存儲(chǔ)器和并口擴(kuò)展解析

會(huì)計(jì)學(xué)1存儲(chǔ)器和并口擴(kuò)展解析

引言片內(nèi)的資源如不滿(mǎn)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)展圖5.1單片機(jī)最小系統(tǒng)第1頁(yè)/共102頁(yè)圖5.2設(shè)備擴(kuò)展示意圖第2頁(yè)/共102頁(yè)按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組：

1.地址總線（AdressBus,簡(jiǎn)寫(xiě)AB）:A0-A15

2.數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡(jiǎn)寫(xiě)DB):D0-D7

3.控制總線（ControlBus，簡(jiǎn)寫(xiě)CB）

/PSEN訪問(wèn)代碼空間

/WR/RD訪問(wèn)數(shù)據(jù)空間

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第3頁(yè)/共102頁(yè)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如下圖:圖5.3三總線示意圖第4頁(yè)/共102頁(yè)某一時(shí)刻，只允許有一個(gè)發(fā)言者，但可以有多個(gè)聽(tīng)眾?？偩€沒(méi)有記憶能力，信息只能在有限的時(shí)間內(nèi)停留。聽(tīng)眾的多少取決于總線的驅(qū)動(dòng)能力。單片機(jī)工作特點(diǎn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送方可稱(chēng)為發(fā)言者，數(shù)據(jù)接收方可稱(chēng)為聽(tīng)眾。某些單元永遠(yuǎn)是聽(tīng)眾，而某些單元有時(shí)是聽(tīng)眾，有時(shí)是發(fā)言者。第5頁(yè)/共102頁(yè)

總線是由導(dǎo)線構(gòu)成的，在總線上的信息是由數(shù)據(jù)輸出方輸出的邏輯電平，導(dǎo)線的性質(zhì)決定了在總線上各點(diǎn)的邏輯電平是一致的；如果同一時(shí)刻有多個(gè)設(shè)備試圖向總線輸出信號(hào)，勢(shì)必會(huì)造成總線邏輯電平的混亂，影響信號(hào)的正確傳輸；同一時(shí)刻所有連接在總線上的數(shù)據(jù)接收設(shè)備都會(huì)根據(jù)總線邏輯電平得到相同的信號(hào)輸入；1、某一時(shí)刻，只允許有一個(gè)發(fā)言者，但可以有多個(gè)聽(tīng)眾第6頁(yè)/共102頁(yè)

總線由導(dǎo)線構(gòu)成，它永遠(yuǎn)保持當(dāng)前輸出設(shè)備正在輸出的邏輯電平，而無(wú)法記錄當(dāng)前時(shí)刻之前的任何邏輯電平信息；信息在總線上停留的時(shí)間，取決于當(dāng)前輸出設(shè)備輸出信息的持續(xù)時(shí)間，這一時(shí)間一般來(lái)說(shuō)都是很短的；2、總線沒(méi)有記憶能力，信息只能在有限的時(shí)間內(nèi)停留第7頁(yè)/共102頁(yè)

當(dāng)總線保持邏輯高電平或邏輯低電平時(shí)，所有連接到總線上的信息接收設(shè)備都會(huì)消耗功率，總線電平的提供者必須要有足夠的驅(qū)動(dòng)能力來(lái)滿(mǎn)足這些功率的消耗；一個(gè)總線上能夠連接多少接收設(shè)備，取決于該總線保持邏輯電平的能力，即總線的驅(qū)動(dòng)能力；3、聽(tīng)眾的多少取決于總線的驅(qū)動(dòng)能力第8頁(yè)/共102頁(yè)

1、聽(tīng)眾必須具有記憶能力，即具有鎖存功能；計(jì)算機(jī)總線的工作原理要求由于總線沒(méi)有記憶能力，而且信號(hào)維持時(shí)間很短，對(duì)于需要總線信號(hào)維持時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備，必須要自行添加鎖存器，使得信號(hào)能夠在脫離總線的情況下被單獨(dú)的保存；最常用的鎖存器就是D觸發(fā)器；第9頁(yè)/共102頁(yè)

