第6章 存 储 器.ppt

1、第五章：系统扩展技术,本讲重点： 片外RAM与片外ROM扩展; 简单I/O扩展 （选用锁存器与驱动器）; 扩展8255 （初始化,电路及应用）;,一、单片机外总线结构,单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是指利用单片机的三总线（AB、DB、CB）进行的系统扩展；串行扩展法是利用SPI三线总线或I2C双总线的串行系统扩展。 主要介绍并行扩展法。 外总线结构如图5-1所示。,图5-1 MCS-5l的扩展三总线,二、MCS-51系列单片机扩展时的地址译码规则,（1）程序存储器和数据存储器地址可以重叠使用。 （2）外围扩展I/O接口芯片与数据存储器要统一编址。外围I/O接口芯片

2、不仅占用数据存储器地址单元，而且也使用了数据存储器的读/写控制信号与读/写指令。 （3）地址总线宽度为16位，外部程序存储器和数据存储器的寻址范围各为64k字节。,三、MCS-51单片机扩展时的地址译码方法,（1）线选法：将各扩展芯片上的地址线均接到单片机系统的对应的地址总线上，且外围芯片上的片选线也作为地址线接到地址总线剩余的高位任意一条线上。如图5-2。 图5-2中所扩展的芯片地址见表5-1，表中的X为任意值（1或0）P141。,图5-2 线选扩展方法,特点： 扩展的芯片均有独立片选线，地址有可能冲突且不连续。这种方法不适用于扩展芯片较多且容量小的存储器，适用于扩展单片容量大的存储器。,（

3、2）全地址译码法：,是将各扩展芯片上的地址线均接到单片机系统的对应的地址总线上，各片芯片的选择利用译码电路实现。如图5-3所示。 图5-3所示各芯片的地址见表5-2。,图5-3 全地址译码法,2764的地址分别为： 0000H1FFFH; 2000H3FFFH. 特点：各扩展芯片均有独立片选控制线，且地址连续。可扩展较多的外围芯片。,RAM,ROM存储器扩展,程序存储器 EPROM 的扩展：,单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容量太小时,必须扩展外部程序存储器方能工作。最常用的ROM器件是EPROM。 如: 2764(8K)/27128(16K) /27256(32K）,存储器的扩展(EPR

4、OM),Vpp Vcc,A12 PGM,A7 NC,A6 A8,A5 A9,A4 A11,A3 OE,A2 A10,A1 CE,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,2764,Vpp Vcc,A12 PGM,A7 A13,A6 A8,A5 A9,A4 A11,A3 OE,A2 A10,A1 CE,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,27128,Vpp Vcc,A12 A14,A7 A13,A6 A8,A5 A9,A4 A11,A3 OE,A2 A10,A1 CE,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,27256,一、访问

5、外部程序存储器的时序,1,基本扩展电路 MCS-51系列单片机扩展外部程序存储器的基本硬件电路如图5-6所示。,访问外部程序存储器ROM的时序:,如图5-7所示(取指令代码） 图5-7 取指令操作时序（未考虑片外数据存储器时）,二、EPROM简介,常见的EPROM有： 2716（容量2k8位）、2732（容量4k8位）、2764（容量8k8位）、27128（容量16k8位）、27256（容量32k8位）、27512（容量64k8位）。,引脚定义： A0A15：地址输入线； O0O7：三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线， 编程时为数据输入线。维持或编程禁止时O0O7呈高阻抗； /CE：片选

6、信号输入线，“0”(即TTL低电平)有效； PGM：编程脉冲输入线； /OE：读选通信号输入线，“0”有效； VPP：编程电源输入线，其值因芯片型号 和制造厂商不同而不同； Vcc：主电源输入线，Vcc一般为+5V；,三、扩展方法,CPU应向EPROM提供三种信号线： （1）数据总线：P0口接EPROM的O0O7（D7D0） （2）地址总线：P0口经锁存器向EPROM提供地址低8位，P2口提供高8位地址以及片选线。 扩展的程序存储器究竟需要多少位地址线，应根据程序存储器的总容量和选用的EPROM芯片容量而定。如：2k：11条（=2k）；4K：12条（=4k）；8k：13条；16k：14条；32

