LJY第8章 MCS-51單片機擴展存儲器的設計課件

第8章MCS-51單片機擴展存儲器的設計

8.1概述片內的資源如不滿足需要，需外擴存儲器和I/O功能部件：系統(tǒng)擴展問題，內容主要有：(1)外部存儲器的擴展（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接口部件的擴展。本章介紹MCS–51單片機如何擴展外部存儲器，I/O接口部件的擴展下一章介紹。1系統(tǒng)擴展結構如下圖:MCS-51單片機外部存儲器結構:哈佛結構。MCS-51數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的最大擴展空間各為64KB。系統(tǒng)擴展首先要構造系統(tǒng)總線。28.2系統(tǒng)總線及總線構造8.2.1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）8.2.2構造系統(tǒng)總線系統(tǒng)擴展的首要問題:構造系統(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展，“掛”I/O接口芯片就是I/O擴展。3地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴展電路如下圖(圖8-3)。

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。ALE,PSEN*,EA*,RD*和WR*盡管MCS-51有4個并行I/O口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴展需要，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。58.2.3單片機系統(tǒng)的串行擴展技術優(yōu)點：串行接口器件體積小，與單片機接口時需要的I/O口線很少（僅需3-4根），提高可靠性。SPI（SerialPeriperalInterface）I2C公用雙總線缺點:串行接口器件速度較慢(現(xiàn)也很快）在大多數(shù)應用的場合，還是并行擴展占主導地位。(儀表行業(yè)串行占主要）68.3讀寫控制、地址空間分配和外部地址鎖存器8.3.1存儲器擴展的讀寫控制RAM芯片：讀寫控制引腳，記為/OE和/WE，與MCS-51的/RD和/WR相連。EPROM芯片：只能讀出，故只有讀出引腳，記為/OE，該引腳與MCS-51的/PSEN相連。71.線選法

直接利用系統(tǒng)的高位地址線作為存儲器芯片（或I/O接口芯片）的片選信號。例某一系統(tǒng)，需要外擴8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），這些芯片與MCS-51單片機地址分配有關的地址線連線，電路如下圖。地址映射表（高位）：2732(1):0111xxxxB2732(2):1011xxxxB6116(1):1101xxxxB6116(2):1110xxxxB92.譯碼法

常用的譯碼器芯片：74LS138（3-8譯碼器）74LS139（雙2-4譯碼器）74LS154（4-16譯碼器）。

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。(1)74LS138（3～8譯碼器）10(2)74LS139（雙2-4譯碼器）引腳如下圖。真值表如表8-2（P168）所示。11如果用74LS138把64K空間全部劃分為每塊4KB，如何劃分？138.3.3外部地址鎖存器

常用的地址鎖存器芯片有:74LS373、8282、74LS573等。143．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，與鎖存器8282一樣，為繪制印刷電路板時的布線提供了方便。158.4程序存儲器EPROM的擴展（3）EPROM

電信號編程，紫外線擦除的只讀存儲器芯片。（4）E2PROM（EEPROM）

電信號編程，電信號擦除的ROM芯片。讀寫操作與RAM幾乎沒有什么差別，只是寫入的速度慢一些。但斷電后能夠保存信息。（5）FlashROM又稱閃爍存儲器，簡稱閃存。大有取代E2PROM的趨勢。178.4.1常用EPROM芯片介紹典型芯片是27系列產(chǎn)品，“27”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。2764（8KB×8）27128（16KB×8）27256（32KB×8）27512（64KB×8）CE*：片選輸入端/GOE*：輸出允許控制端/EPGM*：編程時，加編程脈沖的輸入端Vpp：編程時，編程電壓（+12V或+25V）輸入端

擴展程序存儲器時，應盡量用大容量的芯片。(余地)182.EPROM芯片的工作方式（1）讀出方式片選CE*:低輸出允許控制OE*:低，Vpp:+5V。（2）編程方式Vpp端加上規(guī)定高壓,CE*和OE*端加合適電平(不同的芯片要求不同)，就能將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入到指定的地址單元。（3）未選中方式片選控制線為高電平。（4）編程校驗方式（5）編程禁止方式/OE為高輸出呈高阻狀態(tài)。192.操作時序(1)應用系統(tǒng)中無片外RAM21(2)應用系統(tǒng)中接有片外RAM228.4.3典型的EPROM接口電路1.使用單片EPROM的擴展電路

2716、2732EPROM價格貴，容量小，且難以買到。介紹2764、27128、27256、27512芯片的接口電路。23MCS-51外擴單片32K字節(jié)的EPROM27256的接口。253.使用多片EPROM的擴展電路

MCS-51擴展4片27128各片62128地址分配表P2.6P2.7譯碼輸出選中芯片地址范圍存儲容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K268.5靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的擴展8.5.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片典型型號有:6116、6264、62128、62256。+5V電源供電，雙列直插封裝，6116為24引腳封裝，6264、62128、62256為28引腳封裝。各引腳功能如下:A0～A14：地址輸入線。D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。/CS1、CS2：片選信號輸入。對于6264芯片，當26腳(CS2)為高電平時,且/CS1為低電平時才選中。

OE*：讀選通信號輸入線。WE*：寫允許信號輸入線，低電平有效。27Vcc：工作電源+5VGND：地有讀出、寫入、維持三種工作方式，這些工作方式的操作控制。298.5.2外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序1.讀片外RAM操作時序302.寫片外RAM操作時序