總線上某一時(shí)刻只允許有一個(gè)發(fā)言者，否則會(huì)造成邏輯混亂；2、發(fā)言者必須首先獲得發(fā)言權(quán)；

總線上往往又存在很多設(shè)備，其中信息發(fā)送設(shè)備也不止一個(gè)；此時(shí)就必須要在每個(gè)信息發(fā)送設(shè)備與總線之間添加三態(tài)門(mén)作為輸入緩沖，利用三態(tài)門(mén)的開(kāi)啟使某個(gè)設(shè)備獲得發(fā)言權(quán)。第10頁(yè)/共102頁(yè)計(jì)算機(jī)中的兩個(gè)重要概念輸出鎖存：采用鎖存器使聽(tīng)眾具有記憶能力。輸入緩沖：采用三態(tài)門(mén)，將發(fā)言者接入總線。小結(jié)：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸出鎖存和輸入緩沖有何作用？第11頁(yè)/共102頁(yè)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)圖5-5。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的關(guān)鍵問(wèn)題第12頁(yè)/共102頁(yè)圖5.5第13頁(yè)/共102頁(yè)

地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖。5－3第14頁(yè)/共102頁(yè)1、以P0口作為低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。 *使用ALE信號(hào)作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)。 *以/PSEN信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 *以/EA信號(hào)作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)。 *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。第15頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)如圖，按使用功能可分為兩大類(lèi)：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory)，簡(jiǎn)稱(chēng)RAM;只讀存儲(chǔ)器(ReadOnlyMemory)，簡(jiǎn)稱(chēng)ROM。第16頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇

