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文檔簡介
第六章單片機(jī)并行存儲器的擴(kuò)展
第一節(jié)概述第二節(jié)系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造第三節(jié)程序存儲器EPROM的擴(kuò)展第四節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴(kuò)展
第一節(jié)概述片內(nèi)的資源如不滿足需要,需外擴(kuò)存儲器和I/O功能部件:系統(tǒng)擴(kuò)展問題,內(nèi)容主要有:(1)外部存儲器的擴(kuò)展(外部存儲器又分為外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器)(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)展外部存儲器,I/O接口部件的擴(kuò)展下一章介紹。
第二節(jié)系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造MCS-51系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成如圖所示的三總線結(jié)構(gòu):所有外部芯片都通過這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造
1系統(tǒng)總線
按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組:
1.地址總線(AdressBus,簡寫AB)
2.數(shù)據(jù)總線(DataBus,簡寫DB)
3.控制總線(ControlBus,簡寫CB)
2構(gòu)造系統(tǒng)總線
系統(tǒng)擴(kuò)展的首要問題:
構(gòu)造系統(tǒng)總線,然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲器芯片或I/O接口芯片,“掛”存儲器芯片就是存儲器擴(kuò)展,“掛”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,需要外加地址鎖存器,從而構(gòu)成與一般CPU相類似的片外三總線,見下圖。
MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲器的硬件電路(如圖所示)
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(圖6-3)。
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(圖6-3)。
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.控制信號線。 *使用ALE信號作為低8位地址的鎖存控制信號。 *以PSEN*信號作為擴(kuò)展程序存儲器的讀選通信號。 *以EA*信號作為內(nèi)外程序存儲器的選擇控制信號。 *由RD*和WR*信號作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器和I/O口的讀選通、寫選通信號。盡管MCS-51有4個并行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。第三節(jié)程序存儲器EPROM的擴(kuò)展擴(kuò)展程序存儲器常用的芯片是EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)型(紫外線可擦除型),如:2716(2K×8)、2732(4K×8)、
2764(8K×8)、27128(16K×8)、27256(32K×8)、27512(64K×8)等。另外,還有+5V電可擦除EEPROM,如
2816(2K×8)、2864(8K×8)等等。存儲器的擴(kuò)展連線1、常用存儲器芯片比較
紫外線擦除電可編程只讀存儲器EPROM是國內(nèi)用得較多的程序存儲器。
EPROM芯片上有一個玻璃窗口,在紫外線照射下,存儲器中的各位信息均變1,即處于擦除狀態(tài)。擦除干凈的EPROM可以通過編程器將應(yīng)用程序固化到芯片中。如果程序總量不超過4KB,一般選用具有內(nèi)部ROM的單片機(jī)。8051內(nèi)部ROM只能由廠家將程序一次性固化,不適合小批量用戶和程序調(diào)試時使用,因此選用8751、8951的用戶較多。如果程序超過4KB,用戶一般不會選用8751、8951,而是直接選用8031,利用外部擴(kuò)展存儲器來存放程序。
實(shí)例:在8031單片機(jī)上擴(kuò)展4KBEPROM程序存儲器
選擇芯片本例要求選用8031單片機(jī),內(nèi)部無ROM區(qū),無論程序長短都必須擴(kuò)展程序存儲器(目前較少這樣使用,但擴(kuò)展方法比較典型、實(shí)用)。在選擇程序存儲器芯片時,首先必須滿足程序容量,其次在價格合理情況下盡量選用容量大的芯片。這樣做的話,使用的芯片少,從而接線簡單,芯片存儲容量大,程序調(diào)整余量也大。如估計程序總長3KB左右,最好是擴(kuò)展一片4KB的EPROM2732,而不是選用2片2716(2KB)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計中應(yīng)注意,盡量減少芯片使用個數(shù),使得電路結(jié)構(gòu)簡單,提高可靠性。硬件電路圖
8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲器電路如圖所示。選用集成芯片引腳圖
EPROM273212根地址線地址鎖存器74LS373芯片說明
①74LS373。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器,由于片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)中,數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口,因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端G直接與單片機(jī)的鎖存控制信號ALE相連,在ALE的下降沿鎖存低8位地址。圖8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲器電路②EPROM2732。EPROM2732的容量為4K×8位。4K表示有4×1024(22×210=212)個存儲單元,8位表示每個單元存儲數(shù)據(jù)的寬度是8位。前者確定了地址線的位數(shù)是12位(A0~A11),后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是8位(O0~O7)。目前,除了串行存儲器之外,一般情況下,我們使用的都是8位數(shù)據(jù)存儲器。2732采用單一+5V供電,最大靜態(tài)工作電流為100mA,維持電流為35mA,讀出時間最大為250ns。