《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DB0n2、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：15141312111098765432101514131211109876543210：11000000000000001101111111111111=C000HDFFFH：10100000000000001011111111111111=A000HBFFFH：01100000000000000111111111111111=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5.574LS138,3-8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：15141312111098765432101514131211109876543210：00000000000000000001111111111111=0000H1FFFH：00100000000000000011111111111111=2000H3FFFH：01000000000000000101111111111111=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：Intel2716(2KB=2K8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。,EPROM2716,表5-32716工作方式,8031/8032扩展2KBEPROMIntel2716（总线形式）,最低地址：8000H；最高地址：87FFH。地址范围：8000H87FFH。,EEPROM2816、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：Intel6116(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2KBRAMIntel6116。,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8KBEPROM2764和8KBRAM6264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。,构造系统总