ROM用于存放固定程序和常數(shù)，在使用過(guò)程中，只能讀出存儲(chǔ)的信息而不能隨機(jī)寫(xiě)入，掉電后存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失。ROM可以分為以下幾種：掩膜ROM（MASKROM）：其中的信息是在芯片制造時(shí)由廠家寫(xiě)入的，一旦寫(xiě)入就不能再更改，而只能讀出。第17頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇可編程ROM（OneTimeProgramableROM）：在出廠時(shí)，ROM里面未寫(xiě)入信息，用戶(hù)可以根據(jù)需要采用一定設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)寫(xiě)入ROM中，一且寫(xiě)入就不能再更改，不能滿(mǎn)足用戶(hù)需要修改程序的要求。與ROM一樣，它適合于大批量使用。第18頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇可擦除PROM(ErasableProgrammableROM)。EPROM在出廠時(shí)是未編程的，用戶(hù)可以對(duì)其進(jìn)行編程。若EPROM中寫(xiě)入的信息有錯(cuò)或需修改，則可先用紫外線光對(duì)準(zhǔn)芯片上的石英窗口照射20分鐘左右，即可擦除原有信息，以恢復(fù)出廠時(shí)的狀態(tài)，然后可以再次編程寫(xiě)入。對(duì)于編程好的EPROM，為防止光線照射，常用遮光膠紙貼于窗口上。EPROM可以多次擦除和再寫(xiě)入，特別適合于研制和開(kāi)發(fā)。第19頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇電可擦除ROM（ElectricallyErasableProgrammableROM）它是利用電來(lái)改寫(xiě)的可編程只讀存儲(chǔ)器，能以字節(jié)為單位擦除和改寫(xiě)。當(dāng)需要改寫(xiě)某存儲(chǔ)單元的信息時(shí)，只要讓電流通入該存儲(chǔ)單元，就可以將其中的信息擦除并重新寫(xiě)入信息，而其余未通入電流的存儲(chǔ)單元的信息仍然保留。這種操作，在用戶(hù)系統(tǒng)中即可進(jìn)行，而不需專(zhuān)用的編程器編程。第20頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇FLASHROM：屬于E2PROM的一種，是一種特殊的、以大區(qū)塊進(jìn)行擦除的ROM。傳統(tǒng)E2PROM以字節(jié)為單位擦除，寫(xiě)入速度慢，而FLASHROM以多個(gè)字節(jié)構(gòu)成的區(qū)塊為單位進(jìn)行一次性擦除，速度快；第21頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇RAM用于存放運(yùn)行程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，它是一種在使用過(guò)程中通過(guò)程序可隨機(jī)地對(duì)任意的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀出或?qū)懭胄畔⒌拇鎯?chǔ)器，因此又叫讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器。這種隨機(jī)讀、寫(xiě)的特點(diǎn)使它成為計(jì)算機(jī)中最基本的、也是應(yīng)用最多的存儲(chǔ)器。從制造工藝的角度看，可把RAM分為雙極型和MOS型兩種。前者存取速度高，但功耗大，集成度低，故在微型機(jī)中幾乎都用后者。MOS型RAM又可分為三類(lèi):第22頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇動(dòng)態(tài)RAM(DynamicRAM)。它的存儲(chǔ)單元以電容為基礎(chǔ)，電路簡(jiǎn)單，集成度高。但是電容中存儲(chǔ)的電荷由于漏電會(huì)逐漸丟失，即存儲(chǔ)的信息會(huì)丟失。因此，它需要定時(shí)刷新，控制較復(fù)雜，適合于大存儲(chǔ)容量的微型計(jì)算機(jī)。第23頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇靜態(tài)RAM(staticRAM)。它的存儲(chǔ)電路以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎(chǔ)，狀態(tài)穩(wěn)定，可以靜態(tài)工作，只要不掉電，信息就不會(huì)丟失。因此，它不需要定時(shí)刷新;存儲(chǔ)器的控制信號(hào)簡(jiǎn)單，工作速度快，但是集成度低，適合于不需大存儲(chǔ)容量的微型計(jì)算機(jī)。第24頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇典型存儲(chǔ)器芯片RAM芯片：6116：CMOSSRAM2Kx8Bit6264：CMOSSRAM8Kx8Bit62256：CMOSSRAM32Kx8BitROM芯片：2716：NMOSEPROM2Kx8Bit2764：NMOSEPROM8Kx8Bit27256：NMOSEPROM32Kx8Bit第25頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇存儲(chǔ)器指標(biāo)與選擇原則類(lèi)型：ROM、RAM根據(jù)設(shè)計(jì)意圖選定RAM或ROM，ROM用于固化程序，對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)宜于選用EPROM；RAM有SRAM和DRAM之分。由于對(duì)SRAM不需刷新操作，電路連接簡(jiǎn)單，擴(kuò)充靈活，可靠性高，而且一般SRAM的引腳與同容量的EPROM兼容，因此在存儲(chǔ)器容量較小的系統(tǒng)中廣泛選用SRAM。存儲(chǔ)容量：8KB、32KB、64KB一般根據(jù)系統(tǒng)和用戶(hù)程序的規(guī)模確定整個(gè)存儲(chǔ)器的容量。由于單片存儲(chǔ)器芯片容量有限，往往需要多片組成，因此對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，通常選擇單片容量較大、位數(shù)不需擴(kuò)展的存儲(chǔ)器芯片。第26頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇存儲(chǔ)器的速度：7ns、8ns、10ns、70ns存儲(chǔ)器的速度必須和CPU的讀寫(xiě)速度相匹配。一般應(yīng)盡量根據(jù)CPU的速度來(lái)選定存儲(chǔ)器芯片的速度，一方面使電路連接簡(jiǎn)單，另一方面同時(shí)也可充分發(fā)揮CPU的高速功能。