存储器及其与系统的连接.pptVIP

第3章 存储器及其与系统的连接,主讲：王强 兰州大学核学院,第一节 存储器概述,微型计算机中使用的是半导体存储器 可分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM),RAM（Random Access Memory）：它的存储单元的内容可以读出和改写。主要用于存放现场输入/输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息 ROM（Read Only Memory）：只能读，不能随意改写。用于存放程序、表格和常数,RAM从结构上可以分为两种： (1)静态RAM（Static RAM） 每个存储器电路由MOS晶体管构成，其基本结构为一个双稳态触发器。特点：工作稳定，不需要进行刷新；成本高，功耗大 (2)动态RAM（Dynamic RAM） 利用MOS管栅源间的极间电荷存储信息。特点：制造容易，功耗小，成本低，集成度高；但电容上存储的电荷易泄露，需要不断刷新,ROM有三种类型： (1)掩模ROM 由生产厂家利用光刻掩模技术将程序写入，写入后内容永久固定，用户不可更改，可靠性高 (2)可编程ROM（PROM） 常用的有熔断丝PROM，该熔断丝串联在晶体管的某个电极中，用户编程时利用专门的编程器，用大电流将熔丝烧断，从而将信息永久保存下来。一次写入机会 (3)可擦写的可编程ROM（EPROM） 特点：可以反复的写入程序。EPROM有两类：用紫外线擦写的EPROM和用电擦写的E2PROM,存储器芯片的选择 应从几个方面考虑：存储器类型、容量、速度，还有价格、功耗以及对电路的要求 根据应用要求选择存储器类型和容量 如RAM6116容量：4K4 EPROM2732容量：4K8 存储器速度的选择 存储器的速度应该与CPU的工作速度相匹配。对于速度慢的芯片，需要插入等待时间Tw，这样就浪费了大量的主机时间,第二节 常用存储器芯片,一、RAM芯片 1、6264RAM芯片 主要包括512128的存储器矩阵、行列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑电路。地址线13位，其中A12A3用于行地址译码，A2A0和A10用于列地址译码。 6264是容量为8K8的静态RAM芯片，采用CMOS工艺，为双列直插值封装，28支引脚，其中地址线A0A12，+5V电源，额定功耗为220mW，存取时间为200nS,A12A0：地址线，输入，寻址范围为8K。 D7D0：数据线，8位，双向传送数据。 ：片选信号，输入，低电平有效，与 控制线相连 ：写允许信号，输入，低电平有效。 ：数据输出允许信号；输入，与 控制线相连 VCC ：十5V电源。 GND：地 NC ： 表示引脚未用。,2、62256RAM芯片 容量为32K8 28只引脚 地址线A0A14 +5V电源,一、EPROM芯片 分为三类：掩模ROM 、可编程ROM（PROM） 、可擦写的可编程ROM（EPROM、E2PROM）,1、2764EPROM芯片 容量为8K8的EPROM，紫外线编擦除，电编程，双列直插式封装，28只引脚，地址线A0A12，工作电压+5V，编程电压+21V 引脚中 为编程信号线，当 和 均处与低电平是芯片处于编程模式,2、27128EPROM芯片：容量为16K8，地址线A0A13 3、27256EPROM芯片：容量为32K8，地址线A0A14,三、E2PROM芯片 E2PROM的特点是能在不脱离系统的情况下修改其存储单元中的内容。在断电的情况下仍能保持存储单元的内容不变。应用十分广泛。,1、2816E2PROM芯片 容量为2K8 ，电擦除，电编程，既能对单个存储单元进行擦除和重写，也能对整个芯片在10mS内进行擦除。工作电压+5V，编程电压+21V。,2816有3种工作方式： （1）读模式： （2）单字节写模式： 先擦后写，擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，写入时在数据线上输入所需写的字节 （3）芯片擦除模式： 擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，擦出后，所有2K的单元内容均为FFH,2、2817AE2PROM芯片 容量为2K8 ，电擦除，电编程，在擦写操作时无需外加编程电源，使用单一的+5V电源，在执行写操作之前，会自动对写入的单元进行擦除。