它的外围引脚见图 5.1-2。D0D7是输入端，从单片机送出来的低 8位地址就从这里送进去锁存起来 Q0Q7是输出端，低 8位地址就是从这里送上地址总线的 OE 是 373的芯片选中信号输入端 (片选），低电平有效。如果对该线输入高电平，则 Q0Q7为高阻抗，对外是悬空状态。一般在单片机系统电路上把该端接地（ GND）。LE 是锁存控制信号输入端，高电平有效。 LE端为高电平时，就将输送到 D0D7上的低 8位地址锁存进 373；为低电平时 373就保存了原来存入的信息，并送到 Q0Q7上。在单片机系统电路上把该端接单片机的 ALE端口上。构造完成的地址总线见图 5.1-3所示。高位地址不一定需要 8位，这要看我们需要扩展多少而定。如果扩展到 8K外部空间，就只需要 13条地址线，高位地址只要 5条线，即 A8A12， P2.5P2.7还可以作为位线使用。2 . 数据总线的构造数据总线仍然是由 P0口构成，根据单片机工作时序，P0口分时传送低 8位地址和 8位数据。总线形式画出的含地址总线和数据总线的电路图见图 5.1-4所示。在执行 MOVX指令或执行 MOVC指令超过片内范围时，单片机从 P0口送出低 8位地址的同时 ALE端正好出现一个高电平， 373将低 8位地址存入了，过后 ALE降为低电平，低 8位地址也就完整地保存在 74LS373中，并输出到地址总线上， P0口又可以用于传送数据了。 3 . 控制总线的构造单 片机 对扩 展所需要的控制 总线 一般只有三条 线组 成，单片机对外部 ROM的 “读 ”信号，低电平有效。 单片机对外部 RAM的 “写 ”信号，低电平有效。单片机对外部 RAM的 “读 ”信号，低电平有效。 EA为高电平时，对 ROM的访问是从内部开始，地址信息超过了内部的 ROM空间，再发展到外部程序存储器。EA为低电平时，对 ROM的访问仅限定在外部程序存储器。另外，根据系统的需要，利用 I/O口线自定义一些控制线，例如用 P2.7控制数码管显示器的启用。图 5.2 单片机的三总线结构 构造总线是占用了单片机的 I/O口线为代价，尽管 MCS51系列多达 32条 I/O口线，由于系统扩展的需要，能够真正使用的单片机自有的 I/O口已所剩无几了。 5.1.3 扩展的利弊5 . 2 单片机对外部存储器的读 /写控制存储器简介：1. 只读存储器（ ROM）（ 1） 掩模工艺 ROM（ 2） 可一次性编程 ROM（ PROM）（ 3） 紫外线擦除可改写 ROM（ EPROM）（ 4） 电擦除可改写 ROM（ EEPROM或 E2PROM）（ 5） 快擦写 ROM（ flash ROM）掩模工艺 ROM可一次性编程 ROM（ PROM）紫外线擦除可改写 ROM（ EPROM）电擦除可改写 ROM（ EEPROM或 E2PROM）2. 随机存储器 RAM（ 也叫读写存储器）3. （ 1） 双极型 RAM 4. （ 2） 金属氧化物（ MOS） RAM静态 RAM（ SRAM）动态 RAM（ DRAM）集成 RAM（ i RAM）非易失性 RAM（ NVRAM） 存储器的主要性能指标1. 存贮容量2. 存取时间3. 可靠性4. 功耗5.2.1 存储器芯片只读存储器一般是 EPROM芯片，也有用 E2POM的 ；随机存储器芯片采用的是 静态随机存储器 。 1 . EPROM芯片EPROM芯片写入程序是采用专门的 编程器 进行的，是通过电信号写入信息的。需要擦除时，撕开芯片上面的黑胶，打开擦除窗口，采用专用 紫外线灯照射 2030分钟即可擦除干净。一经 擦除 ，芯片内部 信息为全 “1”状态。对单片机使用的 EPROM芯片均采用 27XX系列 ，根据ROM容量的需要，可以分别采用 :2716（ 2K）2732（ 4K）2764（ 8K）27128（ 16K）如果一片不够，可以多 “挂 ”几片同型号芯片。2764:A0、 A1.A12 是输入地址线， 13条地址线，寻址外部 8K的 ROM空间。 数据输出线，数据线只有 8条。 OE 输出允许，低电平有效。 OE 1时，芯片上的 8位数据线全是 “高阻抗状态 ”。 OE 0时，该芯片才允许在D0D7上输出数据。CE 芯片允许（简称：片选），低电平有效。 CE=1端时，该芯片没有被选中，而不论 OE是何种状态，数据线是高阻抗状态。VPP 编程电压接入，不同档次的 27芯片需要接入不同的编程电压，在应用系统板上， VPP只须与电源正极连接。PGM 编程控制端，低电平有效，平时 PGM=1 。写入信息时， 在 VPP端施加编程电压，在 PGM端加上几十毫秒的低电平脉冲，由编程器送到