part05復習過程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。part05-第5章單片機存儲器擴展一、教學要求：掌握：單片機系統(tǒng)擴展技術及應用系統(tǒng)設計方法。學會程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法。注意片內(nèi)RAM和系統(tǒng)地址空間的使用分配以及一些常用擴展芯片的接口方法和訪問控制方法。二、教學內(nèi)容：5.1單片機系統(tǒng)擴展及結構5.2單片機存儲器擴展與編址技術5.3單片機程序存儲器擴展5.4單片機數(shù)據(jù)存儲器擴展5.5存儲器綜合擴展5.6單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用三、教學重點：單片機系統(tǒng)擴展技術及應用系統(tǒng)設計方法，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法。四、教學難點：片內(nèi)RAM和系

2、統(tǒng)地址空間的使用分配以及一些常用擴展芯片的接口方法和訪問控制方法。五、建議學時：4學時六、教學內(nèi)容：5-1系統(tǒng)擴展及結構單片機芯片內(nèi)具有CPU、ROM、RAM、定時器/計數(shù)器及I/O口。但在實際應用中、大多數(shù)情況下僅靠片內(nèi)資源是不夠的。資源性擴展：包括存儲器擴展和IO擴展。如何擴展?擴展功能如何實現(xiàn)?擴展部件如何連接?整個擴展系統(tǒng)以單片機為核心，通過總線把各擴展部件連接起來，各擴展部件“掛”在總線上。所謂總線，就是連接系統(tǒng)中各擴展部件的一組公共信號線。包括：地址總線（AB）；數(shù)據(jù)總線（DB）；控制總線（CB）。存儲器的連接存儲器與微型機三總線的連接：1、數(shù)據(jù)線D0n連接數(shù)據(jù)總線DB0n2、地址

3、線A0n連接地址總線低位AB0n。3、片選線CS連接地址總線高位ABn+1。4、讀寫線OE、WE(R/W)連接讀寫控制線RD、WR。DB0nAB0NA0NABN+1CSR/WR/W存儲器微型機D0n存儲器與單片機的連接存儲器與微型機三總線的一般連接方法和存儲器讀寫時序：1.數(shù)據(jù)總線與地址總線為兩組獨立總線。DB0nAB0nA0nABn+1CSR/WR/W存儲器微型機D0nDB0n地址輸出數(shù)據(jù)有效AB0nR/W數(shù)據(jù)采樣存儲器與單片機的連接2.微型機復用總線結構：數(shù)據(jù)與地址分時共用一組總線。單片機AD0nALER/WD0nA0nR/W存儲器DiQiG地址鎖存器ALE地址鎖存地址鎖存地址輸出數(shù)據(jù)有效

4、地址輸出數(shù)據(jù)有效AD0n數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣R/W5-1-1單片機擴展的實現(xiàn)單片機擴展的首要問題就是構造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲芯片或I/O接口芯片?！皹嬙臁笨偩€芯片本身并沒有提供地址線和數(shù)據(jù)線。具體的構造方法說明如下：以P0口的8位口線作地址數(shù)據(jù)線。復用技術地址和數(shù)據(jù)進行分離。為此在構造地址總線時要添加一個8位鎖存器。先把這低8位地址送鎖存器暫存，然后就由地址鎖存器給系統(tǒng)提供低8位地址，而把P0口線作為數(shù)據(jù)線使用。以P2口的口線作高位地址線。由P2口提供高8位，再加上P0口提供的低8位64KB。但實際應用系統(tǒng)中，地址高位并不固定為8位，而根據(jù)需要從P2口中引出。8位地址鎖存器：74

5、LS373、8282等。80C51圖5.2控制信號：構成擴展系統(tǒng)的控制總線。1.ALE作地址鎖存的選通信號，以實現(xiàn)低8位地址的鎖存。2.PSEN作擴展程序存儲器的讀選通信號。3.EA作內(nèi)外程序存儲器的選通信號。4.RD和WR作擴展數(shù)據(jù)存儲器和I/O端口的讀寫選通信號。MCS-51用于擴展存儲器的外部總線信號：P0.00.7：8位數(shù)據(jù)和低8位地址信號，復用總線AD07。P2.02.7：高8位地址信號AB815。ALE：地址鎖存允許控制信號。：片外程序存儲器讀選通信號。：內(nèi)外程序存儲器選擇。：片外數(shù)據(jù)存儲器讀控制信號。：片外數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號。5-1-2總線擴展驅動當單片機外接芯片較多，超出總線

