存储器系统设计

1、第5章 存储器系统设计,5.1 MCS-51存储器系统配置 5.2 程序存储器扩展设计 5.3 数据存储器扩展设计,AT89S51单片机内部功能模块,8051的存储器结构 8051的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制信号和功能。 8051的存储器在物理结构上分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器4个存储空间。但从用户使用的角度看，8051的存储器分为3个逻辑空间。,5.1 MCS-51 存储器系统配置,5.1.1 程序存贮器 8031单片机，程序存贮器需外接，一般用EPROM/Flash芯片，且引脚 接

2、地。地址范围：0000HFFFFH，64KB 89C51单片机，内部有4KB Flash存贮器，地址为0000H0FFFH,引脚 接VCC。外部可扩展60KB：地址为1000HFFFFH 5.1.2 数据存贮器 RAM 51系列：片内128 字节RAM:地址 00H7FH; 地址80HFFH，为专用寄存器SFR(20个)。一般情况下，此128字节RAM已够用。若不够可外接RAM芯片，按地址总线的寻址范围0000HFFFFH，最大可64KB。,片内外统一寻址的64KB程序存储器空间，地址范围为0000HFFFFH。 64KB的片外数据存储器空间，地址范围也为0000HFFFFH。 256B的片内

3、数据存储器空间，地址范围为00HFFH。,5.1.3 MCS-51系统扩展功能 单片机三总线结构,当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时, 需要进行扩展,将单片机的外部连线变为一般的微机3总线结构形式。对于MCS-51系列单片机, 其3总线由下列通道口的引线组成: (1)地址总线AB: 由P2口提供高8位地址线, 此口具有输出锁存的功能。P0口提供低8位地址, 由ALE信号指示。 (2)数据总线DB: 由P0口提供。 (3)控制总线: 扩展系统时常用的控制信号为: ALE地址锁存信号, 用以实现对低8位地址的锁存。 程序存储器取指信号 (或执行MOVC A,A+PC/DPTR时) 片外数据存

4、储器读信号 (执行MOVX A,Ri/DPTR时) 片外数据存储器写信号 (执行MOVX Ri/DPTR,A时),系统扩展的内容： 1. 外部程序存储器的扩展； 2. 外部数据存储器的扩展； 3. I/O接口的扩展； 4. 其他专用功能部件的扩展。,MCS-51单片机内部虽然集成了储存器、I/O口、定时器/计数器等硬件资源，但它们的容量比较小，资源有限。为了满足各种复杂的应用系统的要求，常常需要单片机外部扩展存储器和各种功能的器件。,5.2程序存贮器扩展设计,8031是片内无程序存储器的单片机芯片，因此，8031的最小应用系统应在片外扩展EPROM。,当程序量超过单片机的片内程序存储器时，将采

5、用片外扩展程序存储器，通常采用EPROM、E2PROM、Flash 存储器等芯片。,5.2程序存贮器扩展设计,一、程序存储器扩展的基本方法 1.地址线的连接 P0口(P0.0P0.7) 经锁存器接存储器低8位地址线(A0A7) 。 P2口(P2.0P2.7)与存储器高8位地址线(A8A15)相连接. 2.数据线的连接 P0口与存储器的8位数据线（D0D7）相连接。 3.控制线的连接 /PSEN接存储器的允许输出信号/OE ALE 接地址锁存器锁存信号G。 4.片选信号的连接与地址译码 当芯片的三组总线连接完后，将地址总线剩下的高位地址线作为片选信号，一般片选信号的产生有三种方法即：线选法、部分

6、译码法、全译码法等。,5.2程序存贮器扩展设计,5.2.1 外部程序存贮器操作时序,5.2.2 常用芯片介绍 1.常用的EPROM 用得较多的是2764 (8K8位) 或27128(16K 8位)芯片。 为28Pin双列直插式封装。 A12A0: 13位地址线。 D7D0: 8位数据线。 : 片选信号, 低电平有效。 :输出允许信号,低电平有效 VPP: 编程电源，编程时加12V; 使用时, 加+5 V。 NC为空脚/27128为A13。,2764,27128,2764/27128的功能表 *27128的引脚与2764兼容，仅Pin26(NC)为地址线A13 *擦除: 用紫外线照射10分钟左右

