第8章MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì).

1、第8章MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)&1概述片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/O功能部 件：系統(tǒng)擴(kuò)展問(wèn)題，內(nèi)容主要有：(1)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展(外部存儲(chǔ)器又分為外部程序存 儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)(2)I/O接口部件的擴(kuò)展。本章介紹MCS - 51單片機(jī)如何擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，I/O接 口部件的擴(kuò)展下一章介紹。系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如下圖:0I/O設(shè)備JLI/O設(shè)備8-1MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)。MCS-96單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):普林斯頓結(jié)構(gòu)。MCS-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的最大擴(kuò)展空間各為 64KB系統(tǒng)擴(kuò)展首先要構(gòu)造系統(tǒng)總線。8. 2 系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造8. 2. 1系統(tǒng)總線按

2、其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組：1.地址總線（Adress Bus,簡(jiǎn)寫(xiě)AB）2.數(shù)據(jù)總線（Data Bus,簡(jiǎn)寫(xiě)DB）3控制總線（Control Bus,簡(jiǎn)寫(xiě)CB）822構(gòu)造系統(tǒng)總線系統(tǒng)擴(kuò)展的首要問(wèn)題：構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲(chǔ)器 芯片或I/O接口芯片，“掛”存儲(chǔ)器芯片就是存儲(chǔ)器 擴(kuò)展，“掛w I/O接口芯片就是I/O擴(kuò)展。MCS-51由于受引腳數(shù)目的限制，數(shù)據(jù)線和低8位地址線復(fù)用。為了將它們分離出來(lái)，需要外加地址鎖存器，從而構(gòu)成與一般CPU相類(lèi)似的片外三總線，見(jiàn)8-28-3) o地址鎖存器一般采用74LS373,采用74LS373的地址總 線的擴(kuò)展電路如下8-31.以P0 口

3、作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。2.以P2口的口線作高位地址線。3 控制信號(hào)線。水使用ALE信號(hào)作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)。 水以PSEV信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 水以EA*信號(hào)作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)。 水由RD*和WR*信號(hào)作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口的 讀選通、寫(xiě)選通信號(hào)。盡管MCS-51有4個(gè)并行I/O口，共32條口線，但由于系 統(tǒng)擴(kuò)展需要，真正作為數(shù)據(jù)I/O使用的，就剩下P1 口和P3 口的部分口線。& 2.3單片機(jī)系統(tǒng)的串行擴(kuò)展技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：串行接口器件體積小，與單片機(jī)接口時(shí)需要的 I/O口線很少（僅需3-4根），提高可靠性。串行擴(kuò)展可以減少芯片的封裝引腳，降低成本，簡(jiǎn)

4、化 了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性。為實(shí)現(xiàn)串 行擴(kuò)展，一些公司（例如PHILIPS和ATMEL公司等） 已經(jīng)推出了非總線型單片機(jī)芯片，并且具有SPI （Serial Per i pera I I nterface）三線總線和 l?C 公用雙總線的兩種串行總線形式。與此相配套，也 推出了相應(yīng)的串行外圍接口芯片。缺點(diǎn)：串行接口器件速度較慢在大多數(shù)應(yīng)用的場(chǎng)合，還是并行擴(kuò)展占主導(dǎo)地位。器芯片在整個(gè)存儲(chǔ)空間中所占據(jù)的地址范分配有關(guān)的地址線連線，電路如下&3 讀寫(xiě)控制、地址空間分配和外部地址鎖存器 831存儲(chǔ)器擴(kuò)展的讀寫(xiě)控制RAM芯片：讀寫(xiě)控制引腳，記為0E*和WE* ,與MCS-51 的RD*和WR

