单片机教学课件-第6章--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、接口及应用,内 容 提 要,单片机系统总线和系统扩展方法程序存储器的扩展数据存储器的扩展*新型存储器扩展 小结,MCS-51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，最小系统即可满足要求。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，由于单片机内的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

2、器或I/O接口等的扩展，以满足复杂应用系统的需要。,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（三总线）与外部交换信息的。MCS-51单片机的总线接口信号见图,由图可见：1）由于P0口分时传送地址/数据信息，在接口电路中，通常需配置地址锁存器，由ALE信号锁存低8位地址A0A7，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，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。在执行MOVX指令时变为有效。,系统扩展的连线原则：系统的扩展归结为三总线的连接，连接的方法

3、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。控制线连接时要特别注意的是：程序存储器接PSEN（读）; 数据存储器接RD和WR 2. 控制线相同的，其地址线不能相同；地址线相同的，其控制线不能相同！否则，出现冲突 3. 片选信号有效的芯片才被选中工作，当一类芯片仅有一片时片选端可直接接地，当同类芯片多片时片选端可通过线译码、部分译码、全译码方式接地址线（通常是高位地址线） ，在单片机中多采用线选法。,6.1.2 系统扩展的方法通常，与计算机接口的专用芯片也具备三总线引脚，即数据线、地址线和读、写控制线，此外，还有片选线。其中，地址线的根数因

4、芯片不同而不同，取决于片内存储单元的个数或I/O接口内寄存器（又称为端口）的个数，N根地址线和单元的个数的关系是：单元的个数 。CPU、MCU和这些芯片的连接的方法是：对应的线相连。规律如下： 数据线的连接：外接芯片的 数 据 线D0-D7接 单片机的数据线D0-D7。对于并行接口，数据线通常为8位、各位对应连接就可以了。,控制线的连接外接程序存储器：由于程序存储器只读，通常使用的状态就是读操作，。由于PSEN 为程序存储器的选通控制信号，因此，单片机的 PSEN 应连接ROM的输出允许端OE；外接数据存储器和I/O口：由于数据存储器可读可写，而RD（P3.7）和WR(P3.6)为数据存储器（

5、RAM）及I/O口的读写控制信号，因此单片机的RD应连接扩展芯片的OE (输出允许)或RD端，单片机的WR应连接扩展芯片的WR或WE端。,地址线的连接如前面所述，与计算机接口的专用芯片会有N根地址线引脚，用于选择片内的存储单元或端口，称为字选或片内选择；为区别同类型的不同芯片，外围芯片通常都有一个片选引脚，仅当该引脚为有效电平时（通常为低电平），该芯片才被选中。一个芯片的某个单元或某个端口的地址由片选地址和片内字选择地址共同组成，因此字选和片选引脚均应接到单片机的地址线上。连线的方法是：字选：外围芯片的字选（片内选择）地址线引脚直接接单片机的从A0开始的低位地址线,片选：片选引脚的连接方法有三

6、种： 1）片选引脚接单片机用于片内寻址剩下 的高位地址线的某根；此法称为线选法， 或称线译码。用于外围芯片不多的情况， 是最简单，最低廉的连接方法。见左图 2）片选引脚接对高位地址线进行译码后的输出。译码可采用部分译码或全译码法， 所谓部分译码就是用片内寻址剩下的 高位地址线中的几根进行译码， 所谓全译码就是用片内寻址剩下的所 有的高位地址线进行译码。 该法的缺点是要增加地址译码器。 全译码法的优点是地址唯一。见左图,3）片选端直接接地。当接入单片机的某类芯片仅一片时，片选端可直接接地，使它始终处于选中状态。此法可用于最小系统。见图6-2(c),系统扩展的原则是，使用相同控制信号的芯片之间，不

7、能有相同的地址；使用相同地址的芯片之间，控制信号不能相同！,6.1.3 地址译码器 1使用逻辑门译码设某一芯片的字选地址线为A0-A11(4KB容量)，使用逻辑门作地址译码,其输出接芯片片选CE，电路见图6-3，字选地址线直接接CPU的地址线A0-A11。图 (a)是用混合逻辑表示输入和输出的逻辑关系，小圈表示低电平有效（取反）；图 (b)是用正逻辑表示的电路 ，该逻辑关系需用两个非门和一个与非门实现，。通常，计算机电路中用简洁、直观的混合逻辑表示输入和输出的逻辑关系。,等效,该芯片的地址排列如下：片 选 字 选 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A

