單片機(jī)及應(yīng)用-第六章-80C51單片機(jī)并行存儲(chǔ)器擴(kuò)展3

第6章單片機(jī)并行存儲(chǔ)器擴(kuò)展主要內(nèi)容6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)6.2存儲(chǔ)器分類6.3存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展6.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用方法6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)兩類外擴(kuò)展：存儲(chǔ)器擴(kuò)展和I/O擴(kuò)展；兩種外擴(kuò)展方法：并行擴(kuò)展和串行擴(kuò)展。6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線80C51單片機(jī)的并行擴(kuò)展是通過(guò)系統(tǒng)總線進(jìn)行的，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下頁(yè)。這里的總線是外部總線，是連接單片機(jī)和擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線，是系統(tǒng)共享的通路，通過(guò)總線把單片機(jī)和擴(kuò)展部件連接起來(lái)，以進(jìn)行數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)的傳送。單片機(jī)并行擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）地址總線在地址總線（AddressBus，簡(jiǎn)寫AB）上傳送的是地址信號(hào)，用于外擴(kuò)展存儲(chǔ)單元和I/O端口的尋址。地址總線是單向的。（2）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線（DataBus，簡(jiǎn)寫DB）用于傳送數(shù)據(jù)、狀態(tài)、指令和命令。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)應(yīng)與單片機(jī)字長(zhǎng)一致。數(shù)據(jù)總線是雙向的。（3）控制總線控制總線（ControlBus，簡(jiǎn)寫CB）是一組控制信號(hào)線。一個(gè)控制信號(hào)的傳送是單向的，但是由不同方向信號(hào)線組合的控制總線則應(yīng)表示為雙向。總線結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)的靈活性。1.并行擴(kuò)展總線的組成6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線2.80C51單片機(jī)并行擴(kuò)展總線80C51單片機(jī)并行擴(kuò)展總線結(jié)構(gòu)圖6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

外部總線和并行I/O接口復(fù)用2.80C51單片機(jī)并行擴(kuò)展總線（1）以P0口的8位口線充當(dāng)?shù)臀坏刂肪€/數(shù)據(jù)線（2）以P2口的口線作高位地址線（3）控制信號(hào)除地址線和數(shù)據(jù)線外，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)還需要單片機(jī)提供一些控制信號(hào)線，這就是擴(kuò)展系統(tǒng)的控制總線。這些控制信號(hào)包括：使用ALE作地址鎖存的選通信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)低8位地址鎖存。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)器的選擇信號(hào)。以/RD和/WR作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀/寫選通信號(hào)。6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

3.外部程序存儲(chǔ)器讀周期6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

3.外部程序存儲(chǔ)器讀周期6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

4.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀周期6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

5.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫周期6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

6.AT89S51的AC特性6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.1單片機(jī)并行擴(kuò)展總線

6.AT89S51的AC特性（續(xù)）6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.2并行擴(kuò)展系統(tǒng)的I/O編址和芯片選取數(shù)據(jù)線和控制信號(hào)線的連接比較簡(jiǎn)單，地址線的連接則比較復(fù)雜，因?yàn)榈刂肪€的連接涉及到I/O編址和芯片的選取問(wèn)題。1.單片機(jī)外擴(kuò)展地址空間單片機(jī)的外擴(kuò)展地址空間，與它的存儲(chǔ)器系統(tǒng)有關(guān)。80C51單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)與外擴(kuò)展地址空間結(jié)構(gòu)如下圖所示。

80C51單片機(jī)系統(tǒng)地址空間結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，首先要解決尋址問(wèn)題，即如何找到要訪問(wèn)的擴(kuò)展芯片以及芯片內(nèi)的目標(biāo)單元。片選：擴(kuò)展芯片上都有一個(gè)甚至多個(gè)片選信號(hào)引腳(常用名為CE或CS)，所以尋找要訪問(wèn)的擴(kuò)展芯片的問(wèn)題就歸結(jié)到如何產(chǎn)生有效的片選信號(hào)。常用的芯片選擇方法有線選法和譯碼法兩種。2.片選技術(shù)6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.2并行擴(kuò)展系統(tǒng)的I/O編址和芯片選?。?）線選法所謂線選法，就是直接以位地址信號(hào)作為芯片的片選信號(hào)。使用時(shí)只需把地址線與擴(kuò)展芯片的片選信號(hào)引腳直接連接即可。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，適用于規(guī)模較小的單片機(jī)系統(tǒng)。2.片選技術(shù)6.1單片機(jī)并行外擴(kuò)展系統(tǒng)

