2022年单片机基础——7.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单片机基础（第3版）,李广弟等编著,北京航空航天大学出版社,2007年6 月,第6章 单片机并行存储器扩展,6.1 单片机并行外扩展系统,6.2 存储器分类,6.3 存储器并行扩展,6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法,6.1 单片机并行外扩展系统,外扩展是构建单片机系统的重要内容,有两类外扩展：存储器扩展和I/O扩展；有两种外扩展方法：并行扩展和串行扩展。,6.1.1 单片机并行扩展总线,存储器扩展中包括程序存储器和数据存储器，其余所有扩展内容统称为I/O扩展。,由扩展系统结构图可知，扩展是通过系统总线进行的。所谓总线就是连接单片机各扩展部件的一组公共信号线，是系统共享的通路，通过总线把各扩展部件连接起来，以进行数据、地址和控制信号的传送。,单片机并行扩展系统结构图,并行扩展总线包括3各组成部分，即地址总线、数据总线和控制总线。,（1）地址总线,在地址总线（Address Bus，简写AB）上传送的是地址信号，用于外扩展存储单元和I/O端口的寻址。地址总线是单向的。,（2）数据总线,数据总线（Data Bus，简写DB）用于传送数据、状态、指令和命令。数据总线的位数应与单片机字长一致。数据总线是双向的。,（3）控制总线,控制总线（Control Bus，简写CB）是一组控制信号线。一个控制信号的传送是单向的，但是由不同方向信号线组合的控制总线则应表示为双向。,总线结构可以提高系统的可靠性，增加系统的灵活性。,1.并行扩展总线的组成,2.80C51单片机并行扩展总线,80C51单片机并行扩展总线结构图,（1）以P0口的8位口线充当低位地址线/数据线,地址线/数据线低位地址线是指低8位地址A7A0，而数据线为D7D0。,将地址与数据分离后，为保存分离出的地址，需另外增加一个8位锁存器，并以ALE作为锁存控制信号。,（2）以P2口的口线作高位地址线,P2口只作为高位地址线使用，加上P0口提供的低8位地址，就形成了完整的16位地址总线。使单片机外扩展的寻址范围达到64K单元。,（3）控制信号,除地址线和数据线外，系统扩展时还需要单片机提供一些控制信号线，这就是扩展系统的控制总线。这些控制信号包括：,使用ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址锁存。,以/PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。,以/EA信号作为内外程序存储器的选择信号。,以/RD和/WR作为扩展数据存储器和I/O端口的读/写选通信号。,把6116改造成程序存储器,存储器扩展的主要内容是地址线、数据线和控制线的连接。,当使用时，该端加+5 V电源。,为进行芯片选择，扩展芯片上都有一个甚至多个片选信号引脚(常用名为CE或CS)。,所谓总线就是连接单片机各扩展部件的一组公共信号线，是系统共享的通路，通过总线把各扩展部件连接起来，以进行数据、地址和控制信号的传送。,CE/PGM：双重功能控制线。,OE：数据输出允许信号。,只要把最低地址和最高地址找出来，扩展的存储器在存储空间中所占据的地址范围即可确定。,12 80C51存储器的4个物理存储空间和3个逻辑存储空间,单片机外扩展地址空间,为此先把芯片的A7A0引脚与地址锁存器的8位地址输出对应连接，再把A10A8引脚与P2口的P2.,OE：数据输出允许信号。,系统启动后，自动进入监控程序运行。,内外ROM面临地址衔接问题。,单片机外扩展地址空间,6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取,数据线和控制信号线的连接比较简单，地址线的连接则比较复杂，地址线的连接涉及到I/O编址和芯片的选取问题。,1.单片机外扩展地址空间,单片机的外扩展地址空间，与它的存储器系统有关。80C51单片机存储器系统与外扩展地址空间结构如下图所示。,80C51单片机系统地址空间结构图,进行单片机系统扩展，首先要解决寻址问题，即如何找到要访问的扩展芯片以及芯片内的目标单元。,为进行芯片选择，扩展芯片上都有一个甚至多个片选信号引脚(常用名为CE或CS)。所以寻址问题就归结到如何产生有效的片选信号。常用的芯片选择方法（即寻址方法），有线选法和译码法两种。,（1）线选法寻址,所谓线选法，就是直接以位地址信号作为芯片的片选信号。使用时只需把地址线与扩展芯片的片选信号引脚直接连接即可。,2.片选技术,线选法寻址的最大特点是简单，适用于规模较小的单片机系统。假定单片机系统分别扩展了程序存储器芯片2716、数据存储器芯片6116、并行接口芯片8255、键盘/显示器接口芯片8279和D/A转换芯片0832，则采用线选法寻址的扩展片选连接下图所示。,6.2 存储器分类,6.2.1 只读存储器,1.掩膜只读存储器,掩膜只读存储器编程是由半导体制造厂家完成的，即在生产过程中实现编程。因编程过程是掩膜工艺，因此，称为掩膜ROM，或Mask ROM。,2.可编程只读存储器（PROM）,PROM(Programmable ReadOnly Memory)芯片出厂时没有任何程序信息，其程序是在开发现场由用户写入的。但这种ROM芯片只能写入一次，其内容一旦写入就不能再进行修改。,3.可擦除可编程只读存储器（EPROM）,EPROM(Erasable Programmable ReadOnly Memory)芯片的内容也由用户写入，但允许反复擦除重新写入。EPROM是用紫外线擦除。,4.