第8章 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 教育學(xué)習(xí)

8.1外部總線的擴(kuò)展,重點(diǎn)內(nèi)容：1、存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接2、存儲(chǔ)器的地址空間分配,8.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,8.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,第8章MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展,1,優(yōu)選內(nèi)容,8.1外部總線的擴(kuò)展,1、MCS-51單片機(jī)三總線結(jié)構(gòu)圖,2,優(yōu)選內(nèi)容,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(shí)，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(hào)必須經(jīng)過反相器反相之后才能與74LS273的控制端CLK端相連。,74LS573的內(nèi)部結(jié)構(gòu),3,優(yōu)選內(nèi)容,4,優(yōu)選內(nèi)容,2、MCS-51單片機(jī)通過三總線擴(kuò)展外部設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)圖,5,優(yōu)選內(nèi)容,MCS-51單片機(jī),單片機(jī)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,6,優(yōu)選內(nèi)容,3、MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展能力,片外可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的最大容量為64KB，地址范圍0000HFFFFH。允許片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址重疊。,I/O接口的編址方法：（1）獨(dú)立編址（2）統(tǒng)一編址：MCS-51單片機(jī)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(chǔ)單元地址共同使用0000HFFFFH（64KB）。當(dāng)MCS-51單片機(jī)應(yīng)用統(tǒng)擴(kuò)展較多外部設(shè)備和I/O接口時(shí)，要占去大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址。,7,優(yōu)選內(nèi)容,系統(tǒng)空間分配：通過適當(dāng)?shù)牡刂肪€產(chǎn)生各外部擴(kuò)展器件的片選/使能等信號(hào),實(shí)現(xiàn)一個(gè)編址惟一地對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的一個(gè)外圍芯片的過程。就是系統(tǒng)空間分配。單片機(jī)必須進(jìn)行兩種選擇：一是選中該存儲(chǔ)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(jī)發(fā)出的地址碼來對(duì)“選中”芯片的某一單元進(jìn)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(jī)通過地址線一次發(fā)出的地址信號(hào)來完成選擇。產(chǎn)生片選信號(hào)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(jī)系統(tǒng)地址空間的分配,8,優(yōu)選內(nèi)容,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(hào)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，無須外加電路。缺點(diǎn)：尋址范圍不惟一，地址空間沒有被充分利用，可外擴(kuò)芯片少。線選法適用于小規(guī)模單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中片選信號(hào)的產(chǎn)生。全地址譯碼法：利用譯碼器對(duì)系統(tǒng)地址總線中未被外擴(kuò)芯片用到的高位地址線進(jìn)行譯碼，以譯碼器輸出作為外圍芯片的片選信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：尋址范圍惟一，地址不重疊，存儲(chǔ)空間的使用連續(xù)。缺點(diǎn)：所需地址譯碼電路較多。全地址譯碼法是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的方法。部分地址譯碼法：?jiǎn)纹瑱C(jī)的未被外擴(kuò)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(diǎn)：可以減少所用地址譯碼器的數(shù)量。缺點(diǎn)：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(shí)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(yùn)行的錯(cuò)誤。,9,優(yōu)選內(nèi)容,（1）選擇合適類型的存儲(chǔ)器芯片只讀存儲(chǔ)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(jì)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(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）常用來存取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、變量和運(yùn)算結(jié)果?？煞譃殪o態(tài)RAM（SRAM）和動(dòng)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(chǔ)器、FRAM（鐵電存儲(chǔ)器）、NVSRAM（非易失性靜態(tài)隨機(jī)存取存取器）、用于多處理機(jī)系統(tǒng)的DSRAM（雙端口RAM）等。,5、MCS-51單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展應(yīng)考慮的問題,10,優(yōu)選內(nèi)容,（2）工作速度匹配MCS-51的訪存時(shí)間（單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫所需要的時(shí)間）必須大于所用外部存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間（存儲(chǔ)器的最大存取時(shí)間是存儲(chǔ)器固有的時(shí)間）（3）選擇合適的存儲(chǔ)容量在MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)所需存儲(chǔ)容量不變的前提下，若所選存儲(chǔ)器本身存儲(chǔ)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(jiǎn)單。（4）合理分配存儲(chǔ)器地址空間的分配存儲(chǔ)器的地址空間的分配必須滿足存儲(chǔ)器本身的存儲(chǔ)容量，否則會(huì)造成存儲(chǔ)器硬件資源的浪費(fèi)。（5）合理選擇地址譯碼方式可根據(jù)實(shí)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。,11,優(yōu)選內(nèi)容,表1MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器一覽表,如何選擇程序存儲(chǔ)器,取指令時(shí)序,如何連接單片機(jī)和ROM芯片,8.