單片機原理及應用(第五章存儲器擴展)

1第七章單片機存儲器擴展MCS-51系列單片機片內程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器的容量、輸入輸出接口以及定時器等資源數(shù)量都是有限的，實際應用中，往往根據(jù)需要對單片機系統(tǒng)資源進行擴展。27.1單片機系統(tǒng)擴展概述當單片機最小應用系統(tǒng)不能滿足實際應用系統(tǒng)要求時，需要在單片機外部連接相應的外圍芯片以滿足應用系統(tǒng)的要求。MCS-51系列單片機具有很強的系統(tǒng)擴展能力，可以擴展64KB的程序存儲器和64KB的數(shù)據(jù)存儲器或輸入輸出口。擴展的內容主要有：總線、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O口擴展等。MCS-51系列單片機由于受管腳數(shù)量的限制，數(shù)據(jù)總線和地址總線復用P0口。為了將它們分離開，以便同外圍芯片正確地連接，需要在單片機外部增加地址鎖存器（如74LS373等），從而構成與一般CPU類似的片外三總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制控制），所有外部芯片都通過這三組總線進行擴展。1.地址總線（AB）MCS-51系列單片機地址總線寬為16位，所以可尋址范圍為216=64KB。16位地址總線由P0口提供低8位A0～A7，P2口提供高8位A8～A15。P2口具有輸出鎖存功能。地址總線是單向的，只能由單片機向外發(fā)送。2.數(shù)據(jù)總線（DB）數(shù)據(jù)總線由P0口提供，其寬度為8位，用于單片機與外部存儲器和I/O設備之間傳送數(shù)據(jù)。P0口為三態(tài)雙向口，可以進行兩個方向的數(shù)據(jù)傳送。3.控制總線（CB）控制總線是單片機發(fā)出的控制片外存儲器和I/O口讀/寫操作的一組控制線，其中包括以下控制信號線：ALE、、、。53MCS-51單片機擴展及系統(tǒng)結構地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線6總線：連接系統(tǒng)中各擴展部件的一組公共信號線。地址總線：傳輸單片機送出的地址信號，進行存儲單元和I/O端口的選擇。地址總線是單向的，從單片機發(fā)出。8051單片機16位地址總線數(shù)據(jù)總線：單片機和存儲單元、單片機和I/O端口之間傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線：雙向控制總線：一組控制信號線的總稱。有單片機發(fā)出的，也有從其他部件發(fā)向單片機的。對于一條控制線，其傳送方向是單向的。7單片機擴展的實現(xiàn)（總線構造）以P0口的8位口線作地址/數(shù)據(jù)線（復用線）所謂復用：既可作地址線（低8位），又可作數(shù)據(jù)線。復用技術：增加一個8位鎖存器，通過對鎖存器的控制實現(xiàn)對地址（低8位）和數(shù)據(jù)的分離以P2口的8位口線作高8位地址線MCS-51單片機尋址范圍為64k，需要16根地址線8擴展時常用的控制信號1）ALE：地址鎖存選通信號（高電平有效）；2）：擴展程序存儲器（外部ROM）讀選通信號（低電平有效）；3）：內/外程序存儲器的選擇信號（低電平有效）；4）：擴展外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的讀、寫選通信號（低電平有效）。9單片機擴展構造圖107-2MCS-51單片機存儲器擴展編址技術7-2-1MCS-51單片機存儲器系統(tǒng)MCS-51系列單片機存儲器有四個部分片內ROM（部分有，8031無片內ROM）；片外ROM（擴展）；片內RAM（51系列單片機都有，256字節(jié)）；片外RAM（擴展）RAM、ROM都可以擴展至64k11程序存儲器映象數(shù)據(jù)存儲器映象127-2-2單片機擴展存儲器編址及映像存儲器編址技術通常兩種方法：1）線選法以系統(tǒng)的高地址位作為存儲器的片選信號，直接將地址線連接到存儲芯片片選端。將地址線進行適當連接，使得存儲器中每一個存儲單元可唯一地對應一個編址。132）譯碼法通過譯碼器對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，以譯碼輸出作為存儲芯片的片選信號。有效地利用存儲空間，最常用的存儲器編址方法。譯碼器：74LS139：雙2—4譯碼器；74LS138：3—8譯碼器1474LS139：雙2—4譯碼器1574LS138：3-8譯碼器使能控制1674LS138作譯碼器的連接177-3MCS-51單片機程序存儲器擴展7-3-1只讀存儲器（ROM）掩膜ROM：單片機掩膜是指程序數(shù)據(jù)已經(jīng)做成光刻版，在單片機生產(chǎn)的過程中把程序做進去。優(yōu)點是：程序可靠、成本低。缺點：批量要求大，每次修改程序就需要重新做光刻板，不同程序不能同時生產(chǎn)，供貨周期長。