6、負載能力，必須加總線驅動器。單向驅動器74LS244用于地址總線驅動；雙向驅動器74LS255用于數(shù)據(jù)總線驅動。5-2存儲器擴展及編址技術存儲器結構框圖圖5.6存儲器邏輯結構圖存儲器內(nèi)部為雙向地址譯碼，以節(jié)省內(nèi)部引線和驅動器。如：1K容量存儲器，有10根地址線。單向譯碼需要1024根譯碼輸出線和驅動器。雙向譯碼X、Y方向各為32根譯碼輸出線和驅動器，總共需要64根譯碼線和64個驅動器。存儲器外部信號引線：D07數(shù)據(jù)線：傳送存儲單元內(nèi)容。根數(shù)與單元數(shù)據(jù)位數(shù)相同。A09地址線：選擇芯片內(nèi)部一個存儲單元。根數(shù)由存儲器容量決定。CS片選線：選擇存儲器芯片。當CS信號無效，其它信號線不起作用。R/W(O

7、E/WE)讀寫允許線：打開數(shù)據(jù)通道，決定數(shù)據(jù)的傳送方向和傳送時刻。5-2-1存儲器芯片的擴展用多片存儲器芯片組成微型計算機系統(tǒng)所要求的存儲器系統(tǒng)。要求擴充后的存儲器系統(tǒng)引出線符合微型計算機的總線結構要求。一、擴充存儲器位數(shù)：例1：用2K1位存儲芯片組成2K8位存儲系統(tǒng)。當?shù)刂?、片選和讀寫信號有效，可并行存取8位信息。例2：用2K8位存儲器芯片組成2K16位存儲器系統(tǒng)。CED07D07R/WR/WCECEA010A010D07D815R/WA010地址、片選和讀寫引線并聯(lián)后引出，數(shù)據(jù)線并列引出。二、擴充存儲器容量：地址線、數(shù)據(jù)線和讀寫控制線均并聯(lián)。為保證并聯(lián)數(shù)據(jù)線上沒有信號沖突，必須用片選信號區(qū)

8、別不同芯片的地址空間。片選方法：1線選法：微型機剩余高位地址總線直接連接各存儲器片選線。2譯碼片選法：微型機剩余高位地址總線通過地址譯碼器輸出片選信號。多片存儲器芯片組成大容量存儲器連接常用片選方法。例1：用1K4位存儲器芯片組成4K8位存儲器系統(tǒng)。例2：三片8KB的存儲器芯片組成24KB容量的存儲器。設CE1、CE2、CE3分別連接微型機的高位地址總線AB13、AB14、AB15。D07R/WCEA012D07R/WCE1A012CE2D07R/WCEA012D07R/WCEA012CE3確定各存儲器芯片的地址空間：ABi：1514131211109876543210151413121110

9、9876543210：11000000000000001101111111111111=C000HDFFFH：10100000000000001011111111111111=A000HBFFFH：01100000000000000111111111111111=6000H7FFFH5-2-2存儲器擴展的編址技術所謂存儲器編址，就是使用系統(tǒng)提供的地址線，通過適當?shù)倪B接，最終達到一個編址唯一地對應存儲器中一個存儲單元的目的。存儲器編址分兩個層次：（見P119）存儲芯片的選擇；芯片內(nèi)部存儲單元的選擇。存儲器映像則研究各部分存儲器在整個存儲空間中所占據(jù)的地址范圍，以便為存儲器的使用提供依據(jù)。線選法：

10、直接以系統(tǒng)的地址位作為存儲芯片的片選信號；優(yōu)缺點：簡單明了，且不需增加電路。但存儲空間的使用是斷續(xù)的，不能有效地利用空間，擴充容量受限，只適用于小規(guī)模系統(tǒng)的存儲器擴展。譯碼法：對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，以其譯碼輸出作為片選信號。有效地利用存儲空間，適用于大容量多芯片擴展。常用的譯碼芯片有：74LS139(雙2-4譯碼器)、74LS138(3-8譯碼器)和74LS1544-16譯碼器)等。圖5.574LS138G1/G2A/G2B（使能端）：當G1=“1”，G2A=G2B=“0”時，3/8譯碼器進入譯碼狀態(tài)，這時Y0Y7只有一位是低電平，其余全為高電平。譯碼無效時，Y0Y7全為高電平，無效。C、

