第8章擴(kuò)展存儲(chǔ)器

第8章目錄8.1系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)8.2地址空間分配和外部地址鎖存器

8.2.1存儲(chǔ)器地址空間分配

8.2.2外部地址鎖存器8.3程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展

8.3.1常用的EPROM芯片

8.3.2程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序

8.3.3AT89S51單片機(jī)與EPROM的接口電路設(shè)計(jì)8.4靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展

8.4.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片

8.4.2外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序1目前一頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)

8.4.3AT89S51單片機(jī)與RAM的接口電路設(shè)計(jì)8.5EPROM和RAM的綜合擴(kuò)展

8.5.1綜合擴(kuò)展的硬件接口電路

8.5.2外擴(kuò)存儲(chǔ)器電路的工作原理及軟件設(shè)計(jì)8.6E2PROM的擴(kuò)展

8.6.1并行E2PROM芯片簡介

8.6.2E2PROM的工作方式

8.6.3AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展E2PROMAT2864的設(shè)計(jì)8.7片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器的編程

8.7.1通用編程器編程

8.7.2ISP編程2目前二頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)系統(tǒng)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)空間擴(kuò)展：程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間擴(kuò)展：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備地址分配方法線選法譯碼法3目前三頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.1系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)，AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。

圖8-1AT89S51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)4目前四頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)系統(tǒng)總線構(gòu)成：（1）地址總線（AddressBus，AB）：用于傳送單片機(jī)發(fā)出的地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O接口芯片中的寄存器單元的選擇；

選擇達(dá)到的正確結(jié)果是一次只能選通一個(gè)器件的一個(gè)存儲(chǔ)單元。（2）數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）：用于單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器之間或與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)的。（3）控制總線（ControlBus，CB）：控制總線是單片機(jī)發(fā)出的各種控制信號(hào)線（讀寫控制等等）。5目前五頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)系統(tǒng)總線構(gòu)造：

圖8-2AT89C51單片機(jī)擴(kuò)展的片外三總線6目前六頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.2地址空間分配和外部地址鎖存器8.2.1存儲(chǔ)器地址空間分配1.地址空間分配要解決的問題：

1）決定存儲(chǔ)器或接口芯片分配在哪個(gè)存儲(chǔ)空間的哪一個(gè)地址段；

2）發(fā)出一個(gè)地址，只能選通一個(gè)存儲(chǔ)單元，避免同時(shí)訪問兩個(gè)單元，發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。2.單片機(jī)選通存儲(chǔ)單元的原理單片機(jī)A0A15存儲(chǔ)器1存儲(chǔ)器2CE1CE2線選/譯碼注意：1）器件只有片選有效才能被訪問，沒有選中則不能被讀寫；2）一次訪問只能選通一個(gè)器件的一個(gè)單元；7目前七頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)3.常用的地址分配方法1．線選法原理：直接利用系統(tǒng)的某一高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片（或I/O接口芯片）的“片選”控制信號(hào)。為此，只需要把用到的高位地址線與存儲(chǔ)器芯片的“片選”端直接連接即可。優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路，體積小，成本低。

缺點(diǎn)：可尋址的芯片數(shù)目受到限制。（最多能尋址幾個(gè)芯片？）地址空間不連續(xù)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址不唯一，這會(huì)給程序設(shè)計(jì)帶來不便。

應(yīng)用范圍：只適用于外擴(kuò)芯片數(shù)目不多的單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。8目前八頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)2．譯碼法原理：使用譯碼器對(duì)AT89S51單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：

有效地利用存儲(chǔ)器空間，適用于多芯片的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。常用的譯碼器芯片：74LS138（3線-8線譯碼器）

74LS139（雙2線-4線譯碼器）

74LS154（4線-16線譯碼器）譯碼方法的分類:全部高位地址線都參加譯碼，稱為全譯碼;僅部分高位地址線參加譯碼，稱為部分譯碼(有地址重疊問題);9目前九頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)常用的譯碼器芯片。（1）74LS1383線-8線譯碼器，有3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。

當(dāng)譯碼器的輸入為某一固定編碼時(shí)，其輸出僅有一個(gè)固定的引腳輸出為低電平，其余的為高電平。輸出為低電平的引腳就作為某一存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。10目前十頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)（2）74LS139雙2線-4線譯碼器。這兩個(gè)譯碼器完全獨(dú)立，分別有各自的數(shù)據(jù)輸入端、譯碼狀態(tài)輸出端以及數(shù)據(jù)輸入允許端。圖8-474LS139引腳圖11目前十一頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)例:要擴(kuò)8片8KB的RAM6264，如何通過74LS138把64KB