6.1.2并行擴(kuò)展系統(tǒng)的I/O編址和芯片選取假定單片機(jī)系統(tǒng)分別擴(kuò)展了程序存儲(chǔ)器芯片2716、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片6116、并行接口芯片8255、鍵盤/顯示器接口芯片8279和D/A轉(zhuǎn)換芯片0832，則采用線選法尋址的擴(kuò)展片選連接下圖所示。2716的地址空間是多少？能否如此連接2732？（2）譯碼法使用譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼，以其譯碼輸出作為擴(kuò)展芯片的片選信號(hào)。這是一種最常用的尋址方法，能有效地利用存儲(chǔ)空間，適用于大容量、多芯片的系統(tǒng)擴(kuò)展。以譯碼法尋址的系統(tǒng)擴(kuò)展片選連接示意如下圖所示。若/EA＝１，訪問(wèn)2716的地址空間是多少?能否如此接2732？6.2存儲(chǔ)器分類6.2.1只讀存儲(chǔ)器1.掩膜只讀存儲(chǔ)器掩膜只讀存儲(chǔ)器編程是由半導(dǎo)體制造廠家完成的，即在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)編程。因編程過(guò)程是掩膜工藝，因此，稱為掩膜ROM，或MaskROM。2.可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）PROM(ProgrammableRead

OnlyMemory)芯片出廠時(shí)沒(méi)有任何程序信息，其程序是在開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)由用戶寫入的。但這種ROM芯片只能寫入一次，其內(nèi)容一旦寫入就不能再進(jìn)行修改。3.可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)芯片的內(nèi)容也由用戶寫入，但允許反復(fù)擦除重新寫入。EPROM是用紫外線擦除。4.電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory)是一種用電信號(hào)編程也用電信號(hào)擦除的ROM芯片，它可以通過(guò)讀/寫操作進(jìn)行逐個(gè)存儲(chǔ)單元的讀出和寫入，讀/寫功能與RAM存儲(chǔ)器相似，只是寫入速度慢一些，但斷電后卻能保存信息。5.閃速存儲(chǔ)器（FlashROM）閃速存儲(chǔ)器全稱為快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱閃速存儲(chǔ)器或FlashROM，也可簡(jiǎn)寫為FPEROM(FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory。6.2存儲(chǔ)器分類

6.2.1只讀存儲(chǔ)器在單片機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放可隨時(shí)修改的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，隨機(jī)存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory）簡(jiǎn)稱RAM。對(duì)RAM可以進(jìn)行讀/寫兩種操作，但RAM是易失性存儲(chǔ)器，斷電后所存信息消失。按工作方式，RAM又分為靜態(tài)(SRAM)和動(dòng)態(tài)(DRAM)兩種。不考慮刷新，SRAM和DRAM工作有何不同？6.2.2讀/寫存儲(chǔ)器6.2存儲(chǔ)器分類6.3存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器稱為外部ROM；擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器稱為外部RAM。

6.3.1程序存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用只讀存儲(chǔ)器芯片，以最簡(jiǎn)單的2716芯片為例進(jìn)行原理說(shuō)明。2716引腳圖主要引腳功能如下：A10～A0：11位地址。Ｏ7～Ｏ0：數(shù)據(jù)讀出。/CE/PGM：片選/編程。/OE：輸出允許信號(hào)。VPP：編程電源。當(dāng)芯片編程時(shí)，該端加＋25V編程電壓；當(dāng)使用時(shí)，該端加+5V電源。2716引腳圖

單片機(jī)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接圖（1）存儲(chǔ)器擴(kuò)展的主要內(nèi)容存儲(chǔ)器擴(kuò)展的主要內(nèi)容是地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的連接。2716的存儲(chǔ)容量為2KB，需11位地址(A10～A0)進(jìn)行存儲(chǔ)單元編址。為此先把芯片的A7～A0引腳與地址鎖存器的8位地址輸出對(duì)應(yīng)連接，再把A10～A8引腳與P2口的P2.2～P2.0相連。采用線選法進(jìn)行片選，只需在剩下的高位地址線中取一位(P2.7)與2716的CE端相連即可。數(shù)據(jù)線的連接比較簡(jiǎn)單，只要把存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)輸出引腳與單片機(jī)P0口線對(duì)應(yīng)連接就可以了?？刂菩盘?hào)，程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展只涉及PSEN（外部程序存儲(chǔ)器讀選通），把該信號(hào)連接到2716的/OE引腳，用于存儲(chǔ)器讀出選通。（2）存儲(chǔ)單元地址分析只要把最低地址和最高地址找出來(lái)，擴(kuò)展的存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)空間中所占據(jù)的地址范圍即可確定。把P2口中沒(méi)有用到的高位地址線假定為0狀態(tài)，則所擴(kuò)展的2716芯片的地址范圍是：

