单片机与存储器接口电路设计

1、目录1、 课程设计目的 .22、课程设计内容和要求2.1、设计内容 .22.2、设计要求 .23、设计方案 .23.1、设计思路 23、1、1外部存储器的扩展 .23、1、2 静态 RAI6264 扩展 33、1、3地址空间的分配 33.2、 工作原理及硬件框图 .6.73、2、1单片机系统的工作原理 63、2、2、6264芯片引脚和内部结构3、2、3、74LS373引脚图内部结构原理图和电路连接图3、2、4、74IS138 芯片功能 : 103.3、硬件电路原理图 113.4、PCB版图设计 124、课程设计总结.125、参考文献 131、设计目的1、1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程

2、；1、2、学习简单电路系统设计，掌握 Protel99的使用方法；1、3、掌握单片机、存储器的应用；1、4、学习掌握硬件电路设计的全过程。2、课程设计内容和要求2、1、设计内容对8051单片机实现外扩16KB RAM采用两片6264作外扩RAM2、2、设计要求2、2、1、学习掌握单片机及静态存储器 SRAM勺工作原理及应用;2、2、2、熟练掌握应用Protel99设计原理图及制作PCB图的过程;2、2、3、整理设计内容，编写设计说明书。3、设计方案3、1设计思路3、1、1、外部存储器的扩展外部数据存储器的扩展方法及时序扩展外部RAM电路原理图一个机器周期1 i 21 31 4 丄 5161 i

3、 S 1 9 1 10 1 11 1 121；心 _rinnnrLrLrLrLrLrLrLrLrLn ALEPSENRDP2乂A8 A15*DOD7 AOA7 三态卩X'数据输入 X读外部数据RAM时序-个机器隔期r/2PSEN WR A/扩展62641*态RAM写外部数据RAM寸序3、1、2、静态 RAM 6264扩展6264是8KX 8位的静态随机存储器芯片，它采用 CMOS：艺制造，单一 +5V供电，额定功 耗200mW，典型存取时间200ns。单片机在访问§264时，可以.采用咲下指令;MOVX DPTR, AA中内容传至外部RAM或 MOVX A, DPTR外部RA

4、制內容读至A中3、1、3、地址空间的分配地址空间的分配，实际是16位地址线的具体安排与分配，是应用系统统硬件设计中至关 重要的一个问题。它与外部扩展的存储器容量及数量、功能接口芯片部件的数量等等有关， 必须综合考虑，合理分配。在外部扩展多片存储和功能部件接口芯片时，主机通过地址总线发出的地址是用来选择 某一个存储单元或某一个功能部件接口芯片（或芯片中的某一个寄存器）的。要完成这一功 能，必须进行两种选择：一是必须选择出指定的芯片（称之为片选）；二是必须选择出该芯 片的某一个存储单元。第二种选择由地址总线来完成，现在讨论第一种选择，即选中该芯片。 通常有两种片选的方法：线选法和译码法。线选法线选

5、法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址 线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。一定会有一些这样的地址 线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适 用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。 缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。例如，单片机外扩二块6264RAM 6264只有13根地址线，还有三根是多余的，这三根线就可以用来作为片选使用，将其中的 A13接第一片6264的，而A14接第二片6264的，可以 分析一下两块芯片的地址。由于芯片规定，端为0芯

6、片就能被选中，所以第一片芯片的地址可以是A15 A14 A13 A12 A01 1 0 XX其中X是接于6264芯片的地址引脚上的值，可以是0也可以是1,因此，这一块芯片的地址 就是从 1100 0000 0000 00001101 1111 1111 1111 ，也就是 C000HDFF这一段空间，而第 二块芯片的地址则可以是A15 A14 A13 A12 A01 0 1 XX即这一块芯片的地址可以是1010 0000 0000 00001011 1111 1111 1111，也就是 A000H-BFFFH第一块芯片的地址也可以是从C000H-DFFFHA15 A14 A13 A12 A00

