LJY第8章---MCS-51单片机扩展存储器的设计(1).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,可整理ppt,44/,*,第8章 MCS-51单片机扩展存储器的设计,8.1 概述,片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能部件：,系统扩展,问题，内容主要有：,(1)外部存储器的扩展,（外部存储器又分为外部程序存储器和外部数据存储器）,(2)I/O接口部件的扩展,。,本章介绍MCS 51单片机如何扩展外部存储器，I/O接口部件的扩展下一章介绍。,1,可整理ppt,系统扩展结构如下图:,MCS-51单片机外部存储器结构:,哈佛结构,。,MCS-51数据存储器和程序存储器的,最大扩展空间各为64KB。,系统扩展首先要,构造系统总线,。,2,可整理ppt,8.2 系统总线及总线构造,8.2.1 系统总线,按其功能通常把系统总线分为三组：,1.地址总线,（Adress Bus,简写AB）,2.数据总线,(Data Bus，简写DB),3.控制总线,（Control Bus，简写CB）,8.2.2 构造系统总线,系统扩展的首要问题:,构造系统总线，然后再往系统总线上,“挂”,存储器芯片或I/O接口芯片，,“挂”存储器芯片就是存储器扩展，“挂”I/O接口芯片就是I/O扩展。,3,可整理ppt,MCS-51由于引脚数目限制，数据线和低8位地址线复用。,为了将它们分离出来，需要,外加地址锁存器,，从而构成与一般CPU相类似的片外三总线。,4,可整理ppt,地址锁存器一般采用74LS373,，采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图(图8-3)。,1.以P0口作为低8位地址/数据总线。,2以P2口的口线作高位地 址线。,3.控制信号线。,ALE,PSEN*,EA*,RD*和WR*,尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口线。,5,可整理ppt,8.2.3 单片机系统的串行扩展技术,优点：,串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/O口线很少（仅需3-4根），提高可靠性。SPI（Serial PeriperalInterface）,I,2,C公用双总线,缺点:,串行接口器件速度较慢(,现也很快,）,在大多数应用的场合，还是并行扩展占主导地位。(,仪表行业,串行占主要）,6,可整理ppt,8.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器,8.3.1 存储器扩展的读写控制,RAM芯片：,读写控制引脚，记为/,OE,和/,WE,，与MCS-51,的/RD和/WR相连。,EPROM芯片：,只能读出，故只有读出引脚，记为/,OE,，该引脚与MCS-51的/PSEN相连。,7,可整理ppt,8.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器,8.3.2 存储器地址空间分配,MCS-51发出的地址,:用来,选择某个存储器单元进行读写，,要完成这种功能，必须进行两种选择：,“,片选,”和“,单元选择,”。,存储器空间分配考虑地址线连接，,各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围。,常用的存储器地址分配的方法有两种：,线性选择法（,简称线选法）,地址译码法,（简称译码法）。,8,可整理ppt,1.,线选法,直接利用,系统的高位地址线,作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号。,例,某一系统，需要外扩8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关的地址线连线，电路如下图。,地址映射表（高位）：,2732(1):0111xxxxB,2732(2):1011xxxxB,6116(1):1101xxxxB,6116(2):1110 xxxxB,9,可整理ppt,2.译码法,常用的译码器芯片：,74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）,。,全译码：,全部高位地址线都参加译码；,部分译码：,仅部分高位地址线参加译码。,(1)74LS138（38译码器）,10,可整理ppt,(2)74LS139（双2-4译码器）,引脚如下图。真值表如表8-2（P168）所示。,11,可整理ppt,全地址译码方式，每次只能选中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。,例,要扩8片8KB的RAM 6264，如何通过74LS138把64KB（,地址,）空间分配给各个芯片？,12,可整理ppt,如果,用74LS138把64K空间全部划分为每块4KB,，如何划分？,13,可整理ppt,8.3.3 外部地址锁存器,常用的地址锁存器芯片有:74LS373、8282、74LS573等。,14,可整理ppt,3锁存器74LS573,输入的D端和输出的Q端也是依次排在芯片的两侧，与锁存器8282一样，为绘制印刷电路板时的布线提供了方便。,15,可整理ppt,8.4 程序存储器EPROM的扩展,只读存储器，非易失性。,（1）掩膜ROM,在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。,（2）可编程ROM（PROM）,OTP(one time programmable)ROM用独立的编程器写入。但PROM,只能写入一次,，且不能再修改。