最低地址 8000H

最高地址 87FFH由于P2.6～P2.3的狀態(tài)與2716芯片的尋址無(wú)關(guān)，所以在該芯片被尋址時(shí)，P2.6～P2.3可以為任意狀態(tài)，即從0000~1111共有16種狀態(tài)組合。表明2716芯片對(duì)應(yīng)著16個(gè)地址區(qū)間，即8000H～87FFH，8800H～8FFFH，9000H～97FFH，9800H～9FFFH，A000H～A7FFH，A800H～AFFFH…在這些地址區(qū)間內(nèi)都能訪問(wèn)到2716，這就是線選法存在的地址區(qū)間重疊問(wèn)題。1.RAM芯片61166116芯片的存儲(chǔ)容量為2KB，雙列直插式封裝，引腳排列如右圖。信號(hào)定義如下：

A10～A0：地址線。D7～D0：數(shù)據(jù)線。

/CE： 片選信號(hào)。

/OE： 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)。

/WE： 寫選通信號(hào)。VCC： 電源(+5V)。GND： 地。6.3存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展

6.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的并行擴(kuò)展

2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展與程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展在數(shù)據(jù)線、地址線的連接上是完全相同的。所不同的是控制信號(hào)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用/RD和/WR分別作為讀/寫選通信號(hào)。例1采用2764和6264芯片在8031片外分別擴(kuò)展24KB程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。6.3存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展

6.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的并行擴(kuò)展6.3存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展

6.3.3使用RAM芯片擴(kuò)展可讀/寫的程序存儲(chǔ)器可用RAM芯片經(jīng)過(guò)特殊連接，作為程序存儲(chǔ)器使用，使其既可以運(yùn)行程序，又可以修改程序，成為一個(gè)可讀/寫的程序存儲(chǔ)器。在運(yùn)行程序時(shí)，需要有程序存儲(chǔ)器的讀信號(hào)/PSEN；在修改程序時(shí)，要用到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀信號(hào)/RD和寫信號(hào)/WR?，F(xiàn)以6116芯片為例，說(shuō)明這3個(gè)信號(hào)的連接方法。其電路如下頁(yè)圖所示。下圖是一個(gè)使用RAM芯片擴(kuò)展可讀寫程序存儲(chǔ)器應(yīng)用實(shí)例。Ⅰ芯片2764用于存放監(jiān)控程序。Ⅱ芯片6264已連接成可讀/寫程序存儲(chǔ)器，用于存放和調(diào)試用戶程序。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段，開(kāi)關(guān)扳向開(kāi)發(fā)端。Ⅰ芯片首地址為0000H，Ⅱ芯片首地址為8000H。系統(tǒng)啟動(dòng)后，自動(dòng)進(jìn)入監(jiān)控程序運(yùn)行。這樣就可以借助監(jiān)控程序，對(duì)可讀/寫程序存儲(chǔ)器中的用戶程序進(jìn)行調(diào)試。用戶程序調(diào)試完成后，把開(kāi)關(guān)扳向應(yīng)用端，再把Ⅰ芯片拔去，Ⅱ芯片的首地址即為0000H。這樣，系統(tǒng)復(fù)位后，用戶程序就能自動(dòng)運(yùn)行。6.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用方法6.4.1單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的特點(diǎn)1.程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器并存

程序存儲(chǔ)器是保存程序的需要，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則是運(yùn)行程序的需要。在系統(tǒng)中兩種存儲(chǔ)器是截然分開(kāi)的，它們有各自的地址空間、操作指令和控制信號(hào)。2.內(nèi)外存儲(chǔ)器并存

片內(nèi)存儲(chǔ)器是芯片固有的，使用方便存取快捷，但容量有限，有時(shí)不能滿足系統(tǒng)需要；而片外存儲(chǔ)器是系統(tǒng)擴(kuò)展的。從而形成了單片機(jī)系統(tǒng)既有內(nèi)部存儲(chǔ)器，又有外部存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。

３個(gè)邏輯存儲(chǔ)空間：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

４個(gè)物理存儲(chǔ)空間：內(nèi)、外部程序存儲(chǔ)器、內(nèi)、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。6.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用方法

6.4.280C51單片機(jī)存儲(chǔ)器的使用1.存儲(chǔ)空間的區(qū)分

（1）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的區(qū)分

芯片內(nèi)部的ROM與RAM是通過(guò)指令來(lái)相互區(qū)分的。讀ROM時(shí)使用MOVC指令，而讀RAM時(shí)則使用MOV指令。

（2）外部程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的區(qū)分

對(duì)外部擴(kuò)展ROM與RAM，同樣使用指令來(lái)加以區(qū)分。讀外部ROM使用MOVC指令，而讀/寫外部RAM則使用MOVX指令。以/PSEN作為外部ROM的讀選通信號(hào)，以/RD和/WR作為外部RAM的讀/寫選通信號(hào)。

6.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用方法

6.4.280C51單片機(jī)存儲(chǔ)器的使用1.存儲(chǔ)空間的區(qū)分

（3）內(nèi)外