单片机课件 单片机总线与存储器的扩展

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1、第6章 单片机总线与存储器的扩展 单片机原理及应用单片机原理及应用第6章 单片机总线与存储器的扩展 内 容 提 要单片机系统总线和系统扩展方法单片机系统总线和系统扩展方法程序存储器的扩展程序存储器的扩展数据存储器的扩展数据存储器的扩展*新型存储器扩展新型存储器扩展第6章 单片机总线与存储器的扩展 MCS51系列单片机的特点就是体积小，功能全，系统 结构紧凑，硬件设计灵活。对于简单的应用，最小系统即 能满足要求。所谓最小系统是指在最少的外部电路条件下，形成一 个可独立工作的单片机应用系统。一片89C51，或者一片 8031外接一片 EPROM就构成了一个单片机最小系统。在很多复杂的应用情况下，单

2、片机内的RAM ，ROM 和 I/O接口数量有限，不够使用，这种情况下就需要进行 扩展。因此单片机的系统扩 展主要是指外接数据存贮器、 程序存贮器或I/O接口等，以满足应用系统的需要。 第6章 单片机总线与存储器的扩展 6.1单片机系统总线和系统扩展方法单片机是通过地址总线、数据总线和控制总线与外部交换信息的。 MCS-51单片机的总线接口信号见图第6章 单片机总线与存储器的扩展 由图可见：1）由于Po分时传送地址/数据信息，在接口电路中，通常 配置地址锁存器，有ALE信号锁存低8位地址AoA7，以分离地址和数据信息。2）P2口传送高8位地址A8A15。3 ) PSEN为程序存储器的控制信号，

3、是在取指令码时或执行MOVC指令时变为有效。RD、WR为 数据存储器和I/O口的读、写控制 信号。是执行MOVX指令时变为有效。第6章 单片机总线与存储器的扩展 系统的扩展的连线原则系统的扩展归结为三总线的连接，连接的方法很简单，连线时应遵守下列原则： 1. 连接的双方 数据线连数据线，地址线连地址线，控制线连控制线。要特别注意的是：程序存储器接PSEN; 数据存储器接RD和WR 2. 控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能相同。 3. 片选信号有效的芯片才选中工作，当一类芯片仅一片时片选端可接地，当同类芯片多片时片选端可通过线译码、部分译 码、全译码接地址线（通常是高位地址线）

4、，在单片机中多 采用线选法。第6章 单片机总线与存储器的扩展 6.2 程序存储器的扩展6.2.1 EPROM6.2.1 EPROM的扩展的扩展程序存储器扩展电路的安排应满足单片机从外存取指令 的时序要求。从时序图中分析ALE、PSEN、Po和P2怎样配 合使程序存储器完成取指操作，从而得出扩展程序存储器的 方法。单片机一直处于不断的取指令码执行取指令码执单片机一直处于不断的取指令码执行取指令码执 行的工作过程中，在取指令码时和执行行的工作过程中，在取指令码时和执行MOVCMOVC指令时指令时PSENPSEN 会变为有效，和其它信号配合完成从会变为有效，和其它信号配合完成从程序存储器读取数据。第

5、6章 单片机总线与存储器的扩展 第6章 单片机总线与存储器的扩展 根据以上取指时序的要求，8XX51单片机扩展程序存储 器2732的电路图见图第6章 单片机总线与存储器的扩展 图中，74LS373为8D锁存器，其主要特点在于： 控制端为高电平时，输出QoQ7复现输入DoD7的状 态；G为下跳沿时DoD7的状态被锁存在QoQ7上。 当把ALE与G相连后，ALE的下跳沿正好把Po端口上 此时出现的PC寄存器指示的低8位指令地址AoA7锁 存在74LS373的QoQ7上，PC的高4位地址A8A11则 直接由P2.0P2.3提供。第6章 单片机总线与存储器的扩展 由于只扩展了一片2732EPROM，因

