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。,