7、 1 0 XX如果用 0100 0000 0000 00000101 1111 1111 1111 即4000H-5FFFH来访问第一块 6264也 是可以的，而第二块6264也可以用2000H-3FFF来访问，也说是说一个芯片有多个地址与其相 对应。那么如果把第一块芯片的地址这样定：A15 A14 A13 A12 A01 0 0 XX如果只有一块芯片，这也是没有问题的，但这里有两块芯片，如果A13为0的同时A14也为0,则必然会在选中第一块芯片时，也选中第二块芯片，这就会造成冲突，也就是说如果这样 定地址的话，就人为造成了同时选中两块芯片的情况，这是不允许的。从上面的分析中可以看出，线选法会

8、使得一块芯片拥有多组地址，这实际上意味着这些 地址空间被浪费掉了，不能够使用了。以上面例子而言，只有3根(A13 A14 A15)地址线可以用于片选，所以只能扩展3片6264芯片，也就是只能够扩展到3*8=24K勺RA空间，采用这 种芯片就没有办法扩展更多的RAMTo译码法由于线选法中一根高位地址线只能选通一个部件，每个部件占用了很多重复的地址空间，从 而限制了外部扩展部件的数量。采用译码法的目的是减少各部件所占用的地址空间，以增加 扩展部件的数量。译码法必须要采用译码芯片，常用的译码芯片有74LS138 74LS139等o 3、2、4、中介绍了 74LS138的工作原理。在上面的例子中，系统

9、扩展了两片 6264芯片，共用去地址线13根，还有3根地址 线没有用，如果用译码法，就可以把这三根地址线分别接到 74LS138的译码端，如将A15接 A端，A14接B端，A13接C端，然后用译码器的输出端接 6264的片选端，例如用丫0接到第一片6264,而用丫5接到第二片6264o由于系统中只有一块74LS138,所以把G1接+5V, -、'-;则接地以选中该块芯片。下面分析一下这样这法这两片 6264的地址范围要选中第一片6264,就是要求丫0为0,查一下表，当丫0是0时，要求A、B C均为0,因此， 可以写出第一片6264的地址范围是：A B CA15 A14 A13 A12

10、A00 0 0 XX即从 0000 0000 0000 0000B0001 1111 1111 1111B，也就是 0000H1FFFFH 第二片 6264 的片先端是接的Y5,逆查表格可以看到，要丫5等于0,就是要求A=1、B=0 C=1,同样可以写 出第二片的地址范围是：A B CA15 A14 A13 A12 A01 0 1 XX即第二片的地址范围是 1010 0000 0000 00001011 1111 1111 1111，也就是 A000HBFFFH由于一块74LS138有8个输出端，这里只用了两个，所以还可以再接 6个，因此，采用这种 方法可以扩展的地址空间是8KX 8=64K,

11、即能够利用全部的64K空间。如果所用的芯片是2K的，如6116,那么就只需要用到11根地址线，也就是有5根高位 的地址线是空余的，这时再用 74LS138进行扩展也会出现地址重叠的现象，比如，将 A13, A12和A11接到一片74LS138的A, B, C三个输入端，那么第一个输出 Y0对应的地址就可以 是：A B CA15 A14 A13 A12 A11 A10 A01 1 0 0 0 XX即地址范围是 1100 0000 0000 00001100 0111 1111 1111 ，也就是 C000HC7FRH很容易想到，并非一定要规定A15 A14是 1,也可以是0,所以实际上YC对应的

12、有四段地址， 分别是 0000 0000 0000 00000000 0111 1111 1111 (0000H07FFH、0100 0000 0000 00000100 0111 1111 1111 (4000H47FFH、8000H87FF和 C000HC7FRH同样，其余的每一个输出端也会对应4段地址，事实上，由于一片74LS138只有8个输出端， 而每一个输出端接的是一片2K的芯片，所以用一片74LS138芯片只能译出2KX 8即16K的地址。在用一片74LS138不能译出所有的地址的情况下，可以使用多块 74LS138进行译码，利用 该芯片的片选端进行控制，例如在这个系统中可以扩展两

13、块 74LS138芯片，把A15 (P2.7)接 第一块74LS138的G1端，把 A14 (P2.6 )接第二块74LS138的 G1端，这样一共就有16个输出端(8X 2),作为练习，可以自己写出这16个输出端所对应的地址段。需要说明的是，如果实际的系统中并不需要扩展很多芯片，那么就没有必要把所有的码都译 出来重叠就重叠吧。3、2、工作原理及硬件框图3、2、1、单片机系统的工作原理单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚1. 电源：VCC -芯片电源，接+5V;VSS -接地端;2时钟:XTAL1、XTAL2 -晶体振荡电路反相输入端和输出端3.控制线:控制线共有4根