存儲(chǔ)器的功耗一般，對(duì)功耗要求高的場(chǎng)合，應(yīng)選用CMOS型器件。價(jià)格：32KBSRAM~￥10第27頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇常用芯片SRAM61166116是一種典型的CMOS型SRAM，其容量為2KB。6116的結(jié)構(gòu)分為存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼和讀/寫(xiě)控制三部分。第28頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇存儲(chǔ)矩陣6116芯片的容量為2Kx8位，即它有2048個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元字長(zhǎng)為8位，故6116芯片內(nèi)有16384個(gè)基本存儲(chǔ)電路。為了節(jié)省內(nèi)部譯碼電路，將它們排列成128X128的矩陣形式，它是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的載體。第29頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇地址譯碼由于存儲(chǔ)體是矩陣式的結(jié)構(gòu)，所以地址譯碼電路分成行地址譯碼和列地址譯碼。由A4-A10譯碼產(chǎn)生128根行選擇線Xi(i=0,…,127);由A0-A3經(jīng)譯碼產(chǎn)生16根列選擇線Yj(j=0,…,15)，每條列選擇線同時(shí)控制8位。根據(jù)外部地址輸入，存儲(chǔ)器內(nèi)部通過(guò)譯碼電路選中被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元，以便進(jìn)行“讀”或“寫(xiě)”。第30頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇讀/寫(xiě)控制RAM的輸入/輸出與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。CPU對(duì)RAM進(jìn)行讀操作時(shí)，被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元中的信息應(yīng)讀出(輸出)到外部數(shù)據(jù)總線上來(lái);CPU對(duì)RAM進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容應(yīng)寫(xiě)入(輸入)到被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元中。當(dāng)CE=0，OE=0，WE=1時(shí)，為讀出操作;當(dāng)CE=0，OE=1，WE=0時(shí)，為寫(xiě)入操作;其他情況下，輸入/輸出的三態(tài)門(mén)呈高阻態(tài)。第31頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇6116的引腳A0~A10：地址引腳；I/O0~I/O7：數(shù)據(jù)引腳；VCC、GND：電源引腳；CE：片選信號(hào)引腳；WE：寫(xiě)入有效信號(hào)引腳；RD：讀出有效信號(hào)引腳；第32頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇6116芯片的工作方式：寫(xiě)入方式。其條件是:CE=0,WE=0,OE=1。操作結(jié)果是D0-D7上的內(nèi)容輸入到A0-A10所指定的存儲(chǔ)單元中。讀出方式。其條件是:CE=0,WE=1,OE=0。操作結(jié)果是A0-A10所指定的存儲(chǔ)單元內(nèi)容輸出到D0-D7上。低功耗維持方式，這是一種非工作方式，當(dāng)CE=1時(shí)，芯片處于這一方式。此時(shí)，器件電流僅為20uA左右，為系統(tǒng)斷電時(shí)用電池保持RAM的內(nèi)容提供了可能性。第33頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇6264第34頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇62256第35頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇EPROM27162716是典型的NMOS型2KB的EPROM；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)同樣分為存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼和讀/寫(xiě)控制三部分；其工作方式與SRAM6116非常類(lèi)似，只是工作狀態(tài)較復(fù)雜。第36頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇2716的引腳VCC、VSS、VPP：電源引腳；A0-A10：地址引腳；D0-D7：數(shù)據(jù)引腳；OE：輸出有效信號(hào)引腳；CE/PGM：片選有效/編程脈沖信號(hào)引腳；第37頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇2716的工作狀態(tài)讀方式這是2716芯片通常使用的方式，此時(shí)兩個(gè)電源引腳VCC和VPP都接至+5V。當(dāng)從2716芯片的某個(gè)單元中讀數(shù)據(jù)時(shí)，先通過(guò)A0-A10接收來(lái)自CPU的地址信號(hào)，然后使CE和OE都有效，于是經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間，D0-D7便送出該地址所指定的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。第38頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇未選中在OE=1時(shí)，不論CE狀態(tài)如何，2716芯片均未選中，因此D0-D7呈高阻狀態(tài)。等待在CE=1時(shí)，2716芯片處于等待狀態(tài)。此時(shí)，2716芯片的功耗由525mW下降到132mW，只有讀狀態(tài)的四分之一。在此狀態(tài)下，D0-D7呈高阻態(tài)。編程VPP=+25V，CE=1，把要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的單元地址和數(shù)據(jù)分別送到地址總線和數(shù)據(jù)總線上，向OE端送一個(gè)52ms寬的正脈沖，就可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定的單元中。