7、后，每个单元均为FFH *编程(即代码的写入)：需专门的编程器,D7D0 0 0 输出(由A12/A13A0的编码所确定的单元) 1 X 高阻状态,2. 常用的地址锁存器 P0口是数据/地址低8位的复用口，分时工作。利用ALE信号，用D锁存器可将地址分离出来，常用的是：74LS3738D锁存器。,74LS373用作地址锁存器的接法,3.常用的地址译码器 74LS(HC、F)138: 38译码器， 74LS139：双 2 4译码器。 (1)引脚图,译码器引脚图,74LS138: 为控制端，A、B、C为输入端, Y0Y7为 输出端，低有效。当 1 0 0 时才能进行译码输出， 否则8个输出端Y0Y

8、7全为1。 译码输入端与输出端之间的译码关系见表5-6(P.158),G1, ,G1, ,74LS139: 一个芯片上有2个独立的24译码器。译码器的控制端G为低电平时才能进行译码输出， 否则其4个输出端Y0Y3全为1。,5.2.3程序存贮器扩展设计 存储器扩展的核心问题是存储器的编址。所谓编址就是给存储单元分配地址。由于存储器可由多片芯片组成, 因此存储器的编址分为两个层次: 即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择。,要点：存储器芯片的地址线与单片机的对应地址线相接，存储器芯片的数据线与单片机对应的数据线相接，存储器芯片的 端接单片机的 。 余下的是片选端 怎样接，即地址译码问题：

9、 1. 线选法 直接将系统地址线作为存储器芯片的片选信号, 即把剩余的高位地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可。 2. 译码法 使用地址译码器对系统剩余的高位地址线进行译码, 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号。 译码法又分为完全译码和部分译码两种。 (1) 完全译码：地址译码器使用了剩余的全部高位地址线，1个存 储单元只占用1个唯一的地址。 (2) 部分译码：地址译码器使用了剩余的部分高位地址线，1个存储单元可占用了几个地址。 下面用例子进行说明。,1典型EPROM扩展电路 Intel的通用EPROM不同型号芯片由于其管脚有一定的兼容性，它们在单片机系统扩展中常常被采用。 EPROM扩展

10、的典型产品有：2716（2KB）、2732（4KB)、2764 （8KB） 、27128 （16KB）、27256（32KB)、27512(64KB），它们的主要差别只是地址线的增减。,程序存储器扩展实例分析,EPROM管脚功能：,1） A0A15 地址线。2764（A0A12），27128（A0A13），27256（A0A14）； 2）CE 芯片使能信号 3）OE/ VPP 输出使能信号/编程电压 4） PGM 编程脉冲输入端 5）O0O7 数据线,例1：用一片27128扩展的16K字节单片机程序存储器。 扩展一片程序存储器时，片选信号CS可直接接地，也可接A14或A15，既采用线选法。,一

11、旦片选确定则存储单元的地址信号就确定了,线选法时存储器的地址不是唯一的,27128的A0A13 接地址总线A0A13 OE 接 PSEN O0O7 接 D0 D7,地址锁存器的 G ALE OC 直接接地,由于EPROM没有加密功能，不利于应用软件的保密。为了用户的应用程序不被他人拷贝，可采用带有片内程序存储器的单片机芯片。,采用线选法时，存储器的地址不是唯一的，存在地址重叠现象。,27128的地址范围: 0000H3FFFH或4000H7FFFH 因为P2.6(A14)未用,其状态为“0”或为“1”均可。,确定27128芯片的地址范围：方法是A13A0从全0开始, 然后从最低位开始依次加 1

12、, 最后变为全1, 相当于214=16384(16KB)个单元地址依次选通。,A15A14A13A12 A11A10A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 地址: 0000H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0003H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0004H 0 0 1 1 1 1 1 1 1

13、1 1 1 1 1 1 1 3FFFH,2. E2PROM扩展电路,扩展2864电路如图,2864是8K字节的E2PROM，,说明：,图中的2864既是程序存储器又是数据存储器，这时程序和数据存储器要统一编址。,27128的A0A12 接地址总线A0A12 OE 单片机的RD、 PSEN通过与门输入 WE 接 WR O0O7 接 D0 D7,地址范围: 0000H1FFFH或4000H5FFFH或8000H9FFFH或C000HDFFFH 因为P2.6(A15),P2.5(A14)未用,其状态为“00/01/10/11” 均可。,3. 扩展24KBEPROM(用3片2764芯片),采用部分译码

14、方式,因为P2.7未用，所以地址有重叠。 若将P2.7接译码器LS139的2G端，则U0U2的地址范围均是惟一的(无地址重叠)。,4. 扩展64KBEPROM(用8片2764芯片),全地址译码方式,片选8： E000HFFFFH 片选7： C000HDFFFH 片选6： A000HBFFFH 片选5： 8000H9FFFH 片选4： 6000H7FFFH 片选3： 4000H5FFFH 片选2： 2000H3FFFH 片选1： 0000H1FFFH,*地址是连续的 *通常利用译码器的输出来选择其它扩展芯片，如 RAM、I/0接口、A/D 、 D/A等。对于程序存贮器(EPROM)有各种容量的芯

15、片。选择所需容量1片即可。所占电路板的面积小，价格相对多片组合要便宜。如：27128(16K x8), 27256(32Kx8), 27512(64Kx8) , 29F010(128Kx8 ) 。,5.3.数据存贮器扩展设计,若内部RAM不够用(如采集较多的数据)，可以外接RAM芯片。 1. RAM与EPROM的地址区是重迭的，最大范围均为64K。 其区分是指令不一样: MOVX，MOVC。 从控制信号看，访问RAM使用 或 引脚信号，访问EPROM时使用 引脚信号，它们不会同时有效。 * 外部数据存贮器操作时序见P.162 图5-10 2.静态RAM6264简介 在单片机系统中常用的数据存储

16、器是静态随机存储器（SRAM），其典型的芯片有6264（8K8位）、62256（32K8位）。 6264是8 K8位的静态数据存储器芯片, 采用CMOS工艺制造, 28 Pin 双列直插式封装, 其引脚图如图所示。,静态RAM6264的引脚图,RAM管脚(6264)：,1） A0A15 地址线。 6264（A0A12），62256（A0A14）； 2）CE1、CE2 芯片使能信号 3）OE 输出允许 4） WE 写允许 5）IO0IO7 数据线,A0A13 接地址总线A0A13 CE1、CE2 CE1接片选信号,CE2接电源 OE 接 RD WE 接 WR IO0IO7 接 D0 D7,RAM

17、与单片机的连线：,3.数据存储器的扩展示意图 若扩展多片RAM , 仅片选 的接线不一样,RAM 6264 与MCS-51单片机的典型连接,6264的地址范围：0000H1FFFH，或 2000H3FFFH 或4000H5FFFH，或6000H7FFFH,如图为采用74LS139译码扩展两片2764（8K）EPROM和两片6264（8K）RAM芯片的电路，分析它们的地址范围。,2764(1) : 0000H1FFFH 2764(2) : 2000H3FFFH 6264(1) : 4000H5FFFH 6264(2) : 6000H7FFFH,针对上例的片选接法，设有程序（用absacc.h的宏

18、定义 XBYTE 访问绝对地址）： #include #define x1 XBYTE0 x0123 /定义x1为外部RAM地址:0 x0123 #define x2 XBYTE0 x2123 /定义x2为外部RAM地址:0 x2123 Main() char xdata *xp; char i,j; xp=0 x4123; *xp=0 x00; i=*xp; /结果:i=0 x00 x1=0 xD3; i=*xp; /结果:i=0 xD3 x2=0 x12; j=*xp; /结果:j=0 x12 ,4. 扩展2片6264 RAM芯片,A15 A14 A13 A12A0 6264(1)的地址： X 1 0 X 4000H5FFFH 或C000HDFFFH 6264(2)的地址： X 0 1 X 2000H3FFFH 或A000HBFFFH,小结,并行扩展总线组成 数据传送:由P0口提供数据总线DB(D0D7) 单元寻址:由地址总线AB(A0A15): 低8位地址线A0A7由P0口提供，用 ALE信号指示; 高8位地址线A8A15由P2口提供。 程序存储器和数据存储器的最大寻址范围均为64KB: 0000HFFFFH 控制