6、此2732的片选端接地。PSEN与2732的输出允许型号OE相连，PSEN 的 上升沿使OE有效，打开2732中由A0A11指定的地 址单元，该单元中的指令码从2732的O0O7输出，被 正好处于读入状态的Po端口输入到单片机内, 经译码 执行。这就是从外存指定地址单元中取出 1 字节指令并加以执行的整个过程。第6章 单片机总线与存储器的扩展 单片机扩展2761，2764，27128等EPROM的 方法与图9-3相同，差别仅在于不同的芯片的存储 容量的大小不同，因而使用高8位地址的P2端口线的根数不同。 扩展2716 （2KB）需使用A8A10 三条高位地址线 扩展2764（8KB）需要A8A

7、12 五条高位地址线。 扩展27128（16KB)时 需要A8A13六条高位地址线。 这是因为存储器其容量=2N N为地址线的根数 注意：2764和27128的PGM引脚应接Vcc。第6章 单片机总线与存储器的扩展 6.2.2 EEPROM的扩展 1. 1. 电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器EEPROMEEPROM的性能的性能电可擦除只读存储器电可擦除只读存储器EEPROMEEPROM即可像即可像EPROMEPROM那样长期非那样长期非 易失地保存信息，又可像易失地保存信息，又可像RAMRAM那样随时用电改写，近年来出现那样随时用电改写，近年来出现 了快擦下了快擦下FLASH EEPROM

8、FLASH EEPROM，它门被广泛用作单片机的程序存它门被广泛用作单片机的程序存 储器和数据存储器。储器和数据存储器。目前，常用的目前，常用的EEPROMEEPROM如表如表9-19-1，它们有如下共同特点：，它们有如下共同特点：* *单单+5V+5V供电，电可擦除可改写。供电，电可擦除可改写。* *使用次数为使用次数为1 1万次，信息保存时间为万次，信息保存时间为1010年。年。* *读出时间为读出时间为nsns级，写入时间为级，写入时间为msms级。级。* *芯片因角信号与相应的芯片因角信号与相应的RAMRAM和和EPROMEPROM芯片兼容，见表芯片兼容，见表9-9- 1 1。第6章

9、单片机总线与存储器的扩展 型 号引 脚 数容量/字节节引脚兼容的存储储器2816 2817 2864 28C256 28F512 28F010 28F020 28F04024282832323232322KB2KB8KB32KB64KB128KB256KB512KB2716，61162764，626427C25627C51227C01027C02027C040EEPROM的使用非常简单方便。不用紫外线擦除，在 单一的+5V电压下写入的新数据即覆盖了旧数据。下面以 2864为例说明EEPROM和单片机的连接方法。第6章 单片机总线与存储器的扩展 2864为8KB EEPROM维持电流 为60mA

10、，典型读出时间为200350ns ，字节编程写入时间为1020s，芯 片内有电压提升电路，编程时不必增 高压，单一+5V供电。引脚和6264， 2764兼容，引脚配置见右图。8XX518XX51扩展扩展28642864硬件电路如下图硬件电路如下图 所示。图中所示。图中28642864即可作为数据存储器即可作为数据存储器 ，有又可作为程序存储器。由于只扩，有又可作为程序存储器。由于只扩 展了一片，片选端接地。展了一片，片选端接地。第6章 单片机总线与存储器的扩展 第6章 单片机总线与存储器的扩展 6.3 数据存储器的扩展MCS-51MCS-51单片机内只有单片机内只有128128字节的数据字节的

11、数据RAMRAM， 当应用中需要更多的当应用中需要更多的RAMRAM时，只能在片外扩展。时，只能在片外扩展。 可扩展的最大容量为可扩展的最大容量为64KB64KB图图9-69-6是单片机对片外是单片机对片外RAMRAM进行读操作的时进行读操作的时序。序。当执行指令当执行指令 MOVX AMOVX A，RiRi或或 MOVXAMOVXA，DPTR DPTR 时进入外部数据时进入外部数据 RAMRAM是的读周期。是的读周期。第6章 单片机总线与存储器的扩展 1. 1. 外部数据外部数据RAMRAM的读周期时序的读周期时序第6章 单片机总线与存储器的扩展 在在ALEALE的上升沿，把外部程序存储器的