7、k：15条；64k：16条。 （3）控制总线：/PSEN片外程序存储器取指令控制信号，接EPROM的“/OE”。ALE接锁存器的/G。/EA接地。 扩展单片EPROM时，EPROM的地址线分别接到单片机上对应的地址线上，而/CE片选信号接地。 扩展二片以上的EPROM芯片时，应考虑片选控制电路，此时EPROM的片选端应由片选信号来控制。片选信号可采用线选译码法或者采用全地址译码法产生片选。,程序存储器 2764 的扩展：,单片机,EPROM 2764,锁存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,PSEN,P2.0-P2.4,8D,8Q,OE,A8-A12,A0-A7,D0-D7,G,EA

8、,OE,CE,51单片机能提供16条地址线，可扩展64K字节的ROM。可以用一片EPROM，也可以用多片EPROM,数据存储器 RAM 的扩展：,有时需要扩展外部数据存储器RAM方能工作(如数 据采集系统数据量较大，需要专设 RAM或 Flash RAM)。最常用的 RAM器件是SRAM。 如:6116(2K)/6264(8K)/62128(16K),存储器的扩展(RAM),A7 Vcc,A6 A8,A5 A9,A4 WE,A3 OE,A2 A10,A1 CE,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,6116,Vpp Vcc,A12 WE,A7 CE2,A6 A8,A5

9、A9,A4 A11,A3 OE,A2 A10,A1 CE1,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,6264,Vpp Vcc,A12 WE,A7 A13,A6 A8,A5 A9,A4 A11,A3 OE,A2 A10,A1 CE,A0 D7,D0 D6,D1 D5,D2 D4,GND D3,62128,6116、6264、62128和62256各引脚功能如下：,A0A14：地址输入线； D0D7：双向数据线(输出有三态)； /CE、/CE1和CE2：选片信号输入线，/CE和/CE1低电平有效，CE2高电平有效； /OE：读选通信号输入线，低电平有效； /WE：写选通信号输

10、入线，低电平有效； Vcc：工作电压，+5V； GND：线路地； OERFSH(仅62256有此引脚)：读选通刷新允许控制端，输入。当此引脚为低电平时，62256数据允许输出，不允许刷新；当此引脚为高电平时，62256内部刷新电路自动刷新。,二、片外数据存储器扩展时的读、写操作时序,(1)执行“MOVX A，DPTR”和“MOVX DPTR，A”指令的时序,（2）“MOVX A，Ri和“MOVX Ri，A”指令的时序,如图5-18所示。执行这组指令时，其时序与执行“MOVX A，DPTR”和“MOVX DPTR，A”有明显的不同。在取指令周期的S5状态，ALE的下降沿，P0口上出现的是数据存储

11、器的低8位地址，即Ri中的内容；在机器周期1的S4状态之后，直至机器周期2的S5状态之前，P2口上出现的不是数据存储器的高8位地址，而是P2口特殊功能寄存器的内容.,三、数据存储器的扩展方法,与扩展EPROM基本相同，CPU应向RAM提供三种信号总线。译码法也有两种：即线选译码法和全地址译码法。 不同点是控制总线与扩展EPROM不一样，扩展RAM时的控制总线为： /WR片外数据存储器写控制信号，接RAM的写允许“/WE”，/RD片外数据存储器读控制信号，接RAM的读允许“/OE”。ALE接锁存器的锁存使能端。 扩展数据存储器时应注意： (1)扩展容量为256B的RAM时，可采用MOVX Ri指

12、令访问外部RAM，仅用P0口传送8位地址。 (2)扩展容量大于256B而小于64kB的RAM时，访问外部RAM应采用MOVX DPTR类指令。 （3）应与其他扩展的I/O接口芯片统一编址。,例5-6：用译码法扩展RAM。采用74LSl39译码器扩展16kRAM和16kEPROM。RAM采用6264，EPROM采用2764。要求：,第一片程序存储器（IC0）的地址空间为: 0000H1FFFH(Y0)； 第二片程序存储器（1C1）的地址空间为: 2000H3FFFH(Y1)； 第一片数据存储器（1C2）的地址空间为: 0000H1FFFH(Y0)； 第二片数据存储器（1C3）的地址空间为: 20

13、00H3FFFH(Y1)。,扩展步骤,第一步：确定各片地址并将其展开为二进制,第二步：确定译码方式并选择译码电路 这里采用74LSl39双2-4译码器，其引脚及功能见图5-20。每个译码器仅有1个使能端，为低电平时选通；有2个选择输入对应4个译码器输出，输出低电平时有效。 根据以上分析可以将P2.7、P2.6、P2.5接于74LSl39译码器，向各芯片提供片选信号。由于IC0与IC2、IC1与IC3的地址相同，因而片选信号可以共用。其电路见图5-21。,图 5-20 74LS139 译码器的引脚及功能,图5-21 译码法扩展存储器16kRAM和16kEPROM,由图可见外部EPROM和RAM存