,16,可整理ppt,8.4 程序存储器EPROM的扩展,（3）EPROM,电,信号编程，,紫外线擦除,的只读存储器芯片。,（4）E,2,PROM（EEPROM）,电,信号编程，,电信号擦除,的ROM芯片。读写操作与RAM几乎没有什么差别，只是写入的速度慢一些。但断电后能够保存信息。,（5）Flash ROM,又称闪烁存储器，简称闪存。,大有取代E,2,PROM,的趋势。,17,可整理ppt,8.4.1 常用EPROM芯片介绍,典型芯片是,27系列产品,，,“27”后面的数字表示其位存储容量。,2764,（8KB8）,27128（16KB8）,27256（32KB8）,27512（64KB8）,CE,*,：,片选输入端/G,OE*,：输出允许控制端/E,PGM*：,编程时，加编程脉冲的输入端,Vpp：,编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端,扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。(,余地,),18,可整理ppt,2.EPROM芯片的工作方式,（1）读出方式,片选,CE,*,:低,输出允许控制,OE*,:低，Vpp:+5V。,（2）编程方式,Vpp端加上规定高压,CE,*,和OE,*,端加合适电平(不同的芯片要求不同)，就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元。,（3）未选中方式,片选控制线为,高,电平。,（4）编程校验方式,（5）编程禁止方式,/OE为高 输出呈高阻状态。,19,可整理ppt,8.4.2 程序存储器的操作时序,访问程序存储器的控制信号:,（1）ALE,（2）PSEN,*,（3）EA,*,1:片内 0：片外,如果指令是从片外EPROM中读取，ALE用于低8位地址锁存，,PSEN,*,接外扩EPROM的,OE,*,脚。,P0口:,分时低8位地址总线和数据总线，,P2口:,高8位地址线。,20,可整理ppt,2.操作时序,(1)应用系统中无片外RAM,21,可整理ppt,(2)应用系统中接有片外RAM,22,可整理ppt,8.4.3 典型的EPROM接口电路,1.使用单片EPROM的扩展电路,2716、2732 EPROM价格贵，容量小，且难以买到。,介绍2764、27128、27256、27512芯片的接口电路。,23,可整理ppt,外扩16K字节的EPROM 27128,的接口电路图,24,可整理ppt,MCS-51外扩单片32K字节的EPROM 27256的接口。,25,可整理ppt,3.使用多片EPROM的扩展电路,MCS-51,扩展4片27128,各片62128地址分配表,P2.6 P2.7 译码输出 选中芯片 地址范围 存储容量,0 0 YO*IC1 0000H-3FFFH 16K,0 1 Y1*IC2 4000H-7FFFH 16K,1 0 Y2*IC3 8000H-BFFFH 16K,1 1 Y3*IC4 C000H-FFFFH 16K,26,可整理ppt,8.5 静态数据存储器的扩展,8.5.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片,典型型号有:,6116、6264、62128、62256。+5V电源供电，双列直插封装，6116为24引脚封装，6264、62128、62256为28引脚封装。,各引脚功能如下:,A0A14：,地址输入线。,D0D7：,双向三态数据线。,/CS1、CS2：,片选信号输入。对于6264芯片，当26脚(CS2)为高电平时,且,/CS1,为低电平时才选中。,OE,*,：读选通信号输入线。,WE,*,：写允许信号输入线，低电平有效。,27,可整理ppt,6264,28,可整理ppt,Vcc,：,工作电源+5V,GND,：,地,有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制。,29,可整理ppt,8.5.2 外扩数据存储器的读写操作时序,1.读片外RAM操作时序,30,可整理ppt,2.写片外RAM操作时序,写是CPU主动把数据送上P0口总线。故在时序上，CPU先向P0口总线上送完8位地址后，在S3状态就将数据送到P0口总线。,31,可整理ppt,8.5.3 典型的外扩数据存储器的接口电路,图8-21给出了用线选法扩展8031外部数据存储器的电路,。,32,可整理ppt,地址线为A0A12，故8031剩余地址线为三根。用线选法可扩展3片6264。3片6264对应的存储器空间如下表。,33,可整理ppt,各片62128地址分配表,P2.6 P2.7 译码输出 选中芯片 地址范围 存储容量,0 0 YO*IC1 0000H-3FFFH 16K,0 1 Y1*IC2 4000H-7FFFH 16K,1 0 Y2*IC3 8000H-BFFFH 16K,1 1 Y3*IC4 C000H-FFFFH 16K,译码选通法扩展。,34,可整理ppt,单片62256与8031的接口电路,如图8-23所示。地址范围为0000H7FFFH。,35,可整理ppt,例8-1,编写程序将片外数据存储器中5000H50FFH单元全部清零,。,方法1,：,用DPTR作为数据区地址指针，同时使用字节计数器。,MOV DPTR，#5000H ；设置数据块指针的初值,MOV R7，#00H ；设置块长度计数器初值,CLR A,LOOP：MOVX DPTR，A ；把某一单元清零,INC DPTR ；地址指针加1,DJNZ R7，LOOP；数据块长度减1，若不为0则继续清零,HERE：SJMP HERE；执行完毕，原地踏步,36,可整理ppt,例8-1,编写程序将片外数据存储器中5000H50FFH单元全部清零,。,方法2：,用DPTR作为数据区地址指针，但不使用字节计数器，而是比较特征地址。,MOV DPTR，#5000H,CLR A,LOOP：MOVX DPTR，A,INC DPTR,MOV R7，DPL,CJNE R7，#0，LOOP；与末地址+1比较,HERE：SJMP HERE,37,可整理ppt,8.6 EPROM和RAM的综合扩展,8.6.1 综合扩展的硬件接口电路,例8-2,采用线选法扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM选6264，EPROM选2764。,38,可整理ppt,8.6 EPROM和RAM的综合扩展,8.6.1 综合扩展的硬件接口电路,例8-2,（1）各芯片地址空间分配,（2）控制信号及片选信号,IC2和IC4占用地址空间为2000H3FFFH（P2.6=0、P2.5=1）共8KB。同理IC1、IC3地址范围4000H5FFFH（P2.6=1、P2.5=0、P2.7=0）。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。,39,可整理ppt,例8-3,采用译码器法扩展2片8KB EPROM，2片8KB RAM。EPROM选用2764，RAM选用6264。共扩展4片芯片。扩展接口电路见图8-25。,各存储器的地址范围如下：,可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的。,40,可整理ppt,8.6.2 外扩存储器电路的工作原理及软件设计,1.单片机片外程序区读指令过程,2.单片机片外数据区读写数据过程,例如，,把片外1000H单元的数送到片内RAM 50H单元，程序如下：,MOV DPTR，#1000H,MOVX A，DPTR,MOV 50H，A,例如，,把片内50H单元的数据送到片外1000H单元中，程序如下：,MOV A,50H,MOV DPTR,#1000H,MOVX DPTR,A,41,可整理ppt,8.6.2 外扩存储器电路的工作原理及软件设计,MCS-51单片机读写片外数据存储器中的内容，除用,MOVX A,DPTR和MOVX DPTR,A,外，,还可使用,MOVX A,Ri和MOVX Ri,A。,这时通过P0口输出Ri中的内容（低8位地址），而把P2口原有的内容作为高8位地址输出。,42,可整理ppt,例8-4 将程序存储器中以TAB为首址的32个单元的内容依次传送到外部RAM以7000H为首地址的区域去。,DPTR指向标号TAB的首地址。R0既指示外部RAM的地址，又表示数据标号TAB的位移量。本程序的循环次数为32，R0的值：031，R0的值达到32就结束循环。程序如下：,MOVP2,#70h,MOVDPTR,#TAB,MOVR0,#0,AGIN:MOVA,R0,MOVCA,A+DPTR,MOVR0,A,INCR0,CJNER0,#32,AGIN,HERE:SJMPHERE,TAB:DB ,43,可整理ppt,8.7 E,2,PROM的扩展,保留信息长达20年，不存在EPROM在日光下信息缓慢丢失的问题。,8.7.1 常用的E2PROM芯片,在芯片的引脚设计上，2KB的E,2,PROM 2816与相同容量的EPROM 2716和静态RAM 6116兼容，8KB的E,2,PROM 2864A与同容量的EPROM 2764和静态RAM 6264也是兼容的。2816、2817和2864A的读出数据时间均为,250ns,，写入时间10ms。,44,可整理ppt,8.7.3 MCS-51扩展E,2,PROM的方法,1.MCS-51外扩2817A,2817A既可作为外部的数据存储器，又可作为程序存储器。通过P1.0查询2817A的RDY/BUSY*状态，来完成对2817A的写操作。片选信号由P2.7提供。,45,可整理ppt,2.MCS-51外扩2864A,接口电路见图8-28。片选端与P2.7连接，P2.7=0才选中2864A，线选法决定了2864A对应多组地址空间，即:0000H1FFFH，2000H3FFFH，4000H5FFFH，6000H7FFFH。8K字节的2864A可作为数据存储器使用，但掉电后数据不丢失。,对2864A装载一个页面数据(16个字节)的子程序WR2:,被写入的数据取自源数据区，子程序入口参数为：,R1=写入2864A的字节数(16个字节),R2=2864A的低位地址,P2=2864A的高位地址,DPTR=源数据区首地址,46,可整理ppt,47,可整理ppt,8.8 ATMEL89C51/89C55单片机的片内闪烁存储器,AT89C51/89C52/89C55,是低功耗、高性能的,片内含有4KB/8KB/20KB,闪烁可编程/擦除只读存储器芯片。,89C51,的主要性能,（,1,）与,MCS-51,微控制器系列产品兼容。,（,2,）片内有,4KB,可在线重复编程的闪烁存储器,（,3,）,存储器可循环写入,/,擦除,1,万次。,（,4,）存储器数据保存时间为,10,年。,（,5,）宽工作电压范围：,Vcc,可为,+2.7,6V,。,（,6,）,全静态工作：可从,0Hz,16MHz,。,（,7,）,程序存储器具有,3,级加密保护。,（,8,）空闲状态维持低功耗、掉电状态保存存储器内容。,48,可整理ppt,2.片内闪烁存储器,E,2,PROM具有在线改写，掉电后仍能保存数据的特点，可为用户的特殊应用提供便利。但是，擦除和写入对于要有数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是E,2,PROM的主要缺陷。,表8-12(P197),，几种,典型E,2,PROM芯片,性能数据。,由表可见，字节擦除时间和,写入时间10ms,。,49,可整理ppt,8.8.2 片内闪烁存储器的编程,芯片内有3个加密位。,对89C51片内的闪烁存储器编程，只需购买相应的编程器，按照编程器的说明进行操作。如想对写入的内容加密，只需按照编程器的菜单，选择加密功能选项既可。,50,可整理ppt,