5、*相連。EPROM芯片：只能讀出，故只有讀出引腳，記為0E* , 該引腳與MCS-51的PSEN*相連。& 3.2存儲(chǔ)器地址空間分配MCS-51發(fā)出的地址是用來(lái)選擇某個(gè)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行讀 寫(xiě)，要完成這種功能，必須進(jìn)行兩種選擇：“片選”和 “單元選擇”。存儲(chǔ)器空間分配除考慮地址線連接外，還討論各存儲(chǔ)常用的存儲(chǔ)器地址分配的方法有兩種：線性選擇法 （簡(jiǎn)稱(chēng)線選法）和地址譯碼法（簡(jiǎn)稱(chēng)譯碼法）。1.線選法直接利用系統(tǒng)的高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片（或I/O接 口芯片）的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要地址譯碼器硬件，體積小， 成本低。缺點(diǎn)：可尋址的器件數(shù)目受到限制，地址空間不連 續(xù)，地址不唯一。例 某一系統(tǒng)，需

6、要外擴(kuò)8KB的EPROM （2片2732） , 4KB 的RAM （2片6116）,這些芯片與MCS-51單片機(jī)地址P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3MCS-51:P2.0P0.7P0.0鎖存器7 7 O O4:/44:/48-42732:4KB程序存儲(chǔ)器，有12根地址線AOA11,分別與 單片機(jī)的P0口及P2.0P23口相連。2732 (1)的片 選端接A15 (P2. 7) , 2732 (2)的片選端接A14(P2. 6) o當(dāng)要選中某個(gè)芯片時(shí)，單片機(jī)P2口對(duì)應(yīng)的片選信號(hào)引 腳應(yīng)為低電平，其它引腳一定要為高電平。6116:2KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，需要11根地址線作為單元的選擇，而剩下的P

7、2口線(P24P27)作為片選線。兩片程序存儲(chǔ)器的地址范圍:2732 (1)的地址范圍：7000H7FFFH; 2732 (2)的地址范圍：BOOOHBFFFH; 6116 (1)的地址范圍：E800HEFFFH;6116 (2)的地址范圍：D800HDFFFH。AWAO AWAOA0AQ AWAO引腳如C3161514G2A-4G2B-574LS1381312G1-677-711GND-8109土y yoHoH一y2ny2n函 一y5y5一y6y6線選法特點(diǎn)：簡(jiǎn)單明了，不需另外增加硬件電路。只適于外擴(kuò)芯片不多，規(guī)模不大的單片機(jī)系統(tǒng)。2譯碼法最常用的譯碼器芯片：74LS138 （3-8譯碼器）

8、74LS139 （雙2-4譯碼器）74LS154 （4-16譯碼器）?？筛鶕?jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，產(chǎn)生片選信號(hào)。全譯碼：全部高位地址線都參加譯碼；部分譯碼：僅部分高位地址線參加譯碼。（D74LS138 （38譯碼器）8-5,譯碼功能如表8-1 （P167）所示。當(dāng)譯碼器的輸入為某一個(gè)固定編碼時(shí)，其輸出只有某一 個(gè)固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。8-5引腳如下o真值表如表8-2 (P168)所示。lGulByorlnnNDlGulByorlnnND1 1 1 1 1 1 1 116151474LS13911109CCGCCG M M B B _yon_y2n_yon_y2n r r 2222

9、222222222274LS138譯碼器真值表輸入輸 出G1 G2A* G2B*C B AY7* Y6* Y5* Y4* Y3* Y2* Y1* Y0*1 0 00 0 0111111101 0 00 0 11111110 11 0 00 1 0111110 111 0 00 1 111110 1111 0 01 0 01110 11111 0 01 0 1110 111111 0 01 1 010 1111111 0 01 1 10 1111111英豈狀霑XXX11111111(2)74LS139 (雙2-4譯碼器)8-6下面以74LS138為例，介紹如何進(jìn)行地址分配。例要擴(kuò)8片8KB的RA

10、M 6264,如何通過(guò)74LS138把64KB 空間分配給各個(gè)芯片？帶有三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，其引腳其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下7 7 6 6 5 5 4 4P2.31P2.P2.P2.P2.31P2.P2.P2.80801 G1絆1 1 :G2B也1 cG2A 齒AY7-4150A40A130A20OOOOHTFFFH00011000H 1FFFH00102000H 2FFFH01003OOOH3FFFH01014000H7FFFH01015000H5FFFH01106000H4FFFH01117000H 7FFFH采用的是全地址譯碼方式，單片機(jī)發(fā)地址碼時(shí)，每次 只能選中一個(gè)存儲(chǔ)單元。同類(lèi)存儲(chǔ)器間不會(huì)產(chǎn)生地