14、储器空间的地址可以重叠。,简单I/O,8255,8155并口扩展,在单片机的I/O口线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展。可选用的器件很多，方案也有多种。,简单I/O扩展：（锁存器扩展）,二、并行接口的扩展(简单I/O),CLR VCC 1Q 8Q 1D 8D 2D 7D 2Q 7Q 3Q 6Q 3D 6D 4D 5D 4Q 5Q GND CLK,OE VCC 1Q 8Q 1D 8D 2D 7D 2Q 7Q 3Q 6Q 3D 6D 4D 5D 4Q 5Q GND G,OE VCC 1Q 8Q 1D 8D 2D 7D 2Q 7Q 3Q 6Q 3D 6D 4D 5D 4Q 5Q G

15、ND CLK,74LS273,74LS373,74LS374,一、简单的IO口扩展,在许多应用系统中，有些开关量或并行数据需要直接输入输出，可以利用74LS系列TTL或CMOS电路锁存器、三态门电路作为IO口扩展芯片，这种IO口一般都是通过P0口扩展，它具有电路简单、成本低、配置灵活等优点。可以作为8位IO扩展的芯片主要有373、377、244、245、273、367等，如果不需8位，也可选用2位、4位、6位的芯片进行扩展，即按输入输出的要求来选择合适的扩展芯片。但作输入口时，一定要求扩展的芯片具有三态功能，否则将影响总线的正常工作。 输入电路：要求有缓冲功能； 如：74LS244 74LS2

16、45 输出电路：要求有锁存功能； 如：74LS273 74LS373,例如：采用74LS244作扩展的输入接口电路，74LS273作扩展的输出接口电路。,输入输出都是在P2.0为0时有效，故P2.0作为74LS273和74LS244芯片的地址信息输出线。两个芯片的地址均可以是FEFFH。由于控制线相互独立，尽管输入/输出口共用一个口地址，但不会发生地址冲突。,读入开关状态和输出显示程序为：,LOOP: MOV DPTR, #0FEFFH MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A SJMP LOOP,可编程并行I/O接口芯片8255扩展I/O：,二、并行接口的扩展(8255),PA3 PA

17、4,PA2 PA5,PA1 PA6,PA0 PA7,RD WR,GND D0,A1 D1,A0 D2,PC7 D3,PC6 D4,PC5 D5,PC4 D6,PC0 D7,8255,PC2 PB7,PC3 PB6,PB0 PB5,PB1 PB4,PB2 PB3,CS RESET,PC1 VCC,8255的基本特性与引脚： PA，PB，PC 三个8位I/O口;,40 PIN, PC口分高4位和低4位。高4位 可与PA口合为一组(A组),低4 位可与PB口合为一组(B组)。, 3种工作方式。内部有4个寄存 器，由A1,A0与读,写信号选择。 片选低电平有效,复位高电平有效。, PC可按位置位/复位

18、。, 40条引脚，DIP封装。须注意 VCC与GND引脚的位置。,一个8位的数据口D0D7。,8255的PA,PB,PC口的三种工作方式：, 三种方式中只有方式 0 用得最多且最容易使用。 基本输入/输出方式 就是简单输入/输出方式。, 方式1 和方式2 使用复杂。这两种方式已很难见到再有人用于单片机系统。,PA,PB,PC口的三种工作方式示意图：,RD WR D7D0 A1 A0,地址总线,控制总线,数据总线,A,B,C,PA0-7,PB0-7,PC4-7,PC0-3,A组,B组,8255的方式 0,A,B,PA0-7,PB0-7,控制线,控制线,A组,B组,A,B,PA0-7,PB0-7,

19、控制线,I/O,A组,B组,7 6 5 4 3 2 1 0,PC口,8255的方式 1,8255的方式 2,7 6 5 4 3 2 1 0,PC口,8255的端口选择表：,注意：对PA,PB,PC三个口的任何读/写操作，就是对 PA,PB,PC这三个寄存器进行I/O操作. 第4个寄存器是控制字寄存器(命令字寄存器),D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,特征位 =1,A组方式选择,0 0：方式 0 0 1：方式 1 1 X：方式 2,A 口,B 口,CL 口,CH 口,B组方式选择,=0，方式0 =1，方式1,=0，输出 =1，输入,=0，输出 =1，输入,=0，输出 =1，输入,=