全部2K字節(jié)的編程時(shí)間約100s。第39頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇編程檢查為了檢查編程時(shí)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)是否正確，通常在編程過(guò)程中包含檢查操作。在一個(gè)字節(jié)的編程完成后，電源的接法不變，CE、OE均為低電平，則同一單元的數(shù)據(jù)就在數(shù)據(jù)線上輸出，以便與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢查編程的結(jié)果是否正確。編程禁止在編程過(guò)程中，只要使該芯片的CE=0,編程就立即禁止。第40頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇2764、27256第41頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇小結(jié)：ABUS，DBUS，CBUS/CE(chipenable)：片選線/OE(outputenable)：輸出允許6264讀操作：/CE1=0且CE2=1且/OE=06264寫(xiě)操作：/CE1=0且CE2=1且/WE=02764讀操作：/CE=0且/OE=0第42頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇緩沖器緩沖器主要用于CPU總線的緩沖，以增加總線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。常用的有單向緩沖器74LS244和雙向緩沖器74LS245。74LS24474LS245第43頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇74LS244一片244分為兩組，每組4位，對(duì)應(yīng)輸入分別為1A1-1A4和2A1-2A4對(duì)應(yīng)輸出分別為1Y1-1Y4和2Y1-2Y4；/G1和/G2分別是兩組的三態(tài)使能控制端，低電平有效。若把/G1和/G2相連接，則一片244即為一個(gè)8位的單向緩沖器。這種緩沖器常用于地址或控制信號(hào)的緩沖。第44頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇74LS245245是一個(gè)8位雙向緩沖器；/G為使能控制端，低電平有效；DIR為方向控制端。當(dāng)/G=0、DIR=0時(shí)，數(shù)據(jù)由B到A，當(dāng)/G=0,DIR=1時(shí)，則數(shù)據(jù)由A到B。當(dāng)/G=1時(shí)，A和B均處于高阻態(tài)。245常用作數(shù)據(jù)緩沖器，也可用作單向緩沖器，用于地址或控制信號(hào)的緩沖。第45頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇鎖存器由于MCS-51的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線，因此必須利用鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來(lái)，得到低8位地址A0~A7。這種鎖存器也可作為數(shù)據(jù)鎖存器，鎖存CPU輸出的數(shù)據(jù)。常用鎖存芯片有74LS373、74LS273等。74LS37374LS273第46頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇74LS373數(shù)據(jù)鎖存（電平觸發(fā)型，透明式鎖存器）/OC：輸出有效G(C)：輸入有效第47頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇74LS273上升沿觸發(fā)型鎖存/CLR：清零信號(hào)CLK：上升沿觸發(fā)信號(hào)第48頁(yè)/共102頁(yè)5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇373與273的區(qū)別373是電平觸發(fā)，即在G為高電平時(shí)觸發(fā)D觸發(fā)器；273是上升沿觸發(fā)，在CLK的上升沿處觸發(fā)D觸發(fā)器；373輸出有三態(tài)門(mén)作為緩沖，即存在高阻態(tài)；而273則沒(méi)有；第49頁(yè)/共102頁(yè)5.1存儲(chǔ)器的擴(kuò)展5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法第50頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)空間格局和特點(diǎn)從物理上可以分為片內(nèi)、片外兩個(gè)區(qū)域；片外區(qū)域在邏輯上可以分為ROM和RAM兩個(gè)區(qū)域；訪問(wèn)這兩個(gè)邏輯區(qū)域所用的控制信號(hào)和訪問(wèn)指令都是不一樣的；外部設(shè)備在邏輯上一般劃歸RAM區(qū)域，通過(guò)訪問(wèn)RAM的方式來(lái)訪問(wèn)外部設(shè)備；空間類(lèi)型對(duì)象控制信號(hào)訪問(wèn)指令代碼空間ROM,E2PROM/PSENMOVC數(shù)據(jù)空間RAM/RD,/WRMOVXIO空間A/DD/A并行口等/RD,/WRMOVX第51頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成三總線的形成片外三總線為數(shù)據(jù)、地址、控制總線，MCS-51的片外三總線構(gòu)成方式如圖；地址總線A0-A15由P0、P2共同構(gòu)成；數(shù)據(jù)總線D0-D7由P0構(gòu)成；控制總線由ALE、/PSEN、/WR、/RD構(gòu)成，訪問(wèn)不同邏輯空間時(shí)使用不同信號(hào)；第52頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成P0、P2和P3口在三總線中分別擔(dān)任什么角色？ALE的作用是什么？低8bits地址什么時(shí)候鎖入74LS373？/PSEN,/RD,/WR的作用是什么？小結(jié)第53頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成程序存儲(chǔ)器基本擴(kuò)展方法第54頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成例：片外擴(kuò)展1片27128A，16KB的EPROM第55頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)序什么是時(shí)序？訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)（1）ALE