14、,ALE/PROG地址锁存允许/片内EPRO编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0 口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPRO的芯片，在EPROMg程期间，此引脚输入编程脉冲PSEN:外 ROM读选通信号。RST/VPD:复位/备用电源。 RST (Reset)功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPRO编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPRO的芯片，在EPRO编程期间，施加编程电源 Vppo4. I/O 线80C51共有4个8位并行I/O端口： P0 P1、P2、P3 口，共32个引脚。P3 口还

15、具有第 二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。fl.O n.i t Cfl c Fl.l F1.2 Pl.3 Fl.4n 5 Fl.fe Pl.7Ksr/vtu RXE/F3 0 TKB/P3. 1 iHro/P2.S iBtT/P3.3 T0/P3. 4 T1/F3. 5 岡一 /F3,7 HAL1 TAL2 y55 4240 他535B）35?348339 80C513210311130121&弱172413需19222021Vcci?n <ITccFO.OFO. 1P0.2Ft.3PO 5PO 6PC.7

16、WVfp AEE/PLOOPSJHK.7P2 6 ?：.S.4F2.2F2 1P£ 0口 口 口pors戏la址j 地鑼Ia越簷 艰鳴口51单片机引脚图及引脚功能3、2、2、6264芯片引脚和内部结构6264是一种8KX8的静态存储器，其内部组成如图（a）所示，主要包括512X128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。在存储器读周期，选中单元的8位数据经列I/O控制电路输出；在存储器写周期，外部8位数据经输入数据控制电路和列I / O控制电 路，写入到所选中的单元中。6264有28个引

17、脚，如图（b）所示，采用双列直插式结构，使 用单一+ 5V电源。其引脚功能如下：A9AlDnCEOEWE512X)6X8列P0NC Ai2扣一Ah As和一挖一A;Ai Ao Di Di-GXD122S227326425524&23?62M22S21920IC191118121713161415Vcc -WE -NC -As An Ah-0EAjo-CED；-d6 D? 功 D；6264的内部结构图及引脚图6264芯片1、6264的特性及引脚信号采用CMOS工艺制造6264的容量为8KB,是28引脚双列直插式芯片,A12A0( address in puts):地址线，可寻址8KB的存

18、储空间。D7D0 ( data bus ):数据线，双向，三态。-(output enable)：读出允许信号，输入，低电平有效。I (write enable ):写允许信号，输入，低电平有效。- (chip enable ):片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平CE2( chip enable ):片选信号2,输入，在读/写方式时为高电平VCC +5V工作电压。GND信号地。丫，CE2的共同作用决定2、6264的操作方式6264的操作方式由 <,"I 写入：当；和三为低电平，且 二和CE2为高电平时，数据输入缓冲器打开，数 据由数据线D7DO写入被选中的存储单元。 读出

19、：当；和二为低电平，且 三和CE2为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中单元的数据送到数据线D7DO上。 保持：当：为高电平，CE2为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线 呈现高阻状态。3、2、3、74LS373引脚图内部结构原理图和电路连接图单片机系统中常用的地址锁存器芯片 74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器，其引脚图 与结构原理图、电路连接图如下：h '41<74LS373引脚图内部结构原理图电路连接图>EG功能00直通Qi = Di01保持(Qi保持不变)1X输出高阻V74LS373功能表E G D QL H H HL H L LL L X Q上表是74

20、LS373的真值表，表中：L 低电平；H 高电平；X不定态；Q0建立稳态前 Q的电平；G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中0 使能端，接地。当G=“ 1”时，74LS373输出端1Q-8Q与输入端1D 8D相同；当G为下降沿时，将输入数据锁存。3、2、4、74IS138 芯片功能74LS138为3线8线译码器，式，其工作原理如下：当一个选通端(G1为高电平，另两个选通端(/(G2A)和/(G2B)为 低电平时，可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反 相器还可级联扩展成32线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。封装，引脚图(PDIP, SOICTOP VIEWC网(YT)网网(Y4网网 叱Y0Y1Y2Y3Y4Y5