20、0，输出 =1，输入,8255控制寄存器 接受控制命令,告诉8255以何种方式工作。其地址是：A1,A0 = 11。它可以接受两条命令，第一条 命令叫“方式控制字”，方式控制字格式如下：,A 组,B 组,注意：对同一控制寄存器可写两种命令,故必须在命令本身用“特征位”加以区别。第二条命令的特征位=0,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,特征位 =0,Dont care bits,选中的位将要输出的状态,= 0，清0 = 1，置1,8255控制寄存器 可以接受的第2条命令是: 可以对PC口按位进行“置1”和“清0”操作。 具体命令格式如下:（地址同样是：A1,A0 = 11）,例如：

21、设8255的控制寄存器在系统中的地址是: 0003H,要将PC5引脚置 1, 可用如下指令完成： MOV DPTR，#0003H MOV A， #0BH MOVX DPTR，A,8255与单片机的连接：,AT89C51,8255,74LS373,P0.0-P0.7,ALE,P2.7,8D,Q0Q1,CS,RESET,A0A1,D0-D7,G,EA,OE,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,PC,PB,P2.7接片选/CS端,8255的(一组)寄存器地址可以是：,PA口:7000H PB口:7001H PC口:7002H 命令口:7003H,8255与单片机的连接：,AT89C51

22、,8255,74LS373,P0.0-P0.7,ALE,8D,Q0Q1Q7,CS,RESET,A0A1,D0-D7,G,EA,OE,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,Q7接片选/CS端,8255的(一组)寄存器地址可以是：,PA口:0000H PB口:0001H PC口:0002H 命令口:0003H 也可以是：007CH,007DH,007EH,007FH,PC7PC0,微型 打印机,8255的编程应用,例：初始化A口,B口,C口为基本I/O输出口,MOV DPTR,#7003H ;指向控制字寄存器 MOV A, #80H ; A,B,C口均为输出口 MOVX DPTR, A

23、 ;装入,按照8255控制寄存器方式控制字格式写命令：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,特征位 =1,A组方式选择,0 0：方式 0 0 1：方式 1 1 X：方式 2,A 口,B 口,CL 口,CH 口,B组方式选择,=0，方式0 =1，方式1,=0，输出 =1，输入,=0，输出 =1，输入,=0，输出 =1，输入,=0，输出 =1，输入,可编程RAM/ IO/ CTC接口芯片8155：,二、并行接口的扩展(8155),PC3 VCC,PC4 PC2,TIMERIN PC1,RESET PC0,PC5 PB7,IO/M PB5,RD PB3,WR PB2,ALE PB1,AD

24、0 PB0,AD1 PA7,AD2 PA6,AD3 PA5,8155,AD5 PA3,AD6 PA2,AD7 PA1,CE/CE PB4,GND PA0,TIMEROUT PB6,AD4 PA4,40 PIN,8155与8255 是Intel推出的两个广泛应用的并行口扩展芯片： 8255扩展了三个8位的并行口 8155扩展了两个8位并行口 + 一个6位的并行口 + 一个14位Timer + 片内256字节RAM,8155有一个姊妹芯片 8156 片选端为高有效,其他完全相同,可编程RAM/IO/CTC接口芯片8155引脚：,PC3 VCC,PC4 PC2,TIMERIN PC1,RESET P

25、C0,PC5 PB7,IO/M PB5,RD PB3,WR PB2,ALE PB1,AD0 PB0,AD1 PA7,AD2 PA6,AD3 PA5,8155,AD5 PA3,AD6 PA2,AD7 PA1,CE/CE PB4,GND PA0,TIMEROUT PB6,AD4 PA4, PA,PB两个8位和一个6位PC口。 AD0AD7,地址/数据复用线。 ALE，地址锁存使能，控制地 址/数据复用。 /CE是8155的片选端,低有效; 8156的片选端是CE，高有效。 IO/M，I/O口或RAM选择线。 /RD是读信号；/WR是写信号； RESET是复位信号，高有效。 片内1个14位减法Tim