空間分配給各個(gè)芯片？

1）控制信號(hào)：G1接到+5V，

、接地。2）P2.7、P2.6、P2.5（高3位地址線）分別接74LS138

的C、B、A端，譯碼器的8個(gè)輸出

～

，分別接到8片6264的各“片選”端，實(shí)現(xiàn)8選1的片選。3）低13位地址（P2.4～P2.0，P0.7～P0.0）完成對(duì)選中的6264芯片中的各個(gè)存儲(chǔ)單元的“單元選擇”。這樣就把64KB存儲(chǔ)器空間分成8個(gè)8KB空間了。12目前十二頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)64KB地址空間分配如圖8-5所示。

圖8-564KB地址空間劃分成8個(gè)8KB空間13目前十三頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)例：用74LS138把64KB空間全部劃分為4KB的塊，外接16片存儲(chǔ)器，分屬不同的4KB地址。

分析：

4KB空間需12條地址線進(jìn)行單元選擇；剩下4根地址線剛好譯碼成片選端。

問題：74LS138譯碼器輸入只有3條地址線（P2.6～

P2.4），8條輸出線，如何獲得16片存儲(chǔ)器的

16個(gè)片選信號(hào)呢？

解決方法：使用兩片74LS138。注意：采用譯碼器劃分的地址空間塊都是相等的，如果將地址空間塊劃分為不等的塊，可采用可編程邏輯器件FPGA對(duì)其編程來代替譯碼器進(jìn)行非線性譯碼。14目前十四頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)

圖8-6

存儲(chǔ)器空間被劃分成16個(gè)4KB的塊8000H8FFFH9000H9FFFHA000HAFFFHB000HBFFFHC000HCFFFHD000HDFFFHE000HEFFFHF000HFFFFH15目前十五頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.2.2外部地址鎖存器受引腳數(shù)的限制，P0口兼用數(shù)據(jù)線和低8位地址線，為了將它們分離出來，需在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。目前，常用的地址鎖存器芯片有74LS373、74LS573等。1．鎖存器74LS373是一種帶三態(tài)門的8位鎖存器，其引腳如圖8-7所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-8所示。AT89S51與74LS373鎖存器的連接如圖8-9所示。16目前十六頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)圖8-7

鎖存器74LS373的引腳圖8-874LS373的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

引腳說明：D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線，Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線。G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)。當(dāng)加到該引腳的信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。

：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。17目前十七頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)圖8-9AT89S51單片機(jī)P0口與74LS373的連接18目前十八頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)2．鎖存器74LS573也是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與74LS373完全一樣，只是其引腳排列與74LS373不同。圖8-10

鎖存器74LS573的引腳19目前十九頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.3程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展

程序存儲(chǔ)器分類：（1）掩模ROM：

特征：在制造過程中編程，是以掩模工藝實(shí)現(xiàn)的，因此稱為掩模ROM。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，集成度高;

使用：掩模工藝成本較高，因此只適合于大批量生產(chǎn)。（2）可編程ROM（PROM）：

特征：芯片出廠時(shí)沒有任何程序信息，用獨(dú)立的編程器寫入。

使用：PROM只能寫一次，寫入內(nèi)容后，就不能再修改。

20目前二十頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)（3）EPROM：編程器編程（電信號(hào)編程）；

紫外線擦除（擦除時(shí)間較長）；（4）E2PROM（EEPROM）。電信號(hào)編程；

電信號(hào)擦除；讀寫方便，寫入的速度慢一些。（5）FLASHROM電信號(hào)編程；

電信號(hào)擦除；讀寫速度很快，存取時(shí)間可達(dá)70ns；

成本比E2PROM低得多。21目前二十一頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.3.1常用的EPROM芯片1）認(rèn)識(shí)型號(hào)名稱（orderinginformation）