8、4 A3 A2 A1 A00 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1地址范围：6000H-6FFFH,例1 计算下列全译码电路中存储器的地址范围：,例2 计算下列线译码（线选法）电路中存储器的地址范围： 当P2.4=1时，CE2=0 当P2.4=0 时，CE1=0 字选地址依然为A11A0,地址排列如下：,2利用译码器芯片进行地址译码常用的译码芯片有74LS139（双2-4译码器）：两个 2入4出74LS138（3-8译码器） ：一个 3入8出74LS154（4-16译码器） ：一个 4入16出等 下面仅介绍7

9、4LS138译码器。,74LS138是3-8译码器，它有3个输入端、3个控制端及8个输出端，引线及功能如图6-5所示。74LS138译码器只有当控制端G1、G2A、G2B为100时，才会在输出的某一端(由输入端C、B、A的状态决定)输出低电平信号，而其余的输出端均为高电平。,例3 用8K8的存储器芯片组成容量为64K8的存储器试问： 共需几个芯片？共需多少根地址线寻址？其中几根作字选线？几根作片选线？ 若用74LS138作地址译码，试画出译码电路，并标出其输出线的选址范围。 若改用线选法能够组成多大容量的存储器？试写出各线选线的选址范围。 解 （64K8）（8K8）=8, 即共需要8片8K8的

10、存储器芯片。64K=65536= ，所以组成64K的存储器共需要16根地址线寻址。8K=8192= 即13根作字选线，选择存储器芯片片内的单元。16-13=3 即3根作片选线，选择8片存储器芯片。,解 8K8芯片有13根地址线A12A0为字选，余下的高位地址线是A15A13，所以译码电路对A15A13进行译码，译码电路及译码输出线的选址范围如图9-6所示.,C B A A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H Y0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

11、1 1 1 1 1 1 1FFFH0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2000H Y1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFFH 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E000HY7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 FFFFH,显然，采用全译码法充分发挥了地址线的寻址潜力。 解 改用线选法A15A13 共3根地址线各选一片8K8的存储器芯片，此时，只能接3个芯片，故仅能组成容量为24K8的存储器， A15 A14 A13所选芯片的地址范围分别为： A15 6000H7FFFH

12、 ： A15=0，A14=A13=1 A14 A000HBFFFH : A14=0，A15=A13=1 A13 C000HDFFFH : A13=0，A15=A14=1 显然，采用线选法不能发挥地址线的寻址潜力！,6.2 程序存储器的扩展,6.2.1 EPROM的扩展,程序存储器扩展电路的设计应满足单片机从外部存取指令的时序要求。从时序图中分析ALE、PSEN、P0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行的工作过程中，在取指令码时和执行MOVC指令时，PSEN会变为有效，与其它信号配合，以完成从程序存储器读取数据的操作

13、。,一个机器周期,根据以上取指时序的要求，8XX51单片机扩展程序存储器2732（4K 8）的电路图如下图所示（p144）,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Q0Q7将复现输入D0D7的状态；G为下跳沿时D0D7的状态被锁存在Q0Q7上。当把ALE与G相连后，ALE的下跳沿正好把P0端口上此时出现的PC寄存器指示的低8位指令地址A0A7锁存至74LS373的Q0Q7上，PC的高4位地址A8A11则直接由P2.0P2.3提供。,由于只扩展了一片2732 EPROM，因此2732的片选端直接接地。PSEN与2732的输出允许信号OE相连，PSEN 在低电平时将

14、使OE有效，以打开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P0端口输入到单片机内, 经CPU译码执行。这就是从外存指定地址单元中取出 指令并加以执行的整个过程。,单片机扩展2716，2764，27128等EPROM的 方法与图9-3相同，差别仅在于不同芯片的存储 容量有所不同，因而使用高8位地址的P2端口线 的根数也不同。 扩展2716 （2KB）需使用A8A10 三条高位地址线。 扩展2764（8KB）需要A8A12 五条高位地址线。 扩展27128（16KB)时 需要A8A13六条高位地址线。 这是因为存储器容量=2N ， N为地

15、址线的根数。 注意：2764和27128在正常工作时（即处于读状态），其PGM和Vpp引脚均应接Vcc。,6.2.2 EEPROM的扩展,1. 电可擦除只读存储器EEPROM的性能电可擦除只读存储器EEPROM即可像EPROM那样长期非易失地保存信息，又可像RAM那样随时用电改写，近年来出现了快擦写FLASH EEPROM，它门被广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。目前，常用的EEPROM如表6-1，它们有如下共同特点：*单+5V供电，电可擦除可改写。*使用次数为1万次，信息保存时间为10年。*读出时间为ns级，写入时间为ms级。*芯片（某些）引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼 容， 见表6-1。,