11、 址重疊的問(wèn)題。如果用74LS138把64K空間全部劃分為每塊4KB,如何劃分呢？見(jiàn)下（P2.7引腳）（P2.6引腳）（P25引腳）（P24引腳）8-8& 3.3外部地址鎖存器常用的地址鎖存器芯片有：74LS373. 8282、74LS573 等。1.鎖存器74LS373（P2.7引腳）（P2.6引腳）（P2.5引腳）J15 J14J138031P2.7P2.6P2.574LS138譯碼器D01 -D2-D3-D4-D5D6Z7 OEGND 12021931848175216681572148139121011WO1234567WO1234567OE 20 DO D 01 02 D2 D3 2

12、3 GND-120219371844175LS166315771483139121011vccD7D606 05D5D4一04GD7D0: 8位數(shù)據(jù)輸入線。Q7Q0: 8位數(shù)據(jù)輸出線。G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào),0E*:數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)2鎖存器8282功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與74LS373完全一樣，只是其引腳的排列與74LS373不同，8282的引腳如下8-9 STB8-118-13yK)12345yK)123456 6 p p6 6 5 5 4 4 3 31 1 1111 1 1 U U1 11111OEDO-D-D2-D3-04-D5-D6-D1-GND 7 7A A接000C30G00000C30

13、G00 L L 一一一 一 一 一 一 一 9 99876543298765432OEOEBSTZX)ZX)頁(yè)D2DD2D3D4D553D4D556D76D7接 POdPO.7ALE7 7A AA A接_2 2 56925695692569PS?3 3 4 4 7 7 8 83478111134781111引腳的排列為繪制印刷電路板時(shí)的布線提供了方便。3鎖存器74LS573輸入的D端和輸出的Q端也是依次排在芯片的兩側(cè)， 與鎖存器8282樣，為繪制印刷電路板時(shí)的布線 提供了方便。OEOE84程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展 采用只讀存儲(chǔ)器，非易失性。(1)掩膜ROM在制造過(guò)程中編程。成本較高，因此只適

14、合于大批量 生產(chǎn)。(2)可編程ROM (PROM)用獨(dú)立的編程器寫(xiě)入。但PROM只能寫(xiě)入一次，且不能 再修改。(3)EPROM電信號(hào)編程，紫外線擦除的只讀存儲(chǔ)器芯片。(4)E2PROM ( EEPROM)電信號(hào)編程，電信號(hào)擦除的ROM芯片。讀寫(xiě)操作與RAM 幾乎沒(méi)有什么差別，只是寫(xiě)入的速度慢一些。但斷 電后能夠保存信息。(5)Flash ROM又稱(chēng)閃爍存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)閃存。大有取代E2PROM的趨勢(shì)。8. 4. 1常用EPROM芯片介紹典型芯片是27系列產(chǎn)品，例如，2764 (8KBX8)、 27128 (16KBX8)、27256 (32KBX8)、27512(64KBX8) o “27”后面的

15、數(shù)字表示其位存儲(chǔ)容 量。8-14擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)盡量用大容量的芯片。1.常用的EPROM芯片參數(shù)見(jiàn)表8-4 (P123) o引腳如下引腳功能如下:A0A15：地址線引腳。數(shù)目決定存儲(chǔ)容量來(lái)定，用 來(lái)進(jìn)行單元選擇。D7DO：數(shù)據(jù)線引腳CE*：片選輸入端0E* :輸出允許控制端PGM*：編程時(shí)，加編程脈沖的輸入端Vpp：編程時(shí)，編程電壓(+12V或+25V)輸入端Vcc： +5V,芯片的工作電壓。GND：數(shù)字地。1匚A15 VppVPPVpp%Vcc VccV IIIIIIIIII yi （T）i/ i . i/ALEAii 占厶AIIIIlIIIIIIIIIi i / T t Y Y Y 1