26、er，计数 脉冲由TIMERIN输入,分频后由 TIMEROUT 输出。 VCC,GND是电源端。,40 PIN,8155的 6个寄存器,8155有2种工作方式(基本I/O和选通I/O)。 内部有6个寄存器, 由AD2, AD1,AD0,ALE与RD,WR, IO/M信号线选择。RESET高有效; /CE低有效。,TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PA,A口中断,B 口,A 口,C 口方式选择,=1，允许 =0，禁止,=1，输出 =0，输入,=1，输出 =0，输入,8155命令/状态字寄存器 是两个地址相同的寄存器,命令字寄存器接受控制命令(只写)。 地址：A2,A1,A0

27、=000 命令字格式如下(P179)：,C口方式：ALT1C口为输入口(A、B为基本I/O)。 ALT2C口为输出口(A、B为基本I/O)。 ALT3C口低3位为A口选通I/O提供应答信号； B口为基本I/O，C口高3位为输出口。 ALT4C口的低、高3位分别为A口、B口的选 通I/O提供应答信号。,B口中断,=1，允许 =0，禁止,0 0 = ALT1 0 1 = ALT2 1 0 = ALT3 1 1 = ALT4,起/停与运行控制位：,0 0 = 无操作=NOP 0 1 = 立即停计数； 若未计数=NOP 1 0 = 减到 0 停止； 若未计数=NOP 1 1 = 立即开始计数； 若正在

28、计数则减 到 0后按新的方 式和初值计数。,X D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,A 口中断请求,=1，满 =0，空,=1，请求中断 =0， 无请求,注：读取状态字信息多用在以查询方式与通过8155 扩展的外部设备进行应答,或查询定时器的状态。,B 口中断允许,=1，允许 =0，禁止,定时器中断状态,B 口中断请求,=1，请求中断 =0， 无请求,A 口缓冲器状态,A 口缓冲器状态,=1，满 =0，空,A 口中断允许,=1，允许 =0，禁止,=1，已经计满 =0， 读出或复位后,8155命令/状态字寄存器 是两个地址相同的寄存器,状态字寄存器存放状态信息(只读)。 地址：A2,A1,A

29、0=000 状态字格式如下：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,8155定时/计数器14位的减法计数器 工作时先要对低8位寄存器和高6位寄存器写入初始值。 其地址分别为:A2,A1,A0 = 100 和 101 b,D5 D4 D3 D2 D1 D0,TIMER低8位：,TIMER高6位：,M2 M1,(地址：100b),(地址：101b),D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,8155定时/计数器 输出信号的形式,M2，M1 定义定时/计数器从TIMEROUT输出信号的形式：,D5 D4 D3 D2 D1 D0,TIMER低8位,TIMER高6位,M2 M1,(100

30、),(101),M2，M1=00 输出单个方波,M2，M1=01 输出连续方波,M2，M1=01 输出单个脉冲,M2，M1=01 输出连续脉冲,计数开始,计数结束,常常用作分频器(自动重装初值),常常用作分频器(自动重装初值),负脉冲宽度约等于TIMERIN的Tin,单方波宽度约等于初值的一半,8155定时/计数器的使用(如何初始化),8155定时/计数器是减 2计数器,故： 最小初值为2。 分频应用时，初值若为偶数,则输出等占空比 方波;若为奇数,则正半周多一个脉冲周期。,先对(04H)(05H)寄存器装入14位初值和输 出信号形式。14位初值的范围是23FFFH。 启动定时/计数器。 即对

31、命令/状态字寄存器(00H)的最高两位 TM2，TM1写入“11”。 如果定时/计数器在运行中要改换新的时间 常数，务必先装入新的初值,然后再发送一 次启动命令,即写入:TM2,TM1=11。,8155与单片机的连接：,AT89C51,8155,P0.0-P0.7,ALE,P2.1,CE,RESET,AD0-AD7,EA,RESET,RD,WR,WR,RD,+5V,PA,PB,PC,8位,6位,8位,P2.2,IO/M,ALE,Tin,Tout, 8155内部有一个锁存器，故不必再需要外加74LS373, 由于用了P2.2接/CE；P2.1接IO/M，它的一组地址是： XXXX X01X XXXX X000 命令/状态字寄存器 XXXX X01X XXXX X001010 A，B，C口寄存器 XXXX X01X XXXX X100101 定时器低/高位寄存器, 对8155的片内RAM寻址，必须P2.1为低，故RAM地址为： XXXX X00X 0000 00001111 1111等256个单元。,8155的编程应用,例1：初始化A口,C口为输入口,B口为输出口(均为 基本I/O)定时器为24分频连续方波输出。,MOV DPTR,#0204H ;指向Timer低8位寄存器 MOV A, #24 ;初值即分频数，24=18H