电擦除可编程只读存储器,E2PROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory)是一种用电信号编程也用电信号擦除的ROM芯片，它可以通过读/写操作进行逐个存储单元的读出和写入，读/写功能与RAM存储器相似，只是写入速度慢一些，但断电后却能保存信息。,5.闪速存储器（Flash ROM）,闪速存储器全称为快闪可编程/擦除只读存储器，简称闪速存储器或FlashROM，也可简写为FPEROM(Flash Programmable and Erasable Read Only Memory。,在单片机系统中，数据存储器用于存放可随时修改的数据。数据存储器扩展使用随机存储器芯片，随机存储器(Random Access Memory）简称RAM。,对RAM可以进行读/写两种操作，但RAM是易失性存储器，断电后所存信息消失。,按工作方式，RAM又分为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。,6.2.2 读/写存储器,2716引脚图,单片程序存储器扩展连接图,（1）存储器扩展的主要内容,存储器扩展的主要内容是地址线、数据线和控制线的连接。2716的存储容量为2 KB，需11位地址(A10A0)进行存储单元编址。为此先把芯片的A7A0引脚与地址锁存器的8位地址输出对应连接，再把A10A8引脚与P2口的P2.2P2.0相连。采用线选法进行片选，只需在剩下的高位地址线中取一位(P2.7)与2716的CE端相连即可。,数据线的连接比较简单，只要把存储芯片的数据输出引脚与单片机P0口线对应连接就可以了。,控制信号，程序存储器的扩展只涉及PSEN(外部程序存储器读选通)，把该信号连接到2716的OE引脚，用于存储器读出选通。,（2）存储单元地址分析,只要把最低地址和最高地址找出来，扩展的存储器在存储空间中所占据的地址范围即可确定。,把P2口中没有用到的高位地址线假定为0状态，则所扩展的2716芯片的地址范围是：,最低地址8000H,最高地址87FFH,由于P2.6P2.3的状态与2716芯片的寻址无关，所以在该芯片被寻址时，P2.6P2.3可以为任意状态，即从00001111共有16种状态组合。,表明2716芯片对应着16个地址区间，即8000H87FFH，8800H8FFFH，9000H97FFH，9800H9FFFH，A000HA7FFH，A800HAFFFH在这些地址区间内都能访问到2716，这就是线选法存在的地址区间重叠问题。,1.RAM芯片6116,6116芯片的存储容量为2 KB，芯片6116引脚图,该芯片为双列直插式封装,引脚排列如右图。,A10A0：地址线。,D7D0：数据线。,CE：片选信号。,OE：数据输出允许信号。,WE：写选通信号。,VCC：电源(+5 V)。,GND：地。,6.3.2 数据存储器并行扩展,2.数据存储器扩展连接,数据存储器扩展与程序存储器扩展在数据线、地址线的连接上是完全相同的，所不同的是控制信号。数据存储器则使用/RD和/WR分别作为读/写选通信号。,6.3.3 使用RAM芯片扩展可读/写的程序存储器,可用RAM芯片经过特殊连接，作为程序存储器使用，使其既可以运行程序，又可以修改程序，成为一个可读/写的程序存储器。,在运行程序时，需要有程序存储器的读信号/PSEN；在修改程序时，要用到数据存储器的读信号/RD和写信号/WR。现以6116芯片为例，说明这3个信号的连接方法。其电路图如下图所示。,把6116改造成程序存储器,6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法,6.4.1 单片机存储器系统的特点,1.程序存储器与数据存储器并存,程序存储器是保存程序的需要，而数据存储器则是运行程序的需要。在系统中两种存储器是截然分开的，它们有各自的地址空间、操作指令和控制信号。,2.内外存储器并存,片内存储器是芯片固有的，使用方便存取快捷，但容量有限，难以满足系统需要；而片外存储器是系统扩展的。从而形成了单片机系统既有内部存储器，又有外部存储器的结构。,3.程序存储器地址具有连续性要求,在编程使用时，内外程序存储器空间的地址必须是连续的。,图6.12 80C51存储器的4个物理存储空间和3个逻辑存储空间,6.4.2 80C51 单片机存储器的使用,1.存储空间的区分,（1）内部程序存储器与数据存储器的区分,芯片内部的ROM与RAM是通过指令来相互区分的。读ROM时使用MOVC指令，而读RAM时则使用MOV指令。,（2）外部程序存储器与数据存储器的区分,对外部扩展ROM与RAM，同样使用指令来加以区分。读外部ROM使用MOVC指令，而读/写外部RAM则使用MOVX指令。以/PSEN作为外部ROM的读选通信号，以/RD和/WR作为外部RAM的读/写选通信号。,（3）内外数据存储器的区分,内部RAM和外部RAM是分开编址的，就造成了外部RAM前256个单元的地址重叠。但由于有不同的指令加以区分，访问内部RAM使用MOV指令，访问外部RAM使用MOVX指令，所以不会发生操作混乱。,2.内外程序存储器的衔接,出于连续执行程序的需要，内外程序存储器必须统一连续编址，并使用相同的读指令MOVC。内外ROM面临地址衔接问题。再考虑到80C51单片机系列芯片中，有些芯片有内部ROM，有些芯片没有内部ROM。为此，80C51单片机特别配置了一个EA(访问内外程序存储器控制）信号。衔接示意图见下图。,内外程序存储器衔接示意图,从上图可以看出：,由于0000H0FFFH存储空间已被内部ROM占据，所以外部ROM就不能再使用这部分存储空间了，相当于外部ROM损失了4 KB的存储空间。,对于80C31这样没有内部ROM的单片机，应使/EA0(接地）。这样，只需对外部ROM进行寻址，寻址范围为0000HFFFFH，是一个完整的64 KB ROM空间。,