,芯片内READY引脚： 在擦写期间：低电平 擦写完成后：高电平,第三节 存储器的寻址方法,CPU在和存储器交换信息之前，首先要准确无误地找到所需操作的那个单元，这就是存储器的寻址 需要解决两个问题： 一是，找到操作的存储器芯片，称为片选 二是，找到芯片中的特定单元，称为字选 片选有两种方法：线选法和译码法,一、线选法 字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连 片选：将字选后剩余的系统地址线高位中的某一根直接用作某一存储器芯片的片选信号,例1、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为RAM容量1K8，另一片为EPROM容量为4K8，请编址。 分析： 一般的单片机系统，地址总线为16根，其编号为A0A15 容量为1K8芯片地址线为10根，与系统总线的A0A9相连 容量为4K8芯片地址线为12根，与系统总线的A0A11相连 片选信号由剩余的地址总线的A12A15给出 只有两个芯片，可用A12=1时选RAM，A13=1时选EPROM （芯片的片选信号CE是低电平有效，故每一片选线上均价一非门）,每个芯片的地址范围为： RAM芯片：实际使用系统地址总线11根，占用的地址范围为 0001 0000 0000 0000 0001 0011 1111 1111 即1000H13FFH EPROM芯片：实际使用系统地址总线13根，占用的地址范围为 0010 0000 0000 0000 0010 1111 1111 1111 即2000H2FFFH,例2、某存储器由两个2K8的RAM，还有两个外设（I/O）端口，请编址。 分析： 单片机系统的地址总线为16根，其编号为A0A15 可以把每一个外设端口视为一个存储器单元 RAM容量为2K8芯片地址线为11根，与系统总线的A0A10相连，将A11=1和A12=1分别用作两个RAM的片选信号线 两个外设端口用A13=1和A14=1选择,地址范围为 RAM1：0800H0FFFH， RAM2：1000H17FFH 外设1：2000H 外设2：4000H,线选法特点： 简便易行 每个芯片单独占用一根地址线用作选通，地址空间浪费很大,二、全译码法 字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连，（同前） 片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的全部系统地址总线经地址译码电路译码而产生,例3、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为RAM容量2K8，另一片为EPROM容量为2K8，请全译码编址，要求RAM的起始地址为0000H，且两芯片地址连续。 分析： RAM容量为2K8，地址线为11根，与系统总线的A0A10相连，要求起始地址为0000H，则末地址为07FFH；片选信号由A11A15译码后产生，因在他们全为0时选中该片，即逻辑表达式为 CE=A11+A12+A13+A14+A15 EPROM容量为2K8，地址线为11根，与系统总线的A0A10相连，要求地址与RAM相连，则起始地址为0800H，则末地址为0FFFH；片选信号由A11A15译码后产生当A15A14A13A12A11=00001时选中该片，即逻辑表达式为 CE= +A12+A13+A14+A15,例4、一单片机系统有一容量为8K8的EPROM，其起始地址为2000H，以外设端口的地址为4F08H，请编址。 分析： RAM容量为8K8，地址线为13根，与系统总线的A0A12相连，寻址范围：2000H3FFFH；片选信号由A13A15译码后产生，且 A15A14A13=001时选中，即逻辑表达式为 外设端口有A0A15 译码产生，地址号为4F08H，所以A15A0=0100 1111 0000 1000时选中，即逻辑表达式为,全译码的特点： 地址不重复，避免了地址空间浪费 电路复杂,三、部分译码法 字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连，（同前） 片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的部分系统地址总线经地址译码电路译码而产生 克服了前面两种片选方法的缺点,例5、某系统有三个容量为2K8的EPROM芯片和两个外设端口，请编址，其起始地址为0000H，地址号连续。 