扩展存储器的设计

外部总线扩展,存储器概述,第章扩展存储器设计,本章内容,SingleChipMicrocomputer,常用扩展存储芯片,编址技术,8.1外部总线扩展片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能部件：内容主要有：(1)外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存储器和外部数据存储器程序存储器(programstorage)在计算机的主存储器中专门用来存放程序、子程序的一个区域。(2)I/O接口部件的扩展。本章介绍MCS51单片机如何扩展外部存储器，I/O接口部件的扩展下一章介绍。,为什么要进行单片机的存储器扩展？,实际应用时，如果单片机内部程序存储器的容量不能满足要求时，就需要在其外部进行存储器的扩展。,程序存储器,程序存储器,内部,外部,(PC),程序存储器资源分布,中断入口地址,内部存储器如果资源不够，如何扩展？需要哪几根控制线呢？,问题：n位地址可以产生的地址的数目为多少个地址单元？可以访问多少个存储单元？,单片机原理及应用,8051,数据存储器,程序存储器,I/O接口,I/O接口,I/O设备,I/O设备,地址总线,数据总线,控制总线,MCS-51单片机扩展及系统结构,地址总线是单向的，从单片机发出。数据总线是双向的。对于一条控制线，其传送方向是单向的。,总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。,地址总线：传出单片机送出的地址信号，进行存储单元和I/O端口的选择。,数据总线：单片机和存储单元以及单片机和I/O端口之间传输数据。,控制总线：一组控制信号线的总称。有单片机发出的，也有从其他部件发向单片机的。,注意,1、单片机扩展的实现（总线构造）,以P0口的8位口线作地址/数据线（复用线）;以P2口的8位口线作高8位地址线。,MCS-51单片机寻址范围为64K，需要16根地址线:,所谓复用：既可作地址线（低8位），又可作数据线。复用技术：增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制实现对地址（低8位）和数据的分离,地址锁存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图(图8-3)。,尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口线。,2、扩展时常用的控制信号,1）ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）。,2）PSEN：扩展程序存储器（外部ROM）读选通信号（低电平有效）。,3）EA：内外程序存储器的选择信号。,4）RD和WR：扩展外部数据存储器（RAM）的读、写选通信号（低电平有效）。,单片机总线扩展结构图,8.2存储器概述,分类,RAM芯片静态RAM（StaticRAM）芯片动态RAM（DynamicRAM）芯片ROM芯片掩模ROMPROM（ProgrammableROM）EPROM（ErasablePROM）UVEPROM（UltravioletPROM）EEPROM（ElectricallyEPROM）,半导体存储器的技术指标,存储容量存取时间恢复时间存取周期可靠性与工作寿命性能/价格比,8.3常用的扩展存储器芯片1.锁存器74LS373带有三态门的8D锁存器,其引脚其内部结构如下图。,引脚说明如下:D7D0:8位数据输入线;Q7Q0:8位数据输出线;G:数据输入锁存选通信号,高电平有效，当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中;OE*:数据输出允许信号，低电平有效。,表8-274ls373功能表,2.74LS138（38译码器）引脚如图8-5，译码功能如表8-3（P179）所示。当译码器的输入为某一个固定编码时，其输出只有某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。,使能控制,图8-5,74LS138译码器真值表,74LS138作译码器的连接,3程序存储器27X系列,扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。27系列产品，包括：2764（8KB8）、27128（16KB8）、27256（32KB8）、27512（64KB8）。“27”后面的数字表示其位存储容量。参数见表8-4（P180）。,A0A15：地址线引脚。数目决定存储容量来定，用来进行单元选择。,D7D0：数据线引脚;CE*：片选输入端OE*：输出允许控制端;PGM*：编程时，加编程脉冲的输入端,Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端Vcc：+5V，芯片的工作电压;GND：数字地。NC：无用端,图72716外引线排列图,CE/PGM,A7,GND,13,12,14,11,15,10,16,9,17,8,18,7,19,6,20,5,21,4,22,3,23,2,24,1,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,VCC,A8,A9,A10,OE,2716,VPP,D7,D6,D5,D4,D3,编程高电压25V,片选/编程控制,271627512系列的EPROM集成片，除了存储容量和编程高电压不同外，其余都基本相同。