11、B、A：譯碼器輸入（C為高位）。Y0Y7：譯碼器輸出，低電平有效。3-8地址譯碼器：74LS138表5-1圖5.53-8地址譯碼器：74LS138Y0、Y1、Y2分別連接三片存儲器的片選端CE1、CE2、CE3AB13AB14AB15+5VAY0BY1CY2G1G2AY7G2B74LS138CE1CE2CE3各片存儲器芯片分配地址：0000H1FFFH；：2000H3FFFH；：4000H5FFFH。5-3程序存儲器擴展工作時，ROM中的信息只能讀出，要用特殊方式寫入(固化信息)，失電后可保持信息不丟失。1.掩膜ROM：不可改寫ROM由生產(chǎn)芯片的廠家固化信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入信息，

12、用戶只可讀。2.PROM：可編程ROM用戶可進行一次編程。存儲單元電路由熔絲相連，當加入寫脈沖，某些存儲單元熔絲熔斷，信息永久寫入，不可再次改寫。3.EPROM：可擦除PROM用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些存儲單元的PN結表面形成浮動柵，阻擋通路，實現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅散浮動柵，原有信息全部擦除，便可再次改寫。4.EEPROM：可電擦除PROM既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可在線擦除信息，又能失電保存信息，具備RAM、ROM的優(yōu)點。但寫入時間較長。擴展程序存儲器電路常用EPROM芯片：Intel2716(2K8位)2732(4KB)2764(8KB)27128(16KB)27256

13、(32KB)27512(64KB)CE/PGM片選低電平有效。當編程時引入編程脈沖。OE（輸出允許）有效時輸出緩沖器打開，被尋址單元才能被讀出。VPP編程時加十25V編程電壓電源。表5-32716工作方式8031/8032擴展2KBEPROMIntel2716（總線形式）最低地址：8000H；最高地址：87FFH。地址范圍：8000H87FFH。圖5.8EEPROM2816、28172816引腳和功能圖單片機外接EEPROM電路的存儲器電路EEPROM既能作為程序存儲器又能作數(shù)據(jù)存儲器。將程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的空間合二為一。片外存儲器讀信號=PSENRD5-4數(shù)據(jù)存儲器擴展擴展數(shù)據(jù)存儲器電路

14、常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)等。圖5.10靜態(tài)RAM2114引腳圖圖5.106116和6264管腳和邏輯符號8031（8051）擴展2KBRAMIntel6116。圖5.11擴展單片6116數(shù)據(jù)存儲器5-5存儲器綜合擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的綜合擴展。1、同時擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器：程序存儲器的讀操作有PSEN信號控制，數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫分別由RD和WR信號控制。不會造成操作上的混亂。2、通過擴展可讀寫存儲器：（1）利用EEPROM芯片擴展；（速度較慢）如：可擴展2816或2817等。（2）改造RAM存儲芯片。（見P131）如：

15、可改造6116等。5-5-1同時擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器單片機連接8KBEPROM2764和8KBRAM6264各一片。圖5.14同時擴展兩種存儲器5-5-2擴展既可讀又可寫的程序存儲器EEPROM既能作為程序存儲器又能作數(shù)據(jù)存儲器。將程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的空間合二為一。片外存儲器讀信號=PSENRD5-6存儲器系統(tǒng)的特點和使用哈佛(Har-yard)結構，即將程序和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，各有自已的尋址方式，尋址空間和控制信號。80C51單片微機的存儲器映像圖。一、特點：復雜性：1、程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器同時存在；2、內(nèi)外存儲器同時存在；3、存儲器地址空間的重疊和連續(xù)。圖5.380C51存儲器結構和地址空間二、使用：存儲器地址空間的區(qū)分和銜接：在物理上設有4個物理存儲空間：程序存儲器：片內(nèi)程序存儲器；片外程序存儲器；數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；片外數(shù)據(jù)存儲器。在邏輯上設有3個邏輯存儲空間：1、內(nèi)外程序存儲器統(tǒng)一編址，形成一個完整的空間；2、內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器分開編址，都是從“0”單元開始。1、存儲空間的區(qū)分：（1）內(nèi)部程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分；（2）外部程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分；（3）內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分。圖5.17存儲空間的區(qū)分2、內(nèi)外程序存儲器的銜接。內(nèi)外