單片機擴展存儲器的設(shè)計詳解

單片機擴展存儲器的設(shè)計詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期一優(yōu)選單片機擴展存儲器的設(shè)計現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期一44/38.2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(gòu)造系統(tǒng)總線系統(tǒng)擴展的首要問題:

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展，“掛”I/O接口芯片就是I/O擴展?，F(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期一44/4MCS-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4頁\一共有43頁\編輯于星期一44/5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?，F(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期一44/68.2.3單片機系統(tǒng)的串行擴展技術(shù)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(yīng)用的場合，還是并行擴展占主導(dǎo)地位。(儀表行業(yè)串行占主要）現(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期一44/78.3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。現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\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8.3.2存儲器地址空間分配MCS-51發(fā)出的地址:用來選擇某個存儲器單元進行讀寫，要完成這種功能，必須進行兩種選擇： ①“片選”和②“單元選擇”。存儲器空間分配①考慮地址線連接，②各存儲器芯片在整個存儲空間中所占據(jù)的地址范圍。常用的存儲器地址分配的方法有兩種：

線性選擇法（簡稱線選法）

地址譯碼法（簡稱譯碼法）?，F(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期一44/91.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(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9頁\一共有43頁\編輯于星期一44/102.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10頁\一共有43頁\編輯于星期一44/11(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11頁\一共有43頁\編輯于星期一44/12全地址譯碼方式，每次只能選中一個存儲單元。同類存儲器間不會產(chǎn)生地址重疊的問題。例要擴8片8KB的RAM6264，如何通過74LS138把64KB（地址）空間分配給各個芯片？現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期一44/13如果用74LS138把64K空間全部劃分為每塊4KB，如何劃分？現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期一44/148.3.3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14頁\一共有43頁\編輯于星期一44/153．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的布線提供了方便?，F(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期一44/168.4程序存儲器EPROM的擴展只讀存儲器，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：電信號編程，紫外線擦除。（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?，F(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期一44/178.4.1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(yīng)盡量用大容量的芯片。(余地)現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期一44/182.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）編程校驗方式（5）編程禁止方式

/OE為高輸出呈高阻狀態(tài)?，F(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期一44/198.4.2程序存儲器的操作時序訪問程序存儲器的控制信號:

（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EPROM的OE*腳。P0口:分時低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19頁\一共有43頁\編輯于星期一44/202.操作時序

(1)應(yīng)用系統(tǒng)中無片外RAM與P0、P2相關(guān)，從ROM讀取指令現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期一44/21(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21頁\一共有43頁\編輯于星期一44/228.4.3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。現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期一44/23外擴16K字節(jié)的EPROM27128的接口電路圖現(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期一44/24MCS-51外擴單片32K字節(jié)的EPROM27256的接口?，F(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期一44/253.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-FFFFH16K現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期一44/268.5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。現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期一44/276264現(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期一44/28Vcc：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。現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期一44/298.5.2外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序1.讀片外RAM操作時序現(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期一44/302.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?，F(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期一44/318.5.3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?，F(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期一44/32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(yīng)的存儲器空間如下表?，F(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期一44/33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?，F(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期一44/34單片62256與8031的接口電路如圖8-23所示。地址范圍為0000H～7FFFH?，F(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期一44/35例8-1

編寫程序?qū)⑵鈹?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(shè)置數(shù)據(jù)塊指針的初值

MOVR7，#00H ；設(shè)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，原地踏步現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期一44/36例8-1

編寫程序?qū)⑵鈹?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： SJMPHERE現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期一44/378.6EPROM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。（1）各芯片地址空間分配、片選信號

（2）控制信號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?，F(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期一44/38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：現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期一44/398.6.2外擴存儲器電路的工作原理及軟件設(shè)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(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39頁\一共有43頁\編輯于星期一44/408.6.2外擴存儲器電路的工作原理及軟件設(shè)計MCS-51單片機讀寫片外數(shù)據(jù)存儲器中的內(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40頁\一共有43頁\編輯于星期一44/41例8-4將程序存儲器中以TAB為首址的32個單元的內(nèi)容依次傳送到外部RAM以7000H為首