,电源电压+5V,OE*：输出允许控制端;,扩展一片Intel2764存储器,MCS-51与外部程序存储器的连接采用分时总线方法地址线：P0（低8位），P2口（高8位）数据线：P0口（P0口分时复用，需加锁存器，暂存低8位地址信息）控制线：/EA内部/外部ROM选择信号ALE低8位地址锁存允许信号/PSEN外部ROM读选通信号,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0,P0.7,P0.6,P0.5,P0.4,P0.3,P0.2,P0.1,P0.0,ALE,/PSEN,A12,A11,A10,A9,A8,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,/OE,G,/EA,8031,VCC,VPP,/CE,GND,+5V,74LS373,2764,2764有正常和编程两种工作方式：正常工作方式是指2764在应用系统中的工作方式，分为读出和维持两种工作状态；编程工作方式是指2764芯片写入程序时的工作方式，分为编程、校验和禁止编程3中工作状态。2764不同工作方式下的引脚状态见表8-5。,4数据存储器6X系列,6264逻辑图,6264引脚图,型号：6264前两位数62,表示SRAM后两位648=8k字节容量62128有1288=16k字节容量;62256有2568=32k字节容量,A0Ai：地址输入线，i=10、12、14(6116/6264/62256)；D0D7：三态双向数据线；/CE：片选信号输入线，低电平有效；/WE：读写命令线；/OE：允许输入端，低电平有效。,6264芯片解析,6264的工作方式有5种，其在不同工作方式下的引脚状态见表8-7，。其中读出和写入是有效方式,扩展一片6264存储器,MCS-51与外部数据存储器的连接采用分时总线方法地址线：P0（低8位），P2口（高8位）数据线：P0口（P0口分时复用，需加锁存器，暂存低8位地址信息）控制线：/RD-/OEALE低8位地址锁存允许信号/WR-/WE,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0,P0.7,P0.6,P0.5,P0.4,P0.3,P0.2,P0.1,P0.0,ALE,/RD,A12,A11,A10,A9,A8,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,/OE,G,/EA,8031,VCC,/CE,GND,+5V,74LS373,/WE,/WR,6264,1.线选法剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。2.译码法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。,8.4片外存储器扩展编址技术,直接用系统的高位地址线作RAM芯片的片选信号。例:外扩8KBEPROM（2片2732）4KBRAM（2片6116）,1.线选法,2732:4KBROM，12根地址线A0A11，1根片选线6116:2KBRAM，11根地址线A0A10，1根片选线片选端低电平有效地址范围：2732（1）的地址范围：7000H7FFFH;2732（2）的地址范围:B000HBFFFH;6116（1）的地址范围：E800HEFFFH;6116（2）的地址范围：D800HDFFFH。线选法特点优点：电路简单，不需另外增加硬件电路，体积小，成本低。缺点：可寻址的器件数目受限，地址空间不连续。只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统,线选法,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A7A6A5A4A3A2A1A0：1100000000000000=C000H1101111111111111DFFFH：1010000000000000=A000H1011111111111111BFFFH：01100000000000000111111111111111=6000H7FFFH,2.译码法常用译码器芯片：74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）全译码：全部高位地址线都参加译码；部分译码：仅部分高位地址线参加译码。,译码法编址示例,27640地址范围：0000H1FFFH0000,0000,0000,00000001,1111,1111,1111,27641地址范围：2000H3FFFH0010,0000,0000,00000011,1111,1111,1111,27642地址范围：4000H5FFFH0100,0000,0000,00000101,1111,1111,1111,27647地址范围：E000HFFFFH1110,0000,0000,00001111,1111,1111,1111,.,采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。,例:要扩8片8KB的RAM6264，如何通过74LS138把64KB空间分配给各个芯片？,如果用74LS138把64K空间全部划分为每块4KB，如何划分？,例8-4采用线选法扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM选6264，EPROM选2764。扩展接口电路见下图。,（1）各芯片地址空间分配（2）控制信号及片选信号IC2和IC4占用地址空间为2000H3FFFH共8KB。同理IC1、IC3地址范围4000H5FFFH（P2.6=1、P2.5=0、P2.7=0）。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。例8-5采用译码器法扩展2片8KBEPROM，2片8KBRAM。EPROM选用2764，RAM选用6264。共扩展4片芯片。扩展接口电路见下页