12、指令读入后就开的上升沿，把外部程序存储器的指令读入后就开 始了对片外始了对片外RAMRAM的读过程。的读过程。ALEALE高电平期间，在高电平期间，在P0P0处于高阻三态后，根据指令处于高阻三态后，根据指令间址提供的地址，间址提供的地址，P2P2口输出外部口输出外部RAMRAM的高的高8 8位地址位地址A15A8 A15A8 ，P0P0端口输出低端口输出低8 8位地址位地址A7A0 A7A0 ；在；在ALEALE下跳沿，下跳沿，P0P0输出输出 的低的低8 8位地址被锁存在锁存器中，随后位地址被锁存在锁存器中，随后P0P0又进入高阻三态，又进入高阻三态， RDRD信号有效后，被选中的信号有效后

13、，被选中的RAMRAM的数据出现在数据总线上，的数据出现在数据总线上， P0 P0 处于输入状态，处于输入状态，CPUCPU从从P0 P0 读入外部读入外部RAMRAM的数据的数据 。第6章 单片机总线与存储器的扩展 2. 2. 外部数据外部数据RAMRAM的写周期的写周期当执行当执行MOVX MOVX RiRi，A A 或或 MOVX DPTRMOVX DPTR，A A指令时进入指令时进入 外部数据存储器的写周期，其写周期时序如下：外部数据存储器的写周期，其写周期时序如下：第6章 单片机总线与存储器的扩展 写外部写外部RAMRAM的操作时序与读外部的操作时序与读外部RAMRAM的时序差别在于

14、的时序差别在于 ：其一，：其一，WRWR有效代替有效代替RDRD有效，以表明这是写数据有效，以表明这是写数据RAMRAM的操的操 作；其二，在作；其二，在P0P0输出低输出低8 8位地址位地址A0A7A0A7后，后，P0P0立即处于输出状立即处于输出状 态，提供要写入外部态，提供要写入外部RAMRAM的数据供外部的数据供外部RAMRAM取走。取走。由以上时序分析可见，访问外部数据由以上时序分析可见，访问外部数据RAMRAM的操作与从外部的操作与从外部 程序存储器取指令的过程基本相同，只是前者有读有写，而后程序存储器取指令的过程基本相同，只是前者有读有写，而后 者只有读而无写；前者用者只有读而无

15、写；前者用RDRD或或WRWR选通，而后者用选通，而后者用PSENPSEN选通；前选通；前 者一个机器周期中者一个机器周期中ALEALE两次有效，后者则只有一次有效。因此，两次有效，后者则只有一次有效。因此， 不难得出不难得出5151单片机和外部单片机和外部RAMRAM的连接方法。的连接方法。第6章 单片机总线与存储器的扩展 8XX518XX51单片机扩展单片机扩展8KB8KB静态静态RAM 6264RAM 6264的电路见下的电路见下图。图。第6章 单片机总线与存储器的扩展 由图由图9-89-8可见，可见，ALEALE把把P0P0端口输出的低端口输出的低8 8位地址位地址A0A7A0A7锁锁

16、 存在存在74LS37374LS373，P2P2口的口的P2.0P2.4P2.0P2.4直接输出高直接输出高5 5位地址位地址A8A12A8A12 ，由于单片机的由于单片机的RDRD和和WRWR分别与分别与62646264的输出允许的输出允许OEOE和写信号和写信号 WEWE相连，执行读操作指令时，相连，执行读操作指令时，RDRD使使OEOE有效，有效，6262 RAM6262 RAM中中 指定地址单元的数据经指定地址单元的数据经D0D7D0D7由由P0 P0 口读入；执行写指令时，口读入；执行写指令时， WRWR使使WEWE有效，由有效，由P0P0口提供的要写入口提供的要写入RAMRAM的数据经的数据经DoD7DoD7 写入写入62646264的指定地址单元中。