TMS2732A2）性能與價(jià)格隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，大容量存儲(chǔ)器芯片產(chǎn)量劇增，售價(jià)不斷下降，性價(jià)比明顯增高，且由于小容量芯片停止生產(chǎn)，使市場(chǎng)某些小容量芯片價(jià)格反而比大容量芯片還貴。所以，應(yīng)盡量采用大容量芯片。廠家代號(hào)，通常廠家不同就不同芯片系列代號(hào)位容量22目前二十二頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)3）常用的27系列芯片的參數(shù)注：VCC是芯片供電電壓，VPP是編程電壓，Im為最大靜態(tài)電流，Is為維持電流，TRM為最大讀出時(shí)間。23目前二十三頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)圖8-11常用EPROM芯片引腳8KB13根地址線16KB14根地址線32KB15根地址線64KB16根地址線A0～A15：地址線引腳。它的數(shù)目由芯片的存儲(chǔ)容量決定，用于進(jìn)行單元選擇。D7～D0：數(shù)據(jù)線引腳。：片選控制端。：輸出允許控制端。

：編程時(shí)，編程脈沖的的輸入端。VPP：編程時(shí)，編程電壓（+12V或+25V）輸入端。VCC：+5V，芯片的工作電壓。GND：數(shù)字地。NC：無用端。4）27系列EPROM芯片的引腳24目前二十四頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)5）EPROM芯片的工作方式5種工作方式，由

、、

信號(hào)的組合確定。

25目前二十五頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.3.2程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)序1．單片機(jī)訪問程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)

控制信號(hào)：（1）ALE：用于低8位地址鎖存控制。（2）

：片外程序存儲(chǔ)器“讀選通”控制信號(hào)。它接外擴(kuò)EPROM的

引腳。（3）

：片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器訪問的控制信號(hào)。

=1時(shí)，在單片機(jī)發(fā)出的地址小于片內(nèi)程序存儲(chǔ)器最大地址時(shí)，訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；

=0時(shí)，只訪問片外程序存儲(chǔ)器?？偩€信號(hào)：P0和P2.26目前二十六頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)2．操作時(shí)序

AT89S51對(duì)片外ROM的操作時(shí)序分兩種，即執(zhí)行非MOVX指令的時(shí)序和執(zhí)行MOVX指令的時(shí)序.（1）應(yīng)用系統(tǒng)中無片外RAM

片外鎖存器用27目前二十七頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)28目前二十八頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)當(dāng)片內(nèi)FLASH容量不夠用的時(shí)候，就要擴(kuò)展片外的程序存儲(chǔ)1．AT89S51與單片EPROM的硬件接口電路8.3.3AT89S51單片機(jī)與EPROM的接口電路設(shè)計(jì)圖8-13AT89S51單片機(jī)與27128的接口電路29目前二十九頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)2．使用多片EPROM的擴(kuò)展電路圖8-14AT89S51與4片27128EPROM的接口電路30目前三十頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.4靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展擴(kuò)展原理概述：1）存儲(chǔ)器類型：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）。2）數(shù)據(jù)地址總線：P2口提供高8位地址，P0口分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線。3）控制總線：讀和寫由AT89S51的

（P3.7）和

（P3.6）信號(hào)控制。

注意：片外EPROM的輸出端允許（

）由單片機(jī)的讀選通

信號(hào)控制。因此盡管RAM與EPROM的地址空間范圍相同，但由于控制信號(hào)不同，不會(huì)發(fā)生總線沖突。

目前三十一頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)圖8-15

常用的RAM引腳圖2KB（11根地址線）8KB16KB32KBA0～A14：地址輸入線。D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。：片選信號(hào)輸入線。對(duì)6264芯片，當(dāng)26腳（CS）為高電平且

為低電平時(shí)才選中該片。8.4.1常用的靜態(tài)RAM（SRAM）芯片：寫允許信號(hào)輸入線，低電平有效。：讀選通信號(hào)輸入，低電平有效VCC

—工作電源+5V。GND—地。32目前三十二頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)RAM存儲(chǔ)器有讀出、寫入、維持3種工作方式，工作方式的控制見表8-6。33目前三十三頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)8.4.2外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)序?qū)ζ釸AM讀和寫兩種操作時(shí)序的基本過程相同。硬件連接：若外擴(kuò)一片RAM，應(yīng)將單片機(jī)的

腳與RAM

的

腳連接，單片機(jī)的腳與RAM

腳連接。具體的時(shí)序圖如下所示：34目前三十四頁\總數(shù)四十頁\編于四點(diǎn)圖8-16AT89S