MCS-51單片機存儲器擴展.pptx

1、2020/10/7,1,8.1 外部總線的擴展,重點內(nèi)容： 1、存儲器與單片機的連接 2、存儲器的地址空間分配,8.2 程序存儲器的擴展,8.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展,第8章 MCS-51單片機存儲器擴展,2020/10/7,2,8.1 外部總線的擴展,1、MCS-51單片機三總線結(jié)構(gòu)圖,2020/10/7,3,常用地址鎖存器： 74LS373(74LS573) 帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器 74LS273 帶有清除端,在清除端1腳保持高電平時，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，采用上升沿鎖存。 CPU 的ALE信號必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74LS273的控制端CLK 端相連。,74LS

2、573的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2020/10/7,4,2020/10/7,5,2、MCS-51單片機通過三總線擴展外部設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖,2020/10/7,6,M C S - 5 1 單 片 機,單片機數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng),地址總線AB,數(shù)據(jù)總線DB,控制總線CB,2020/10/7,7,3、MCS-51系列單片機系統(tǒng)的擴展能力,片外可擴展存儲器的最大容量為64KB，地址范圍0000HFFFFH。允許片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址重疊。,I/O接口的編址方法： （1）獨立編址 （2）統(tǒng)一編址 ：MCS-51單片機采用了統(tǒng)一編址方式， 即I/O端口地址與外部數(shù)據(jù)存儲單元 地址共同使用0000HFFFFH（64

3、KB）。 當(dāng)MCS-51單片機應(yīng)用統(tǒng)擴展較多外部 設(shè)備和I/O接口時，要占去大量的數(shù) 據(jù)存儲器的地址。,2020/10/7,8,系統(tǒng)空間分配：通過適當(dāng)?shù)牡刂肪€產(chǎn)生各外部擴展器件的片選/使能等信號,實現(xiàn)一個編址惟一地對應(yīng)系統(tǒng)中的一個外圍芯片的過程。就是系統(tǒng)空間分配。 單片機必須進行兩種選擇：一是選中該存儲器芯片，這稱為“片選”，未被選中的芯片不能被訪問。二是在“片選”的基礎(chǔ)上再根據(jù)單片機發(fā)出的地址碼來對“選中” 芯片的某一單元進行訪問，即“單元選擇”。 編址的方法：片選是由系統(tǒng)的高位地址線信息確定，單元選擇直接由系統(tǒng)低位地址信息確定。注意，“片選”和“單元選擇”都是單片機通過地址線一次發(fā)出的地址

4、信號來完成選擇。 產(chǎn)生片選信號的方法有兩種：線選法、譯碼法（全地址譯碼法和部分譯碼法）。,4、MCS-51單片機系統(tǒng)地址空間的分配,2020/10/7,9,線選法：直接以系統(tǒng)空閑的高位地址線作為芯片的片選信號。 優(yōu)點：簡單，無須外加電路。 缺點：尋址范圍不惟一，地址空間沒有被充分利用，可外擴芯片少。線選法適用于小規(guī)模單片機應(yīng)用系統(tǒng)中片選信號的產(chǎn)生。 全地址譯碼法：利用譯碼器對系統(tǒng)地址總線中未被外擴芯片用到的高位地址線進行譯碼，以譯碼器輸出作為外圍芯片的片選信號。 優(yōu)點：尋址范圍惟一，地址不重疊，存儲空間的使用連續(xù)。 缺點：所需地址譯碼電路較多。全地址譯碼法是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)常采用的方法。

5、 部分地址譯碼法：單片機的未被外擴芯片用到的高位地址線中，只有一部分參與地址譯碼，其余部分是懸空的。 優(yōu)點：可以減少所用地址譯碼器的數(shù)量。 缺點：地址不惟一，存在地址重疊現(xiàn)象。因此，采用部分地址譯碼法時必須把程序和數(shù)據(jù)存放在基本地址范圍內(nèi)，以避免因地址重疊引起程序運行的錯誤。,2020/10/7,10,（1）選擇合適類型的存儲器芯片 只讀存儲器（ ROM ）常用于固化程序和常數(shù)，可分為掩膜ROM、可編程PROM、紫外線可擦除EPROM和電可擦除E2PROM幾種。若所設(shè)計的系統(tǒng)是小批量生產(chǎn)或開發(fā)產(chǎn)品，則建議使用EPROM和E2PROM；若為成熟的大批量產(chǎn)品，則應(yīng)采用PROM或掩膜ROM 。 隨機

6、存取存儲器（ RAM ）常用來存取實時數(shù)據(jù)、變量和運算結(jié)果?？煞譃殪o態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）兩類。若所用的RAM容量較小或要求較高的存取速度，則宜采用SRAM；若所用的RAM容量較大或要求低功耗，則應(yīng)采用DRAM，以降低成本。 此外，還可以選擇Flash存儲器、FRAM（鐵電存儲器）、NVSRAM（非易失性靜態(tài)隨機存取存取器 ）、用于多處理機系統(tǒng)的DSRAM（雙端口RAM）等。,5、 MCS-51單片機對外部存儲器的擴展應(yīng)考慮的問題,2020/10/7,11,（2）工作速度匹配 MCS-51的訪存時間（單片機對外部存儲器進行讀寫所需要的時間）必須大于所用外部存儲器的最大存取

7、時間（存儲器的最大存取時間是存儲器固有的時間 ） （3）選擇合適的存儲容量 在MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)所需存儲容量不變的前提下，若所選存儲器本身存儲容量越大，則所用芯片數(shù)量就越少，所需的地址譯碼電路就越簡單。 （4）合理分配存儲器地址空間的分配 存儲器的地址空間的分配必須滿足存儲器本身的存儲容量，否則會造成存儲器硬件資源的浪費。 （5）合理選擇地址譯碼方式 可根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)的具體情況選擇線選法、全地址譯碼法、部分地址譯碼法等地址譯碼方式。,2020/10/7,12,表1 MCS-51系列單片機片內(nèi)程序存儲器一覽表,如何選擇程序存儲器,取指令時序,如何連接單片機和ROM芯片,8.2 程序存儲器的擴

8、展,2020/10/7,13,（1）掩模ROM （2）可一次性編程ROM（PROM） （3）紫外線擦除可改寫ROM（EPROM） （4）電擦除可改寫ROM（EEPROM） （5）快擦寫ROM（flash ROM）,1、ROM種類,2、存儲容量,2716 、2732、2764、27128、27256、27512,2K,字節(jié)存儲容量：,8K,4K,16K,32K,64K,地址線根數(shù)：,12根,11根,13根,14根,15根,16根,2020/10/7,14,3、常用ROM芯片引腳圖,2020/10/7,15,CE,OE,PGM,VPP,Vcc,2764,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1

9、1,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,A12,A7,A6,A4,A5,A3,A2,A1,A0,D2,D1,D0,GND,N.C,A8,A9,A11,A10,D7,D6,D5,D4,D3,例：給8051擴展一片8K程序存儲器,2020/10/7,16,P,1.7,P,1.6,P,1.5,P,1.4,P,1.3,P,1.2,P,1.1,P,1.0,P,3.7,P,3.6,P,3.5,P,3.4,P,3.3,P,3.2,P,3.1,P,3.0,PSEN,EA,RESET,8031,8051,8751,P,2.7,P,2.6,P,2.

10、5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,P,0.7,P,0.6,P,0.5,P,0.4,P,0.3,P,0.2,P,0.1,P,0.0,ALE,A,15,A,14,A,13,A,12,A,11,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,G,鎖,存,器,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,OE,Vpp,PGM,Vcc,GND,CE,2764,+5V,P2.7 P2.6

11、 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2020/10/7,17,取指令時序,ALE,PSEN,P,2,P,0,A0A7,A0A7,A8A15,指令,A8A15,指令,1000H：CLR P1.0 ;2個字節(jié) 1個機器周期,2020/10/7,18,執(zhí)行MOVX指令的時序 1個字節(jié) 2個機器周期,2020/

12、10/7,19,例：MCS-51與1片32K ROM的連接,P2.7 P2.6 : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA Psen,CE A14 : : A8 A7 O7 : : : : : : A0 O0 OE,27256 32K ROM,MCS-51,/CE = P2.7(A15),D7 Q7 74LS373 D0 Q0 G /L,0000H7FFFH,2020/10/7,20,例：MCS-51與2片32K ROM的連接,MCS - 51 ALE /EA Psen,/CE2 A14 A8 A7 A0 /OE2 O0O7,/CE1 A8 A7 A0 /OE1 O0O7

13、,74LS373,0000H7FFFH,8000H FFFFH,A15,A14,A8,A14,A7,A0,2020/10/7,21,例：MCS-51與多個 ROM的連接,2020/10/7,22,例：擴展8片2764,0000H1FFFH 2000H3FFFH 4000H5FFFH 6000H7FFFH,8000H9FFFH A000HBFFFH C000HDFFFH E000HFFFFH,2020/10/7,23,例：要求用 2764 芯片擴展 8051 的片外程序存儲器空間, 分配的地址范圍為 0000H3FFFH。 (1） 確定片數(shù)。 0000H 3FFFH存儲空間為16 KB, 則需2

14、片2764 （2）空間分配：1# 0000H1FFFH 2# 2000H3FFFH,2020/10/7,24,P,1.7,P,1.6,P,1.5,P,1.4,P,1.3,P,1.2,P,1.1,P,1.0,P,3.7,P,3.6,P,3.5,P,3.4,P,3.3,P,3.2,P,3.1,P,3.0,PSEN,EA,RESET,8031,8051,8751,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,P,0.7,P,0.6,P,0.5,P,0.4,P,0.3,P,0.2,P,0.1,P,0.0,ALE,A,15,A,14,A,13,A,12,

15、A,11,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,G,鎖,存,器,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,OE,Vpp,PGM,Vcc,GND,CE,27512,+5V,A13,A14,A15,例：64K程序存儲器擴展,2020/10/7,25,例：系統(tǒng)擴展128 KB程序存儲空間,MCS-51單片機提供16位地址線，可直接訪問程序存儲器的空間為64 KB（216），若系統(tǒng)的程序總?cè)萘啃枨蟪?/p>

16、過64 KB，可以采用區(qū)選法來實現(xiàn)。單片機系統(tǒng)的程序存儲器每個區(qū)為64 KB，由系統(tǒng)直接訪問，區(qū)與區(qū)之間的轉(zhuǎn)換通過控制線的方式來實現(xiàn)。,P1.0輸出高電平，訪問A芯片； P1.0輸出低電平，訪問B芯片。,2020/10/7,26,8.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展,數(shù)據(jù)存儲器一般采用RAM芯片，這種存儲器在電源關(guān)斷后，存儲的數(shù)據(jù)將全部丟失。 RAM器件有兩大類： 動態(tài)RAM（DRAM），一般容量較大，使用略復(fù)雜,速度快。 靜態(tài)RAM（SRAM），在工業(yè)現(xiàn)場常使用SRAM 。,2020/10/7,27,6264引腳功能,1、擴展一片8KSRAM6264擴展實例,2020/10/7,28,表1 6264的操

17、作方式,返回,2020/10/7,29,P,1.7,P,1.6,P,1.5,P,1.4,P,1.3,P,1.2,P,1.1,P,1.0,P,3.7,P,3.6,P,3.5,P,3.4,P,3.3,P,3.2,P,3.1,P,3.0,RD,EA,RESET,8031,8051,8751,P,2.7,P,2.6,P,2.5,P,2.4,P,2.3,P,2.2,P,2.1,P,2.0,P,0.7,P,0.6,P,0.5,P,0.4,P,0.3,P,0.2,P,0.1,P,0.0,ALE,A,15,A,14,A,13,A,12,A,11,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3

18、,A,2,A,1,A,0,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,G,鎖,存,器,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,OE,Vcc,GND,CE1,6264,+5V,WE,PSEN,WR,CE2,6264的8 KB地址范圍不唯一（因為P2.7P2.6可為任意值） 可以為0000H-1FFFH 4000H-5FFFH 8000H-9FFFH A000H-DFFFH 四種中的一種地址范圍。,2020/10/7,30,擴展外部數(shù)據(jù)存儲器總線圖,2020/10/7,31,例：分析外部

19、數(shù)據(jù)存儲器地址范圍,0000H1FFFH/2000H3FFFH /4000H5FFFH/6000H7FFFH,寫數(shù)據(jù)： MOV A, DATA MOV DPTA, 6000H MOVX DPTR, A 讀數(shù)據(jù)： MOV DPTR, 7FFFH MOVX , DPTR,2020/10/7,32,例：在數(shù)據(jù)存儲器擴展電路中，將片內(nèi)RAM 以50H單元開始的16個數(shù)據(jù)，傳送片外數(shù)據(jù)存儲器0000H開始的單元中。 程序如下： ORG 1000H MOV R0, #50H MOV R7, #16 MOV DPTR, #0000H AGAIN: MOV A, R0 MOVX DPTR, A INC R0

20、INC DPTR DJNZ R7, AGAIN RET END,2020/10/7,33,MCS-51系列單片機寫外部RAM的時序圖,2、MCS-51系列單片機讀寫外部RAM的時序圖,2020/10/7,34,MCS-51系列單片機讀外部RAM的時序圖,2020/10/7,35,C000H DFFFH,6000H 7FFFH,A000H BFFFH,3、多片數(shù)據(jù)存儲器擴展,例：利用8051擴展三片6264,2020/10/7,36,例：利用8051擴展四片6264,2000H 3FFFH,0000H 1FFFH,4000H 5FFFH,6000H 7FFFH,2020/10/7,37,思考：要

21、使程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址空間都從0000H開始，片選線如何處理？,2000H 3FFFH,0000H 1FFFH,4000H 5FFFH,6000H 7FFFH,4、綜合擴展實例分析,例：利用8051擴展兩片2764和兩片6264,2020/10/7,38,思考：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址空間是否會發(fā)生地址沖突？,2000H 3FFFH,0000H 1FFFH,0000H 1FFFH,2000H 3FFFH,分析：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址空間是多少？,2020/10/7,39,P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 8031 ALE P0 WR PSEN RD,CE A12 A11 A10 A9 A8 2764(1) A7 | A0 D7D0 OE,CE A12 A11 A10 A9 A8 2764(