（2）/PSEN

（3）/EA

如果指令是從片外EPROM中讀取，ALE用于低8位地址鎖存，/PSEN接外擴(kuò)EPROM的/OE腳。第56頁(yè)/共102頁(yè)從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行除了MOVX外的指令第57頁(yè)/共102頁(yè)從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行MOVX指令第58頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器基本擴(kuò)展方法第59頁(yè)/共102頁(yè)5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成片外擴(kuò)展1片6116，2KB的SRAM第60頁(yè)/共102頁(yè)

外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作時(shí)序1.讀片外RAM操作時(shí)序

RD第61頁(yè)/共102頁(yè)2.寫(xiě)片外RAM操作時(shí)序

寫(xiě)是CPU主動(dòng)把數(shù)據(jù)送上P0口總線。故在時(shí)序上，CPU先向P0口總線上送完8位地址后，在S3狀態(tài)就將數(shù)據(jù)送到P0口總線。

第62頁(yè)/共102頁(yè)5.1存儲(chǔ)器的擴(kuò)展5.1.1存儲(chǔ)器分類(lèi)、常用存儲(chǔ)芯片及其選擇5.1.2MCS-51單片機(jī)片外三總線的形成5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法第63頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法存儲(chǔ)空間分配存儲(chǔ)空間是計(jì)算機(jī)資源之一分配存儲(chǔ)空間：指確定存儲(chǔ)芯片或接口芯片地址（范圍）的過(guò)程。如6264芯片，內(nèi)含8KB，即8192個(gè)存儲(chǔ)單元。給6264分配存儲(chǔ)空間的含義是確定其每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址。第64頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法片選信號(hào)的產(chǎn)生方法片選信號(hào)（/CS,/CE）的作用：決定每個(gè)器件是否具有使用總線的權(quán)利。片選信號(hào)的產(chǎn)生方法：直接接地法、線選法、譯碼法1、直接接地法地址線A12－A0：用于片內(nèi)譯碼，達(dá)到選擇某個(gè)特定單元的目的。地址線A15，A14，A13為無(wú)關(guān)態(tài)。第65頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法訪問(wèn)6264的有效地址？由于系統(tǒng)地址總線中A13-A15未使用，因此訪問(wèn)6264的有效地址為：A15A14A13A12A11－A8A7―A4A3―A0XXX0000000000000……XXX0010000000000……XXX1111111111111第66頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法情況1：A15A14A13A12A11－A8A7―A4A3―A0

0000000000000000……

00011111111111116264芯片首地址：0000H6264芯片末地址：1FFFH第67頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法情況2：A15A14A13A12A11－A8A7―A4A3―A0

0010000000000000……

00111111111111116264芯片首地址：2000H6264芯片末地址：3FFFH第68頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法依次類(lèi)推可得：6242共有8塊存儲(chǔ)地址，占用了全部數(shù)據(jù)空間0000H－1FFFH2000H－3FFFH4000H－5FFFH6000H－7FFFH8000H－9FFFHA000H－BFFFHC000H－DFFFHE000H－FFFFH6242共有8塊存儲(chǔ)地址，即存在重復(fù)地址，它占用了全部數(shù)據(jù)空間！第69頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法2、線選法直接利用單根地址線作為片選信號(hào)。例：采用線選法擴(kuò)展兩片8KBROM以及8KBRAM6264和2764都是8KX8的存儲(chǔ)器，它們都有13根地址線A0-A12；用剩余3根地址線A13-A15分別作片選信號(hào)；A13(P2.5)連2764(1)和6264(1)的片選端；A14(P2.6)連2764(2)和6264(2)的片選端。第70頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法訪問(wèn)6264（1）的地址約束條件為：

