第5章-存储器教学案例

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1、第5章：半导体存储器,本章基本要求： 1、存储器基本概念 2、RAM、ROM存储器工作原理- 3、51单片机系统外部存储器的连接*,概 述,存储器是计算机的主要组成部分，它使计算机 具有记忆功能。能将数据和程序存入计算机，使之 脱离人的干预自动工作。,70年代的存储器大多采用磁芯存储器，其速度 比CPU慢几个数量级。且体积大，成本高。无论是 体积上还是成本上，都是计算机的主要组成部分。,计算机工作者在存储器的速度、体积、成本和 容量上做了大量工作，解决了很多矛盾，成功地研 制出今天的半导体存储器。,单极性MOS存储器分类,双极性存储器有TTL、ECL,MOS存储器按工作特点、作用以及制造工艺可

2、分为：,MOS存储器,RAM,ROM,动态DRAM,静态SRAM,Random Access Memory,掩膜ROM Read Only Memory,现场可编程PROM Programmable ROM,可擦可编程EPROM Erasable PROM,电可擦可编程E2ROM Electrically EPROM,闪速存储器 Flash Memory,AT89C51/52,AT89C1051/2051,易失,非易失,程序存储器,数据存储器,二、数据存储器,MCS-51最小系统,MCS-51最大系统：可寻址64KB单元,容量不够时就要扩展片外数据存储器RAM（I/O）,系 统 的 扩 展 设

3、 计:,存储器,I/O接口,5.1半导体存储器基础,5.1.1 存储器的分类,5.1.1 存储器的分类 1.RAM 读/写存储器 SRAM 静态随机读/写存储器 DRAM 动态随机读/写存储器 2.ROM 掩模ROM 出厂时程序已经写入，不能修改。 PROM 可编程只读存储器 EPROM 可擦写PROM 3.新型存储器 OTP ROM 一次可编程只读存储器 FLASH 存储器 快擦写存储器 FRAM 非易失性铁电存储器,5.1半导体存储器基础,5.1.2 存储器的技术指标 1、存储容量：是指存储器能够存储信息的容量。可以表示为： 存储容量=字数字长 2、最大存取时间：是指CPU从存储器里读或写

4、一个数据所需要的最大时间。 3、存储器功耗 4、可靠性和工作寿命 5、集成度,5.1半导体存储器基础,5.1.3 存储器的结构 可以分为单译码和双译码编址存储器两类。 注意： 存储器引脚的种类。 存储器容量与引脚的关系。 存储器操作的概念：地址信号、地址译码、数据输入与输出信号。 存储器读写操作过程。,5.1半导体存储器基础,1、单译码编址存储器 如图：注意地址译码器、存储器阵列。,5.1半导体存储器基础,2、双译码编址存储器 如图：注意它的译码与选中单元的过程。,5.2只读存储器ROM,特点：存放的信息是固定的，不会随停电而丢失。在使用过程中，其信息只可以读取，不可以改写。 常用的ROM种类

5、有： 1、掩模ROM，由制造厂家写入信息。 2、PROM，由用户一次性写入信息。 3、EPROM，多次可改写ROM，可由用户使用紫外线灯擦除再次写入信息。 4、EEPROM，可用电脉冲擦除，并再次由用户写入信息。,5.2只读存储器ROM,ROM应用举例：以2764为例。 1、内部结构：如下图。 2、引脚分类和功能。强调：CE 的作用。,常用的EPROM芯片为：,地址输入线 A0Ai,三态数据线 D0D7,片选线,读出选通线,编程脉冲输入线,编程电源线,工作电源线,2764、27128、27256、27512等,地线,8K 8,16K 8,32K 8,64K 8,A0Ai ：地址输入线，i=12

6、15,Q0Q7 ：三态数据线， 读或编程校验时为数据输出线，,编程时为数据输入线。维持或禁止时，呈高阻态,VPP： 编程电源线，其值因芯片型号和制造商而异,VCC： 电源线，接+5V,GND: 接地线,常用D0D7表示,常用EPROM芯片的技术指标：,nS,mA,mA,EPROM的操作方式有：,EPROM 写入器,读 0 0 1 VCC 5v DOUT,禁止输出 0 1 1 VCC 5v 高阻,维 持 1 VCC 5v 高阻,编 程 0 1 0 * * DIN,编程校验 0 0 1 * * DOUT,编程禁止 1 * * 高阻,2764A和27128A的操作方式,5.3随即存取存储器RAM,1

7、、特点：存储单元的内容可在操作中随时读写操作，其信息会随停电而丢失。 常用的RAM有：动态和静态两类。 2、RAM举例：以6264为例。下图为其内部结构。,5.3随即存取存储器RAM,6264引脚说明：注意CS 的作用。,常用数据存储器芯片,常用的静态RAM芯片为：,地址输入线,双向三态数据线,片选线,读出选通线,写允许信号输入线,电源线,静态RAM芯片,6116、6264、62128、62256等,2 KB,8 KB,16 KB,32 KB,地线,11根,13根,14根,15根,上页,下页,回目录,常用静态RAM芯片的技术指标：,6116/6264/62128/62256操作方式,读 0 0

8、 1 输出 DOUT,维持 1 高阻 三态,写 0 1 0 输入 DIN,5.451单片机与外部存储器的连接,5.4.1 51外扩存储器应注意的问题 这些问题也是连接外部存储器时应很好掌握的重要概念。 选取合适的存储器芯片：芯片的存储性质、芯片的容量、芯片的工作速度等。 存储器空间地址的分配：确定各类芯片在存储空间占用的存储地址。 确定芯片译码方式：片内译码、芯片译码。全译码方式、部分译码方式、线选译码方式。 存储器与单片机连线的种类及要求，重点是三总线的结构。,MCS-51系统扩展功能,进行系统扩展时，单片机的引脚可构成三总线结构,1、片外三总线结构,A0A7,D0D7,I/O,控 制 总

