LJYMCS單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)

LJYMCS單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)演示文稿44/1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一LJYMCS單片機(jī)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/3系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如下圖:MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):哈佛結(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。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/48.2系統(tǒng)總線及總線構(gòu)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(jiǎn)寫AB）

2.數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡(jiǎn)寫DB)3.控制總線（ControlBus，簡(jiǎn)寫CB）8.2.2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(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”I/O接口芯片就是I/O擴(kuò)展?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/5MCS-51由于引腳數(shù)目限制，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?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/6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(hào)線。ALE,PSEN*,EA*,RD*和WR*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?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/78.2.3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。SPI（SerialPeriperalInterface）I2C公用雙總線缺點(diǎn):串行接口器件速度較慢(現(xiàn)也很快）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。(儀表行業(yè)串行占主要）現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/88.3讀寫控制、地址空間分配和外部地址鎖存器8.3.1存儲(chǔ)器擴(kuò)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?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/98.3讀寫控制、地址空間分配和外部地址鎖存器8.3.2存儲(chǔ)器地址空間分配MCS-51發(fā)出的地址:用來選擇某個(gè)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行讀寫，要完成這種功能，必須進(jìn)行兩種選擇： ①“片選”和②“單元選擇”。存儲(chǔ)器空間分配①考慮地址線連接，②各存儲(chǔ)器芯片在整個(gè)存儲(chǔ)空間中所占據(jù)的地址范圍。常用的存儲(chǔ)器地址分配的方法有兩種：

線性選擇法（簡(jiǎn)稱線選法）

地址譯碼法（簡(jiǎn)稱譯碼法）?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/101.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)。例某一系統(tǒng)，需要外擴(kuò)8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），這些芯片與MCS-51單片機(jī)地址分配有關(guān)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):1110xxxxB現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/112.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）現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/12(2)74LS139（雙2-4譯碼器）引腳如下圖。真值表如表8-2（P168）所示?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/13全地址譯碼方式，每次只能選中一個(gè)存儲(chǔ)單元。同類存儲(chǔ)器間不會(huì)產(chǎn)生地址重疊的問題。例要擴(kuò)8片8KB的RAM6264，如何通過74LS138把64KB（地址）空間分配給各個(gè)芯片？現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/14如果用74LS138把64K空間全部劃分為每塊4KB，如何劃分？現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/158.3.3外部地址鎖存器

常用的地址鎖存器芯片有:74LS373、8282、74LS573等?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/163．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8282一樣，為繪制印刷電路板時(shí)的布線提供了方便?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/178.4程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展只讀存儲(chǔ)器，非易失性。（1）掩膜ROM：在制造過程中編程。成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。（2）可編程ROM（PROM）：OTP(onetimeprogrammable)ROM用獨(dú)立的編程器寫入。但PROM只能寫入一次，且不能再修改。（3）EPROM：電信號(hào)編程，紫外線擦除。（4）E2PROM（EEPROM）：電信號(hào)編程，電信號(hào)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(chǔ)器，簡(jiǎn)稱閃存。大有取代E2PROM的趨勢(shì)。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/188.4.1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(chǔ)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(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

擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)盡量用大容量的芯片。(余地)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/192.EPROM芯片的工作方式（1）讀出方式片選CE*

（G）:低輸出允許控制OE*（E）: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(yàn)方式（5）編程禁止方式

/OE為高輸出呈高阻狀態(tài)?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/208.4.2程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序訪問程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào):

（1）ALE

（2）PSEN*

（3）EA*1:片內(nèi)0：片外如果指令是從片外EPROM中讀取，ALE用于低8位地址鎖存，PSEN*接外擴(kuò)EPROM的OE*腳。P0口:分時(shí)低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線，P2口:高8位地址線?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/212.操作時(shí)序

(1)應(yīng)用系統(tǒng)中無(wú)片外RAM與P0、P2相關(guān)，從ROM讀取指令現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/22(2)應(yīng)用系統(tǒng)中接有片外RAM與P0、P2相關(guān)，1）從ROM讀取指令 2）外部RAM地址、數(shù)據(jù)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/238.4.3典型的EPROM接口電路1.使用單片EPROM的擴(kuò)展電路

2716、2732EPROM價(jià)格貴，容量小，且難以買到。介紹2764、27128、27256、27512芯片的接口電路?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/24外擴(kuò)16K字節(jié)的EPROM27128的接口電路圖現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/25MCS-51外擴(kuò)單片32K字節(jié)的EPROM27256的接口。現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/263.使用多片EPROM的擴(kuò)展電路

MCS-51擴(kuò)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(chǔ)容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/278.5靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8.5.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片典型型號(hào)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(hào)輸入。對(duì)于6264芯片，當(dāng)26腳(CS2)為高電平時(shí),且/CS1為低電平時(shí)才選中。

OE*：讀選通信號(hào)輸入線。

WE*：寫允許信號(hào)輸入線，低電平有效?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/286264現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/29Vcc：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?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/308.5.2外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序1.讀片外RAM操作時(shí)序現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/312.寫片外RAM操作時(shí)序

寫是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。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/328.5.3典型的外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路圖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?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/33地址線為A0～A12，故8031剩余地址線為三根。用線選法可擴(kuò)展3片6264。3片6264對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器空間如下表。現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/34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(chǔ)容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K譯碼選通法擴(kuò)展?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/35單片62256與8031的接口電路如圖8-23所示。地址范圍為0000H～7FFFH。現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/36例8-1

編寫程序?qū)⑵鈹?shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)使用字節(jié)計(jì)數(shù)器。

MOVDPTR，#5000H ；設(shè)置數(shù)據(jù)塊指針的初值

MOVR7，#00H ；設(shè)置塊長(zhǎng)度計(jì)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(zhǎng)度減1，若不為0則繼續(xù)清零HERE：SJMPHERE ；執(zhí)行完畢，原地踏步現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/37例8-1

編寫程序?qū)⑵鈹?shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)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： SJMPHERE現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/388.6EPROM和RAM的綜合擴(kuò)展8.6.1綜合擴(kuò)展的硬件接口電路例8-2

采用線選法擴(kuò)展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM選6264，EPROM選2764。（1）各芯片地址空間分配、片選信號(hào)

（2）控制信號(hào)IC2和IC4地址：2000H～3FFFH（P2.6=0、P2.5=1）IC1、IC3地址：4000H～5FFFH（P2.6=1、P2.5=0）。線選法地址不連續(xù)，地址空間利用不充分。現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/39例8-3

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)展接口電路見圖8-25。各存儲(chǔ)器的地址范圍如下：現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/408.6.2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)讀指令過程

2.單片機(jī)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(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現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/418.6.2外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路的工作原理及軟件設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)讀寫片外數(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?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/42例8-4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。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……

現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/438.7E2PROM的擴(kuò)展保留信息長(zhǎng)達(dá)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(shè)計(jì)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(shí)間均為250ns，寫入時(shí)間10ms。現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有47頁(yè)\編輯于星期一44/448.7.3MCS-51擴(kuò)展E2PROM的方法

1.MCS-51外擴(kuò)2817A2817A既可作為外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，又可作