A0~A11為地址線;D0~D7為數(shù)據(jù)線;CE為片選線;OE/VPP為輸出允許/編程高壓。OE/VPP為雙功能管腳,當(dāng)2732用作程序存儲器時,其功能是允許讀數(shù)據(jù)出來;當(dāng)對EPROM編程(也稱為固化程序)時,該管腳用于高電壓輸入。除了12條地址線和8條數(shù)據(jù)線之外,CE為片選線,低電平有效。也就是說,只有當(dāng)CE為低電時,2732才被選中,否則2732不工作。GND:工作時接地線。圖8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲器電路連線說明:①地址線。單片機(jī)擴(kuò)展片外存儲器時,地址是由P0和P2口提供的。圖6.2中,2732的12條地址線(A0~A11)中,低8位A0~A7通過鎖存器74LS373與P0口連接,高4位A8~A11直接與P2口的P2.0~P2.3連接,P2口本身有鎖存功能。注意,鎖存器的鎖存使能端G必須和單片機(jī)的ALE管腳相連。②數(shù)據(jù)線。2732的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的P0口相連。因此,P0口是一個分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線。③控制線。CPU執(zhí)行2732中存放的程序指令時,取指階段就是對2732進(jìn)行讀操作。注意,CPU對EPROM只能進(jìn)行讀操作,不能進(jìn)行寫操作。CPU對2732的讀操作控制都是通過控制線實(shí)現(xiàn)的。2732控制線的連接有以下幾條:
CE:直接接地。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展了一個程序存儲器芯片,因此,2732的片選端直接接地,表示2732一直被選中。若同時擴(kuò)展多片,需通過譯碼器來完成片選工作。
OE:接8031的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時,只要端出現(xiàn)負(fù)脈沖,即可從2732中讀出程序。3、程序存儲器的擴(kuò)展連線
EPROM2751264KB16根地址線程序存儲器的擴(kuò)展連線步驟1:
程序存儲器的擴(kuò)展連線步驟2:
程序存儲器的擴(kuò)展連線步驟3:
程序存儲器的擴(kuò)展連線步驟4:
程序存儲器的擴(kuò)展連線步驟5:
第四節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴(kuò)展
RAM是用來存放各種數(shù)據(jù)的,MCS-51系列8位單片機(jī)內(nèi)部有128BRAM存儲器,CPU對內(nèi)部RAM具有豐富的操作指令。但是,當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時,僅靠片內(nèi)提供的RAM是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此時,我們可以利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能,擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器的擴(kuò)展原理框圖
數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展原理框圖
常用的外部數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM(StaticRandomAccessMemory-SRAM)和動態(tài)RAM(DynamicRandomAccessMemory—DRAM)兩種。前者讀/寫速度高,一般都是8位寬度,易于擴(kuò)展,且大多數(shù)與相同容量的EPROM引腳兼容,有利于印刷板電路設(shè)計,使用方便;缺點(diǎn)是集成度低,成本高,功耗大。后者集成度高,成本低,功耗相對較低;缺點(diǎn)是需要增加一個刷新電路,附加另外的成本。
MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲器的地址線也是由P0口和P2口提供的,因此最大尋址范圍為64KB(0000H~FFFFH)。一般情況下,SRAM用于僅需要小于64KB數(shù)據(jù)存儲器的小系統(tǒng),DRAM經(jīng)常用于需要大于64KB的大系統(tǒng)。
實(shí)例:在一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展2KB靜態(tài)RAM。芯片選擇單片機(jī)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器常用的靜態(tài)RAM芯片有6116(2K×8位)、6264(8K×8位)、62256(32K×8位)等。根據(jù)題目容量的要求,我們選用SRAM6116。
6116的管腳與EPROM2716管腳兼容,管腳如圖所示。圖7-4硬件電路
單片機(jī)與6116的硬件連接如圖所示。數(shù)據(jù)總線的連接:P0.0~P0.7(數(shù)據(jù)總線)----------------D0~D7控制總線的連接:地址總線的連接:RD(讀外部數(shù)據(jù))---------OEP0.0~P0.7(地址總線低8位)-----------A0~A7WR(寫外部數(shù)據(jù))------------WEP2.0~P2.4(地址總線高8位中的5位)----A8~A12ALE(地址鎖存允許)-----接373
的使能端G
經(jīng)過373
片外RAM地址范圍的確定及使用按照上圖的連線,片選端直接與某一地址線P2.7相連,這種擴(kuò)展方法稱為線選法。顯然,只有P2.7=0,才能夠選中該片6116。
單片機(jī)對RAM的讀寫除了可以如下指令:
MOVX @DPTR,A ;64KB內(nèi)寫入數(shù)據(jù)
MOVX A,@DPTR;64KB內(nèi)讀取數(shù)據(jù)另外,還可以使用以下指令對低256B進(jìn)行讀寫:
MOVX @Ri,A ;低256B內(nèi)寫入數(shù)據(jù)
MOVXA,@Ri
;低256B內(nèi)讀取數(shù)據(jù)4、數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展連線
數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展連線步驟1:
數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展連線步驟2:
數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展連線步驟3:
數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展連線步
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