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,12,優(yōu)選內(nèi)容,（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（flashROM）,1、ROM種類,2、存儲(chǔ)容量,2716、2732、2764、27128、27256、27512,2K,字節(jié)存儲(chǔ)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,13,優(yōu)選內(nèi)容,3、常用ROM芯片引腳圖,14,優(yōu)選內(nèi)容,CE,OE,PGM,VPP,Vcc,2764,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,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(kuò)展一片8K程序存儲(chǔ)器,15,優(yōu)選內(nèi)容,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,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,P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0000000000000000000000000011111111111111,0,0,0,0,0,0,0,0,0,16,優(yōu)選內(nèi)容,取指令時(shí)序,ALE,PSEN,P,2,P,0,A0A7,A0A7,A8A15,指令,A8A15,指令,1000H：CLRP1.0;2個(gè)字節(jié)1個(gè)機(jī)器周期,17,優(yōu)選內(nèi)容,執(zhí)行MOVX指令的時(shí)序1個(gè)字節(jié)2個(gè)機(jī)器周期,18,優(yōu)選內(nèi)容,例：MCS-51與1片32KROM的連接,P2.7P2.6:P2.0P0.7:P0.0ALE/EAPsen,CEA14:A8A7O7:A0O0OE,2725632KROM,MCS-51,/CE=P2.7(A15),D7Q774LS373D0Q0G/L,0000H7FFFH,19,優(yōu)選內(nèi)容,例：MCS-51與2片32KROM的連接,MCS-51ALE/EAPsen,/CE2A14A8A7A0/OE2O0O7,/CE1A8A7A0/OE1O0O7,74LS373,0000H7FFFH,8000HFFFFH,A15,A14,A8,A14,A7,A0,20,優(yōu)選內(nèi)容,例：MCS-51與多個(gè)ROM的連接,21,優(yōu)選內(nèi)容,例：擴(kuò)展8片2764,0000H1FFFH2000H3FFFH4000H5FFFH6000H7FFFH,8000H9FFFHA000HBFFFHC000HDFFFHE000HFFFFH,22,優(yōu)選內(nèi)容,例：要求用2764芯片擴(kuò)展8051的片外程序存儲(chǔ)器空間,分配的地址范圍為0000H3FFFH。(1）確定片數(shù)。0000H3FFFH存儲(chǔ)空間為16KB,則需2片2764（2）空間分配：1#0000H1FFFH2#2000H3FFFH,23,優(yōu)選內(nèi)容,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,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(chǔ)器擴(kuò)展,24,優(yōu)選內(nèi)容,例：系統(tǒng)擴(kuò)展128KB程序存儲(chǔ)空間,MCS-51單片機(jī)提供16位地址線，可直接訪問程序存儲(chǔ)器的空間為64KB（216），若系統(tǒng)的程序總?cè)萘啃枨蟪^64KB，可以采用區(qū)選法來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器每個(gè)區(qū)為64KB，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(shí)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。,25,優(yōu)選內(nèi)容,8.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般采用RAM芯片，這種存儲(chǔ)器在電源關(guān)斷后，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將全部丟失。RAM器件有兩大類：動(dòng)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(chǎng)常使用SRAM。,26,優(yōu)選內(nèi)容,6264引腳功能,1、擴(kuò)展一片8KSRAM6264擴(kuò)展實(shí)例,27,優(yōu)選內(nèi)容,表16264的操作方式,返回,28,優(yōu)選內(nèi)容,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,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8KB地址范圍不唯一（因?yàn)镻2.7P2.6可為任意值）可以為0000H-1FFFH4000H-5FFFH8000H-9FFFHA000H-DFFFH四種中的一種地址范圍。,29,優(yōu)選內(nèi)容,擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線圖,30,優(yōu)選內(nèi)容,例：分析外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍,0000H1FFFH/2000H3FFFH/4000H5FFFH/6000H7FFFH,寫數(shù)據(jù)：MOVA,DATAMOVDPTA,6000HMOVXDPTR,A讀數(shù)據(jù)：MOVDPTR,7FFFHMOVX,DPTR,31,優(yōu)選內(nèi)容,例：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路中，將片內(nèi)RAM以50H單元開始的16個(gè)數(shù)據(jù)，傳送片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0000H開始的單元中。程序如下：ORG1000HMOVR0,#50HMOVR7,#16MOVDPTR,#0000HAGAIN:MOVA,R0MOVXDPTR,AINCR0INCDPTRDJNZR7,AGAINRETEND,32,優(yōu)選內(nèi)容,MCS-51系列單片機(jī)寫外部RAM的時(shí)序圖,2、MCS-51系列單片機(jī)讀寫外部RAM的時(shí)序圖,33,優(yōu)選內(nèi)容,MCS-51系列單片機(jī)讀外部RAM的時(shí)序圖,34,優(yōu)選內(nèi)容,C000HDFFFH,6000H7FFFH,A000HBFFFH,3、多片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展,例：利用8051擴(kuò)展三片6264,35,優(yōu)選內(nèi)容,例：利用8051擴(kuò)展四片6264,2000H3FFFH,0000H1FFFH,4000H5FFFH,6000H7FFFH,36,優(yōu)選內(nèi)容,思考：要使程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間都從0000H開始，片選線如何處理？,2000H3FFFH,0000H1FFFH,4000H5FFFH,6000H7FFFH,4、綜合擴(kuò)展實(shí)例分析,例：利用8051擴(kuò)展兩片2764和兩片6264,37,優(yōu)選內(nèi)容,思考：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間是否會(huì)發(fā)生地址沖突？,2000H3FFFH,0000H1FFFH,0000H1FFFH,2000H3FFFH,分析：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間是多少？,38,優(yōu)選內(nèi)容,P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.08031ALEP0WRPSENRD,CE