可編程ROM：（PROM:ProgrammableRead-OnlyMemory）－可編程只讀存儲器，也叫One-TimeProgrammable(OTP)ROM“一次可編程只讀存儲器”，是一種可以用程序操作的只讀內存。最主要特征是只允許數(shù)據(jù)寫入一次，如果數(shù)據(jù)燒入錯誤只能報廢。內容只能寫一次。18可改寫ROM：（EPROM-（ErasableProgrammableROM，可擦除可編程ROM））：紫外線擦除；19可改寫ROM：（EEPROM：ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)：電擦除；快擦寫ROM：flashROM：FlashRom是一個用來閱讀、書寫、擦除、驗證的閃存編程器工具。被廣泛用在PC機的主板上，用來保存BIOS程序，便于進行程序的升級。其另外一大應用領域是用來作為硬盤的替代品，具有抗震、速度快、無噪聲、耗電低的優(yōu)點。207-3-2典型只讀存儲器芯片2716INTEL公司27系列產(chǎn)品，系列產(chǎn)品還有2732、2764、27128等1）加電編程、紫外線擦除EPROM；2）存儲容量：2k8（位）、4k8（位）、8k8（位）、16k8（位）、213）芯片引腳A10~A0：11位地址；O7~O0：數(shù)據(jù)線；：片選/編程控制信號；正常使用片選（低電平有效），編程時，引入編程脈沖；：輸出允許信號，低電平有效。22工作方式235種工作方式1）讀方式：均為低電平，被尋址單元內容經(jīng)數(shù)據(jù)線讀出；2）未選中方式：為高電平，數(shù)據(jù)線輸出呈高阻狀態(tài)；3）編程方式：Vpp加25V電壓，加TTL高電平。進行數(shù)據(jù)重新寫入；4）程序檢驗方式：Vpp=25V，均為低電平5）編程禁止：Vpp已接編程電壓，但因無效，故不能進行編程操作。該方式用于多片EPROM并行編程不同的數(shù)據(jù)的場合。247-3-3程序存儲器擴展示例線選法編址擴展示例所謂線選法，即是將單根的高位地址線連接到外圍接口芯片的片選端，以獲得一確定的地址信號，由此選通該芯片。252716是2k8（位）EPROM，11根地址線示例中，2716的地址范圍是：最低地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

1000，0000，0000，0000（8000H）最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

1000，0111，1111，1111（87FFH）A14A13A12A11（P2.6~P2.3)的狀態(tài)與芯片尋址無關26A14A13A12A11的所有16種組合（0000~1111）都不會影響該芯片的尋址。1，000，0000，0000~1，

111，1111，1111那么：8000H~87FFH、8800~8FFFH、9000H~97FFH、9800H~9FFFHF000H~F7FFH、F800H~FFFFH都是該芯片的尋址范圍。該2716有16個地址映像區(qū)，在這些地址范圍內都能訪問該芯片。27多芯片存儲器擴展當P2.7=0時，選中1號片，地址為：當P2.7=1時，選中2號片，地址為：28譯碼法編址示例譯碼法：對(高位)地址線進行譯碼譯出的信號作為(片選信號)。

292764EPROM：8k8位27640地址范圍：0000H~1FFFH0000,0000,0000,0000~0001,1111,1111,111127641地址范圍：2000H~3FFFH0010,0000,0000,0000~0011,1111,1111,111127642地址范圍：4000H~5FFFH0100,0000,0000,0000~0101,1111,1111,111127647地址范圍：E000H~FFFFH1110,0000,0000,0000~1111,1111,1111,111130線選法示例2：8031單片機，擴展1片2732；1片8255（可編程并行I/O接口；1片8279（鍵盤/顯示接口）1片0809（8路A/D轉換器）312732的地址空間：F000H~FFFFH（4k8位）8255地址：當P2.4位低電平時選中；8255的三個并行口PA、PB，PC以及控制字寄存器四個寄存器通過A1A0選中。因此8255的地址空間為：即EFFCH~EFFFH，或E000H~E003H328279地址：當P2.5位低電平時選中，其地址為：即DFFFH或D000H0809地址：當P2.6位低電平時選中，其地址為：即BFFFH或B000H線選法編址造成多映像區(qū)重疊現(xiàn)象是線選法編址的一大缺陷337-4數(shù)據(jù)存儲器擴展7-4-1隨機存儲器概述隨機存儲器RAM（RandomAccessMemory），可以進行讀寫兩種操作。隨機存儲器（RAM），分為靜態(tài)（SRAM）和動態(tài)（DRAM）兩種。靜態(tài)RAM（SRAM）：加電即可保存信息；動態(tài)RAM（DRAM）：加電，不斷進行周期性刷新（再生），才可保存信息；347-4-2典型隨機存儲器芯片6116A10~A0：地址線D7~D0：數(shù)據(jù)線：片選信號：數(shù)據(jù)輸出允許信號：寫選通信號356116工作方式367-4-3線選法RAM擴展舉例3761161尋址范圍：0001,0000,0000,0000~0001,0111,1111,1111即：1000H~17FFH61162尋址范圍：0000,1000,0000,0000~0000,1111,1111,1111即：0800H~0FFFH387-5存儲器綜合擴展7-5-1同時擴展ROM和RAM39如果采用線選法選擇芯片2764（ROM）接P2.7

地址范圍：00，0000，0000，0000（0000H）到0

1，1111，1111，1111（1FFFH）6264（RAM）接P2.6地址范圍：

00，0000，0000，0000（0000H）到

0

1，1111，1111，1111（1FFFH）

兩組地址可能重合，如何理解。407-6MCS-51單片機存儲器系統(tǒng)特點和使用7-6-1MCS-51單片機存儲器系統(tǒng)特點程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器同時存在并截然分開，各有各的地址空間、存取指令、和控制信號；內外存儲器同時存在，分為4個物理空間；存儲器地址空間重疊和連續(xù)程序存儲器：內外連續(xù)編址形成完整地址空間（最大64K）。數(shù)據(jù)存儲器：內外數(shù)據(jù)存儲器分開各自編址，都從0單元開始。41三個邏輯存儲空間：片內外統(tǒng)一編址的