16、-r i-11-ri -PSEN-；-K ：；：；：；：；：P2 111V I：I11111；地址力15/18：I1:! Iir11iiiii511111! ! ； i1 11 1:;：1：1；! !；1 1P0令輸入浮的川)-XJ|數(shù)據(jù)輸出； ,；x地址或浮空(b)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器耳時(shí)序8-208. 5. 3典型的外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路8-21給出了用線選法擴(kuò)展8031外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路。8-21譯碼選通法擴(kuò)展，如下所示。地址線為AOA12,故8031剩余地址線為三根。用線 選法可擴(kuò)展3片6264o 3片6264對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器空間如 下表。P2.7P16P2.5倉(cāng)中：Srtr存110IC1C

17、BOOH-DFFFH8K101IC2AOOOH-EFFFH8K011IC36000H-7FFFH8K8-22存儲(chǔ)容量單片62256與8031的接口電路如地址范各片62128地址分配見(jiàn)表8-9 o表8-98-9 各片6212862128地址分配為0000H7FFFHo8-23例8-1編寫(xiě)程序?qū)⑵鈹?shù)據(jù)存儲(chǔ)器中5000H50FFH單 0 00 0Y0*Y0*IC1IC10000H-3FFFH0000H-3FFFH16K16K0 01 1Y1*Y1*IC2IC24000H-7FFFH4000H-7FFFH16K16K1 10 0Y2*Y2*IC3IC38000H-BFFFH8000H-BFFFH16

18、K16KP2.P2. 6 6 P2.P2. 7 7譯碼輸出選中芯片1 11 1Y3*Y3*IC4IC4 COOOH-FFFFHCOOOH-FFFFH 1 16K6K元全部清霎。8-24 o方法1:用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，同時(shí)使用字節(jié)計(jì)數(shù)器。MOVMOV DPTR,DPTR, #5000H#5000H; ;設(shè)置數(shù)據(jù)塊指針的初值MOVMOV R7,R7, #00H#00H;設(shè)置塊長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器初值CLRCLRA ALOOPLOOP：MOVXMOVX DPTR,DPTR, A A;把某一單元清霎INCINCDPTRDPTR;地址指針加1 1DJNZDJNZ R7,R7, LOOPLOOP;數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)

19、度減1,1,若不為;0;0則繼續(xù)清零HEREHERE：SJMPSJMP HEREHERE;執(zhí)行完畢，原地踏步方法2：用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，但不使用字節(jié)計(jì)數(shù)器, 而是比較特征地址。MOVMOVCLRCLRDPTR,DPTR, #5000H#5000HA ALOOPLOOP：MOVXMOVXDPTR,DPTR, A AINCINCDPTRDPTRMOVMOVR7,R7, DPLDPLCJNECJNER7,R7, #0,#0, LOOPLOOP ；與末地址+1+1比較HEREHERE：SJMPSJMPHEREHERE8. 6 EPROM和RAM的綜合擴(kuò)展8.6.1綜合擴(kuò)展的硬件接口電路例8-

20、2采用線選法擴(kuò)展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROMo RAM選6264, EPROM選2764。擴(kuò)展接口電路8-24(1)各芯片地址空間分配(2)控制信號(hào)及片選信號(hào)IC2和IC4占用地址空間為2000H3FFFH共8KB。同理IC1、IC3地址范圍4000H5FFFH (P26=1、P2. 5=0、P2. 7=0) o線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充 分。例8-3采用譯碼器法擴(kuò)展2片8KB EPROM, 2片8KB RAM。EPROM選用2764, RAM選用6264。共擴(kuò)展4片芯片。擴(kuò)展接口電路見(jiàn)圖8-25o各存儲(chǔ)器地址范圍如下:IC46000H-7FFFHIC34000H-5FFFHIC22000HTFFFHIC1OOOOHIFFFHY