大学单片机及接口课程 第5章-存储器.ppt

第5章：半导体存储器,本章基本要求：1、存储器基本概念2、RAM、ROM存储器工作原理-3、51单片机系统外部存储器的连接*,概述,存储器是计算机的主要组成部分，它使计算机具有记忆功能。能将数据和程序存入计算机，使之脱离人的干预自动工作。,70年代的存储器大多采用磁芯存储器，其速度比CPU慢几个数量级。且体积大，成本高。无论是体积上还是成本上，都是计算机的主要组成部分。,计算机工作者在存储器的速度、体积、成本和容量上做了大量工作，解决了很多矛盾，成功地研制出今天的半导体存储器。,单极性MOS存储器分类,双极性存储器有TTL、ECL,MOS存储器按工作特点、作用以及制造工艺可分为：,MOS存储器,RAM,ROM,动态DRAM,静态SRAM,RandomAccessMemory,掩膜ROMReadOnlyMemory,现场可编程PROMProgrammableROM,可擦可编程EPROMErasablePROM,电可擦可编程E2ROMElectricallyEPROM,闪速存储器FlashMemory,AT89C51/52,AT89C1051/2051,易失,非易失,程序存储器,数据存储器,MCS-15存储器系统配置,一、程序存储器,MCS-51最小系统,MCS-51最大系统：可寻址64KB单元,容量不够时就要扩展片外程序存储器,二、数据存储器,MCS-51最小系统,MCS-51最大系统：可寻址64KB单元,容量不够时就要扩展片外数据存储器RAM（I/O）,系统的扩展设计:,存储器,I/O接口,5.1半导体存储器基础,5.1.1存储器的分类,5.1.1存储器的分类1.RAM读/写存储器SRAM静态随机读/写存储器DRAM动态随机读/写存储器2.ROM掩模ROM出厂时程序已经写入，不能修改。PROM可编程只读存储器EPROM可擦写PROM3.新型存储器OTPROM一次可编程只读存储器FLASH存储器快擦写存储器FRAM非易失性铁电存储器,5.1半导体存储器基础,5.1.2存储器的技术指标1、存储容量：是指存储器能够存储信息的容量。可以表示为：存储容量=字数字长2、最大存取时间：是指CPU从存储器里读或写一个数据所需要的最大时间。3、存储器功耗4、可靠性和工作寿命5、集成度,5.1半导体存储器基础,5.1.3存储器的结构可以分为单译码和双译码编址存储器两类。注意：存储器引脚的种类。存储器容量与引脚的关系。存储器操作的概念：地址信号、地址译码、数据输入与输出信号。存储器读写操作过程。,5.1半导体存储器基础,1、单译码编址存储器如图：注意地址译码器、存储器阵列。,5.1半导体存储器基础,2、双译码编址存储器如图：注意它的译码与选中单元的过程。,5.2只读存储器ROM,特点：存放的信息是固定的，不会随停电而丢失。在使用过程中，其信息只可以读取，不可以改写。常用的ROM种类有：1、掩模ROM，由制造厂家写入信息。2、PROM，由用户一次性写入信息。3、EPROM，多次可改写ROM，可由用户使用紫外线灯擦除再次写入信息。4、EEPROM，可用电脉冲擦除，并再次由用户写入信息。,5.2只读存储器ROM,ROM应用举例：以2764为例。1、内部结构：如下图。2、引脚分类和功能。强调：CE的作用。,常用的EPROM芯片为：,地址输入线A0Ai,三态数据线D0D7,片选线,读出选通线,编程脉冲输入线,编程电源线,工作电源线,2764、27128、27256、27512等,地线,8K8,16K8,32K8,64K8,A0Ai：地址输入线，i=1215,Q0Q7：三态数据线，读或编程校验时为数据输出线，,编程时为数据输入线。维持或禁止时，呈高阻态,VPP：编程电源线，其值因芯片型号和制造商而异,VCC：电源线，接+5V,GND:接地线,常用D0D7表示,常用EPROM芯片的技术指标：,nS,mA,mA,EPROM的操作方式有：,EPROM写入器,读001VCC5vDOUT,禁止输出011VCC5v高阻,维持1VCC5v高阻,编程010*DIN,编程校验001*DOUT,编程禁止1*高阻,2764A和27128A的操作方式,5.3随即存取存储器RAM,1、特点：存储单元的内容可在操作中随时读写操作，其信息会随停电而丢失。常用的RAM有：动态和静态两类。2、RAM举例：以6264为例。下图为其内部结构。,5.3随即存取存储器RAM,6264引脚说明：注意CS的作用。,常用数据存储器芯片,常用的静态RAM芯片为：,地址输入线,双向三态数据线,片选线,读出选通线,写允许信号输入线,电源线,静态RAM芯片,6116、6264、62128、62256等,2KB,8KB,16KB,32KB,地线,11根,13根,14根,15根,上页,下页,回目录,常用静态RAM芯片的技术指标：,6116/6264/62128/62256操作方式,读001输出DOUT,维持1高阻三态,写010输入DIN,5.451单片机与外部存储器的连接,5.4.151外扩存储器应注意的问题这些问题也是连接外部存储器时应很好掌握的重要概念。选取合适的存储器芯片：芯片的存储性质、芯片的容量、芯片的工作速度等。存储器空间地址的分配：确定各类芯片在存储空间占用的存储地址。确定芯片译码方式：片内译码、芯片译码。全译码方式、部分译码方式、线选译码方式。存储器与单片机连线的种类及要求，重点是三总线的结构。