寫是CPU主動把數(shù)據(jù)送上P0口總線。故在時序上，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。318.5.3典型的外擴數(shù)據(jù)存儲器的接口電路圖8-21給出了用線選法擴展8031外部數(shù)據(jù)存儲器的電路。32地址線為A0～A12，故8031剩余地址線為三根。用線選法可擴展3片6264。3片6264對應的存儲器空間如下表。33各片62128地址分配表P2.6P2.7譯碼輸出選中芯片地址范圍存儲容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K譯碼選通法擴展。34單片62256與8031的接口電路如圖8-23所示。地址范圍為0000H～7FFFH。35例8-1編寫程序將片外數(shù)據(jù)存儲器中5000H～50FFH單元全部清零。方法1：用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，同時使用字節(jié)計數(shù)器。 MOVDPTR，#5000H ；設置數(shù)據(jù)塊指針的初值 MOVR7，#00H ；設置塊長度計數(shù)器初值CLRALOOP：MOVX@DPTR，A ；把某一單元清零 INCDPTR ；地址指針加1 DJNZR7，LOOP ；數(shù)據(jù)塊長度減1，若不為0則繼續(xù)清零HERE：SJMPHERE ；執(zhí)行完畢，原地踏步36例8-1編寫程序將片外數(shù)據(jù)存儲器中5000H～50FFH單元全部清零。方法2：用DPTR作為數(shù)據(jù)區(qū)地址指針，但不使用字節(jié)計數(shù)器，而是比較特征地址。 MOVDPTR，#5000H CLRALOOP： MOVX@DPTR，A INCDPTR MOVR7，DPL CJNER7，#0，LOOP ；與末地址+1比較HERE： SJMPHERE378.6EPROM和RAM的綜合擴展8.6.1綜合擴展的硬件接口電路例8-2

采用線選法擴展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM選6264，EPROM選2764。388.6EPROM和RAM的綜合擴展8.6.1綜合擴展的硬件接口電路例8-2（1）各芯片地址空間分配（2）控制信號及片選信號IC2和IC4占用地址空間為2000H～3FFFH（P2.6=0、P2.5=1）共8KB。同理IC1、IC3地址范圍4000H～5FFFH（P2.6=1、P2.5=0、P2.7=0）。線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充分。39例8-3采用譯碼器法擴展2片8KBEPROM，2片8KBRAM。EPROM選用2764，RAM選用6264。共擴展4片芯片。擴展接口電路見圖8-25。各存儲器的地址范圍如下：可見譯碼法進行地址分配，各芯片地址空間是連續(xù)的。408.6.2外擴存儲器電路的工作原理及軟件設計1.單片機片外程序區(qū)讀指令過程2.單片機片外數(shù)據(jù)區(qū)讀寫數(shù)據(jù)過程例如，把片外1000H單元的數(shù)送到片內RAM50H單元，程序如下： MOVDPTR，#1000H MOVXA，@DPTR MOV50H，A例如，把片內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,A418.6.2外擴存儲器電路的工作原理及軟件設計MCS-51單片機讀寫片外數(shù)據(jù)存儲器中的內容，除用

MOVXA,@DPTR和MOVX@DPTR,A外，還可使用MOVXA,@Ri和MOVX@Ri,A。這時通過P0口輸出Ri中的內容（低8位地址），而把P2口原有的內容作為高8位地址輸出。42例8-4將程序存儲器中以TAB為首址的32個單元的內容依次傳送到外部RAM以7000H為首地址的區(qū)域去。DPTR指向標號TAB的首地址。R0既指示外部RAM的地址，又表示數(shù)據(jù)標號TAB的位移量。本程序的循環(huán)次數(shù)為32，R0的值：0～31，R0的值達到32就結束循環(huán)。程序如下： MOV P2,#70h MOV DPTR,#TAB MOV R0,#0AGIN: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV @R0,A INC R0 CJNE R0,#32,AGINHERE: SJMP HERETAB: DB…… 438.7E2PROM的擴展保留信息長達20年，不存在EPROM在日光下信息緩慢丟失的問題。8.7.1常用的E2PROM芯片在芯片的引腳設計上，2KB的E2PROM2816與相同容量的EPROM2716和靜態(tài)RAM6116兼容，8KB的E2PROM2864A與同容量的EPROM2764和靜態(tài)RAM6264也是兼容的。2816、2817和2864A的讀出數(shù)據(jù)時間均為250ns，寫入時間10ms。448.7.3MCS-51擴展E2PROM的方法

1.MCS-51外擴2817A2817A既可作為外部的數(shù)據(jù)存儲器，又可作為程序存儲器。通過P1.0查詢2817A的RDY/BUSY*狀態(tài)，來完成對2817A的寫操作。片選信號由P2.7提供。452.MCS-51外擴2864A

接口電路見圖8-28。片選端與P2.7連接，P2.7=0才選中2864A，線選法決定了2864A對應多組地址空間，即:0000H～1FFFH，2000H～3FFFH，4000H～5FFFH，6000H～7FFFH。8K字節(jié)的2864A可作為數(shù)據(jù)存儲器使用，但掉電后數(shù)據(jù)不丟失。對2864A裝載一個頁面數(shù)據(jù)(16個字節(jié))的子程序WR2:被寫入的數(shù)據(jù)取自源數(shù)據(jù)區(qū)，子程序入口參數(shù)為： R1=寫入2864A的字節(jié)數(shù)(16個字節(jié)) R2=2864A的低位地址