分析： EPROM容量为2K8，地址线为11根，与系统总线的A0A10相连，片选信号由A11A13三根线译码后产生： EPROM1：地址0000H0FFFH，A13A12A11=000 EPROM2：地址1000H1FFFH，A13A12A11=001 EPROM3：地址2000H2FFFH，A13A12A11=010 外设端口1：地址号为1800H，A13A12A11=011 外设端口2：地址号为2000H，A13A12A11=100,说明： 在实际应用中，一般利用译码器（如三-八译码器74LS138）对存储器编址。,第四节 存储器与系统的连接,上一节介绍的是原理与概念。 在实际应用中，存储器与系统连接时，用译码器和锁存器及驱动器等集成电路芯片辅助完成,一、74LS138译码器 3-8译码器有8个输出，它可以完成8片存储器芯片的统一译码，效率很高 3-8译码器的输出端为低电平有效；使能端有G1、G2A和G2B组成，仅当G1G2AG2B=100时使能,在使能情况下， CBA=000时Y0=0（有效），其他都为高电平 CBA=001时Y1=0（有效），其他都为高电平 ,二、74LS139译码器 又称为双2-4线译码器，它包括两个独立的译码器。 每个译码器有一个使能端G和两个输入端A、B和四个输出端，当使能端G=0低电平时使能。,在使能情况下， BA=00时Y0=0（有效） BA=01时Y1=0（有效） ,三、74LS373锁存器 具有8个锁存器的芯片。有1个使能端G、1个输出控制端(E)、8个输入D，8个输出Q。有称透明的D型锁存器。 G=1时，输出端Q随输入D的变化而变化，锁存功能体现在G=0时，Q短的输出将所存在已建立的电平状态。,五、常用的驱动器74LS240/244 74LS240 为8线反码驱动器，三态输出 74LS244 为8线原码驱动器，三态输出,这两种8线驱动器芯片可用作总线驱动器及时钟驱动器，具有扇出高，扇入好的他点,四、最简单的存储器与单片机的连接 下图为8098单片机与一块存储器的连接图。P3口用作地址/数据复用总线，用一片74LS373分立数据和地址。 地址锁存允许信号ALE=1 时，地址代码进入锁存器，而后ALE=0，地址便被锁存在输出端，与P4口送出的高8位地址组成16位地址代码，之后P3口传送数据。,说明： (1) 地址总线：P4口接存储器高8位，P3口经锁存器后接低8位 (2) 数据总线：P3口与存储器的数据线对应相连 (3) 控制线： (EA)：对于8098，必须接地，访问外存储器 ALE：地址锁存允许信号(高电平)，接锁存器的使能端G (RD)：读信号，对RAM和EPROM都可用，与存储器芯片的输出允许端(OE)相连 (WR)：谢信号，只与RAM有操作，与RAM的(WE)相连,例6、设8098单片机与一片2764EPROM芯片相连，试连图 2764 是容量为8K8 的EPROM，13根地址线，连接如下,说明： (1) 由于是EPROM，只有读操作，没有写，(RD)与(OE) 相连；不必用(WR)信号 (2) 只由一个芯片，无需片选，因而使EPROM的片选信号接地，则芯片一直处于选中状态 (3) 无需片选，所以系统总线的P4.5P4.7无需连接 (4) 锁存器的输出Q0Q7及单片机P4口的P4.0P4.4与2764的地址线A0A12相连，则EPROM的地址范围为 0000H1FFFH,四、多个存储器的单片机系统 例7、8098单片机需外接8K的RAM和16K的EPROM，RAM用6264芯片（8K8 ），EPROM用2764芯片（8K8 ），要求RAM芯片的起始地址为0000H，且三块芯片的地址空间连续，另外系统中还有两个外设端口，试设计这一系统。 解： 为使存储器空间连续，且未进一步扩展留有余地，使用74LS138来产生片选信号，地址范围为： 6264芯片：0000H1FFFH，片选信号由A15A13产生，A15A14A13=000 2764芯