A15(P2.7) A14(P2.6) A13(P2.5) X X 0由于有兩根地址線未使用，故可選擇的地址空間為：0000H－1FFFH，4000H－5FFFF，8000H－9FFFH,C000H－DFFFH這四個(gè)存儲(chǔ)區(qū)是重疊的，例如，地址0000H,4000H,8000H,C000H都對(duì)應(yīng)6264（1）中的同一個(gè)地址單元，即地址重疊了，其他幾片與此類(lèi)似。所以用線選法實(shí)現(xiàn)片選，其存儲(chǔ)單元地址不是唯一的。第71頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法訪問(wèn)6264（2）的地址約束條件為：

A15(P2.7) A14(P2.6) A13(P2.5) X 0 X由于有兩根地址線未使用，故可選擇的地址空間為：0000H－1FFFH，2000H－3FFFF，8000H－9FFFH,A000H－BFFFH可見(jiàn)對(duì)于兩片6264來(lái)說(shuō)，地址空間0000H－1FFFH和8000H－9FFFH是重疊的，因此不能使用這一范圍的地址來(lái)訪問(wèn)片外RAM，否則會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)6264都被選中的情況，會(huì)造成邏輯錯(cuò)誤。片外2764的地址空間情況與6264相同。第72頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法3、譯碼法多根地址線經(jīng)過(guò)譯碼器、簡(jiǎn)單邏輯電路、可編程邏輯陣列處理后產(chǎn)生片選信號(hào)。地址譯碼法又有部分譯碼和全譯碼兩種方式。第73頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法全譯碼除存儲(chǔ)器芯片所用地址線與CPU的地址線對(duì)應(yīng)相連外，未用的地址線全部參加譯碼，通過(guò)地址譯碼器產(chǎn)生存儲(chǔ)器的片選信號(hào)。第74頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法3-8線譯碼器74LS138第75頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法雙2-4線譯碼器74LS139第76頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法訪問(wèn)6264（1）的地址約束條件為：/CE=/Y0 A15(P2.7) A14(P2.6) A13(P2.5) G B A 0 0 06264(1)的地址范圍為0000H－1FFFH第77頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法訪問(wèn)6264（2）的地址約束條件為：/CE=/Y0 A15(P2.7) A14(P2.6) A13(P2.5) G B A 0 0 16264(2)的地址范圍為2000H－3FFFH6264(1)和6264(2)的地址空間都是唯一的，不存在重復(fù)地址。第78頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法16根地址線中低13位（A0－A12）用于片內(nèi)譯碼，高3位（A13、A14、A15）用于片選譯碼。全部地址線參與了譯碼，6264不再存在重復(fù)地址！第79頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法如圖所示的片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法，各存儲(chǔ)器的地址空間為：2764(1)：程序存儲(chǔ)空間0000H-1FFFH（/Y0）2764(2)：程序存儲(chǔ)空間2000H-3FFFH（/Y1）6264(1)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間0000H-1FFFH（/Y0）6264(2)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間2000H-3FFFH（/Y1）第80頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法部分譯碼部分譯碼是指，未用的高位地址線部分參加譯碼，其譯碼輸出分別連到不同的片選端。情況1：采用A15、A14參與譯碼，A13未使用：第81頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法情況2：采用A15、A13參與譯碼，A14未使用：第82頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法線選法：簡(jiǎn)單，芯片之間的地址不連續(xù)，存在重疊區(qū)；譯碼法：略復(fù)雜；部分譯碼存在重復(fù)地址；全譯碼不存在重復(fù)地址，存儲(chǔ)空間地址資源利用率高。使用方法：多采用部分譯碼方法；首選高位地址進(jìn)行譯碼；多采用簡(jiǎn)單邏輯門(mén)電路，和可編程器件（CPLD）實(shí)現(xiàn)。第83頁(yè)/共102頁(yè)例采用譯碼器法擴(kuò)展2片8KBEPROM，2片8KBRAM。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。第84頁(yè)/共102頁(yè)可見(jiàn)譯碼法進(jìn)行地址分配，各芯片地址空間是連續(xù)的。各存儲(chǔ)器地址范圍如下：第85頁(yè)/共102頁(yè)外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路的工作原理及軟件設(shè)計(jì)