9、线 CB,数据总线 DB,地址总线 AB,上页,下页,回目录,RAM,I/O,ROM,CBUS,DBUS,ABUS,CBUS ：控制总线 ，方向不确定 DBUS：数据总线，双向三态 ABUS ：地址总线，单向三态,利用三总线可方便的进行系 统 的 扩 展 设 计:, 地址总线AB（A0A15）宽16位 片外寻址64KB, 数据总线DB（D0D7）宽8位, 控制总线CB,系统扩展用的控制总线有：,数据总线由P0口提供，该口为三态双向口。,2、总线驱动能力,单向总线驱动器 74LS244,双向总线驱动器 74LS245,当应用系统规模过大，超过总线的驱动能力时，,系统不可能可靠工作，此时应加总线驱

10、动器。,3、常用的地址锁存器,常用的8位地址锁存器有：74LS373、74LS273、8282,74LS373是一种输出带有三态门的8D锁存器,74LS373结构原理图,输入控制端,输出允许端,引脚图,ALE,电路连接图,74LS 373,74LS373的功能表,0 1 直通（Qi=Di）,0 0 保持（Qi保持不变）,1 输 出 高 阻,工作原理：,输入控制端G,“1” 输出和输入端数据相同,“0” （1D8D）数据锁入（1Q 8Q）,“1” 三态门输出呈高阻,三态门开放,其输出为锁存器,的输出,“0”,4、常用的地址译码器,8个输出端,3个选择输入端,3个允许输入端,74LS138译码器真

11、值表,禁止,允 许,1个允许输入端,2个选择输入端,4个输出端,74LS139译码器真值表,5.451单片机与外部存储器的连接,使用三总线进行扩展,5.451单片机与外部存储器的连接,几个重要概念及地址译码方式 分清地址线：片内地址线、片选地址线； 片内地址线的接法：直接与系统的地址线相连。 片选地址线的接法：可用全译码方式、部分译码方式连接。 用地址译码电路产生芯片的选通信号。通常这种选通信号采用集成译码电路产生。,5.4.2 程序存储器扩展设计,一、外部程序存储器操作时序,MCS-51单片机访问外部ROM，使用的控制信号为：,操作时序的两种情况：, 不执行MOVX指令时, 执行MOVX指令

12、时,外部程序存储器操作时序（a）,（a）不执行 MOVX 指令时,由图可见：,P2口用于送出PCH信息,P0口用于送出PCL信息和输入指令,一个周期内，ALE脉冲两次有效。,一个周期内，PSEN脉冲两次有效。,外部程序存储器操作时序（b）,（b）执行 MOVX 指令时,RD,WR,由图可见：,P0复用口 地址/数据,数据,地址,数据 指令,PC DPTR,三、程序存储器扩展设计,程序存储器设计要点：,选择片选信号,1、线地址译码法扩展16KBEPROM,=0,=0,=1,1、线地址译码法扩展16KBEPROM,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 1 1 1 1 1

13、1 1 1 1 1 1 1 1 1,基本地址范围：0000H3FFFH,重叠地址范围：4000H7FFFH,结构特点：,地址范围：,27128,8031,A0A7,D0D7,片选0,片选1,片选2,0000H1FFFH,2000H3FFFH,4000H5FFFH,2、部分地址译码法扩展24KB EPROM,2、部分地址译码法扩展24KB EPROM,片,片,片,地址范围：,结构特点：,A0A7,D0D7,片选0,片选1,片选7,0000H1FFFH,2000H3FFFH,E000HFFFFH,3、全地址译码法扩展64KBEPROM, ,D0D7,A0A12,A0A7,图5-1外部程序存储器操作

14、时序（a）,2、全地址译码法扩展64KB EPROM,片,片,片, ,所有地址都参加译码选择芯片，叫作全地址译码,地址范围：,74LS138 C B A,A15 A14 A13,A15 A14 A13,5.451单片机与外部存储器的连接,51单片机与外部EPROM的连接 单片机与两片2764相连，如下图。写出各片2764的地址空间。（0000H-1FFFH，2000H-3FFFH）,5.4.3 数据存储器扩展设计,一、外部数据存储器操作时序,可寻址256B 外部数据存储器,可寻址64KB 外部数据存储器,访问外部RAM用专门指令MOVX，共4条,MOVX A，Ri,MOVX Ri ，A,MOV

15、X A，DPTR,MOVX DPTR ，A,外部数据存储器读时序（a）,DPL(Ri),DPH,A,外部数据存储器写时序（b）,DPL(Ri),DPH,（A）,由图可见：,S1P2读到的指令为MOVX指令 （单字节双周期指令）,在S2P1下一个ALE到来时， 通过P0口、P2口送出要访问的片外RAM的地址,1、MCS-51扩展2KBRAM,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,结构特点：,地址范围：,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1, , ,0000H,0001H,07FFH,6116,8031,二、数据存储器扩展设计,1、 MCS-51扩展2KBRAM,A0A7,D0D7,0000H7FFFH,0000H7FFFH,2、 8031扩展32KB EPROM和32KB RAM,基本地址范围：0000H7FFFH,2、8031扩展32KBEPROM和32KB RAM,结构特点：,地址范围：,A0A7,D0D7,3、程序存储器空间和数据存储器空间的合并,8000HFFFFH,0000H7FFFH,结构特点：,地址范围：,3、程序存储器空间和数据存储器空间的合并,27256地址,62256地址,A15,5.451单片机与外部存储器的连接,51