,MCS-51系统扩展功能,进行系统扩展时，单片机的引脚可构成三总线结构,1、片外三总线结构,A0A7,D0D7,I/O,控制总线CB,数据总线DB,地址总线AB,上页,下页,回目录,RAM,I/O,ROM,CBUS,DBUS,ABUS,CBUS：控制总线，方向不确定DBUS：数据总线，双向三态ABUS：地址总线，单向三态,利用三总线可方便的进行系统的扩展设计:,地址总线AB（A0A15）宽16位片外寻址64KB,数据总线DB（D0D7）宽8位,控制总线CB,系统扩展用的控制总线有：,数据总线由P0口提供，该口为三态双向口。,2、总线驱动能力,单向总线驱动器74LS244,双向总线驱动器74LS245,当应用系统规模过大，超过总线的驱动能力时，,系统不可能可靠工作，此时应加总线驱动器。,3、常用的地址锁存器,常用的8位地址锁存器有：74LS373、74LS273、8282,74LS373是一种输出带有三态门的8D锁存器,74LS373结构原理图,输入控制端,输出允许端,引脚图,ALE,电路连接图,74LS373,74LS373的功能表,01直通（Qi=Di）,00保持（Qi保持不变）,1输出高阻,工作原理：,输入控制端G,“1”输出和输入端数据相同,“0”（1D8D）数据锁入（1Q8Q）,“1”三态门输出呈高阻,三态门开放,其输出为锁存器,的输出,“0”,4、常用的地址译码器,8个输出端,3个选择输入端,3个允许输入端,74LS138译码器真值表,禁止,允许,1个允许输入端,2个选择输入端,4个输出端,74LS139译码器真值表,5.451单片机与外部存储器的连接,使用三总线进行扩展,5.451单片机与外部存储器的连接,几个重要概念及地址译码方式分清地址线：片内地址线、片选地址线；片内地址线的接法：直接与系统的地址线相连。片选地址线的接法：可用全译码方式、部分译码方式连接。用地址译码电路产生芯片的选通信号。通常这种选通信号采用集成译码电路产生。,5.4.2程序存储器扩展设计,一、外部程序存储器操作时序,MCS-51单片机访问外部ROM，使用的控制信号为：,操作时序的两种情况：,不执行MOVX指令时,执行MOVX指令时,外部程序存储器操作时序（a）,（a）不执行MOVX指令时,由图可见：,P2口用于送出PCH信息,P0口用于送出PCL信息和输入指令,一个周期内，ALE脉冲两次有效。,一个周期内，PSEN脉冲两次有效。,外部程序存储器操作时序（b）,（b）执行MOVX指令时,RD,WR,由图可见：,P0复用口地址/数据,数据,地址,数据指令,PCDPTR,三、程序存储器扩展设计,程序存储器设计要点：,选择片选信号,1、线地址译码法扩展16KBEPROM,=0,=0,=1,1、线地址译码法扩展16KBEPROM,000000000000000,011111111111111,基本地址范围：0000H3FFFH,重叠地址范围：4000H7FFFH,结构特点：,地址范围：,27128,8031,A0A7,D0D7,片选0,片选1,片选2,0000H1FFFH,2000H3FFFH,4000H5FFFH,2、部分地址译码法扩展24KBEPROM,2、部分地址译码法扩展24KBEPROM,片,片,片,地址范围：,结构特点：,A0A7,D0D7,片选0,片选1,片选7,0000H1FFFH,2000H3FFFH,E000HFFFFH,3、全地址译码法扩展64KBEPROM,D0D7,A0A12,A0A7,图5-1外部程序存储器操作时序（a）,2、全地址译码法扩展64KBEPROM,片,片,片,所有地址都参加译码选择芯片，叫作全地址译码,地址范围：,74LS138CBA,A15A14A13,A15A14A13,5.451单片机与外部存储器的连接,51单片机与外部EPROM的连接单片机与两片2764相连，如下图。写出各片2764的地址空间。（0000H-1FFFH，2000H-3FFFH）,5.4.3数据存储器扩展设计,一、外部数据存储器操作时序,可寻址256B外部数据存储器,可寻址64KB外部数据存储器,访问外部RAM用专门指令MOVX，共4条,MOVXA，Ri,MOVXRi，A,MOVXA，DPTR,MOVXDPTR，A,外部数据存储器读时序（a）,DPL(Ri),DPH,A,外部数据存储器写时序（b）,DPL(Ri),DPH,（A）,由图可见：,S1P2读到的指令为MOVX指令（单字节双周期指令）,在S2P1下一个ALE到来时，通过P0口、P2口送出要访问的片外RAM的地址,1、MCS-51扩展2KBRAM,00000000000,11111111111,结构特点：,地址范围：,00000000001,0000H,0001H,07FFH,6116,8031,二、数据存储器扩展设计,1、MCS-51扩展2KBRAM,A0A7,D0D7,0000H7FFFH,0000H7FFFH,2、8031扩展32KBEPROM和32KBRAM,基本地址范围：0000H7FFFH,2、8031扩展32KBEPROM和32KBRAM,结构特点：,地址范围：,A0A7,D0D7,3、程序存储器空间和数据存储器空间的合并,8000HFFFFH,0000H7FFFH,结构特点：,地址范围：,3、程序存储器空间和数据存储器空间的合并,27256地址,62256地址,A15,5.451单片机与外部存储器的连接,51单片机与外部RAM的连接采用三总线的连接；注意芯片的片选地址。,（4000H-5FFFH）,5.451单片机与外部存储器的连接,例题：连接三片8K*8RAM和ROM构成外扩存储空间。要