1.單片機(jī)片外程序區(qū)讀指令過(guò)程

2.單片機(jī)片外數(shù)據(jù)區(qū)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)過(guò)程例如，把片外1000H單元的數(shù)送到片內(nèi)RAM50H單元，程序如下：

MOVDPTR，#1000H

MOVXA，@DPTR

MOV50H，A

例如，把片內(nèi)50H單元的數(shù)據(jù)送到片外1000H單元中，程序如下：

MOVA,50H MOVDPTR,#1000H

MOVX

@DPTR,A第86頁(yè)/共102頁(yè)MCS-51單片機(jī)讀寫(xiě)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，除用MOVXA,@DPTR和MOVX@DPTR,A外，還可使用MOVXA,@Ri和MOVX@Ri,A。這時(shí)通過(guò)P0口輸出Ri中的內(nèi)容（低8位地址），而把P2口原有的內(nèi)容作為高8位地址輸出。例：將程序存儲(chǔ)器中以TAB為首址的32個(gè)單元的內(nèi)容依次傳送到外部RAM以7000H為首地址的區(qū)域去。第87頁(yè)/共102頁(yè)DPTR指向標(biāo)號(hào)TAB的首地址。R0既指示外部RAM的地址，又表示數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)TAB的位移量。本程序的循環(huán)次數(shù)為32，R0的值：0～31，R0的值達(dá)到32就結(jié)束循環(huán)。程序如下：

MOV P2,#70H MOV DPTR,#TAB

MOV R0,#0AGIN: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOVX @R0,A INC R0 CJNE R0,#32,AGINHERE: SJMP HERETAB: DB……

第88頁(yè)/共102頁(yè)5.1.3存儲(chǔ)空間分配和片選信號(hào)產(chǎn)生方法數(shù)據(jù)空間和程序空間的合并ROM＝程序存儲(chǔ)器？RAM＝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器？區(qū)分程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的本質(zhì)是什么？第89頁(yè)/共102頁(yè)5.2并口的擴(kuò)展I/O(輸入/輸出)接口是MCS-51與外設(shè)交換數(shù)字

信息的橋梁。I/O擴(kuò)展也屬于系統(tǒng)擴(kuò)展的一部分。MCS-51真正用作I/O口線的只有P1口的8位I/O線

和P3口的某些位線。在多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，MCS-51單片機(jī)都需要外擴(kuò)

I/O接口電路。第90頁(yè)/共102頁(yè)I/O接口的功能I/O接口電路應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：1.實(shí)現(xiàn)和不同外設(shè)的速度匹配大多數(shù)的外設(shè)的速度很慢，無(wú)法和μs量級(jí)的單片機(jī)速度相比。單片機(jī)只有在確認(rèn)外設(shè)已為數(shù)據(jù)傳送做好準(zhǔn)備的前提下才能進(jìn)行I/O操作。想知道外設(shè)是否準(zhǔn)備好，需I/O接口電路與外設(shè)之間傳送狀態(tài)信息。

第91頁(yè)/共102頁(yè)2.輸出數(shù)據(jù)鎖存由于單片機(jī)工作速度快，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上保留的時(shí)間十分短暫，無(wú)法滿(mǎn)足慢速外設(shè)的數(shù)據(jù)接收。I/O電路應(yīng)具有數(shù)據(jù)輸出鎖存器，以保證接收設(shè)備接收。3.輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖輸入