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1、第五章 存储器的扩展,学习内容,对于一些较大的应用系统，需要扩展一些外围芯片，以补充片内硬件资源的不足。本章主要介绍存储器的扩展。 概述 地址的锁存 地址的译码 外部存储器的扩展方法,第一节：概述,一、 片外总线结构 三总线结构形式：当系统要求扩展时，为了便于与各种芯片相连接，应把单片机外部连线变为一般微机所具有的三总线结构形式：地址总线、数据总线、控制总线 MCS-51系列单片机的片外引脚可构成下图所示的三总线结构，所有的外围芯片都将通过这三总线进行扩展。,三总线结构,1. 数据总线DB：宽度8位，由P0口提供，三态双向口，单片机与外部交换的所有信息，几乎都通过P0口传送。是应用系统中使用最
2、频繁的通道。 片外多个扩展芯片的数据线采用并联方式连接在数据总线上，而在某一时刻只有端口地址与单片机发出的地址相符的芯片才能与单片机进行通信。 2. 地址总线AB：宽度16位，寻址范围21664K字节。 低8位A7A0由P0口经地址锁存器提供。 高8位Al5A8 由P2口直接提供。 P0、P2口在系统扩展中用作地址线后，便不能再作为一般I/0口使用。,3. 控制总线CB：包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。 （1）WR、RD：片外数据存储器的读/写控制。执行MOVX时，这两个信号分别自动生成。 （2）PSEN：片外程序存储器的读控制。执行MOVC时，该信号自动生成。 （3）AL
3、E：锁存P0口输出的低8位地址的控制线。ALE在P0口输出地址期间，用下降沿控制锁存器对地址进行锁存，该信号自动生成。 （4）EA：选择片内、片外程序存储器。0：片外程序存储器。1：片内程序存储器。,二、系统扩展能力,地址线16位，容量64KB，地址0000HFFFFH。片外RAM和ROM的访问使用不同的指令及控制信号，允许两者地址重合。 对于有片内ROM的单片机，片内ROM与片外ROM的访问使用相同的操作指令，对两者的选择则靠硬件来实现。 EA0时，选择片外程序存储器，即无论片内有无程序存储器，片外程序存储器的地址可从0000H开始 EAl时，选片内程序存储器，若片内程序存储器容量为4KB，
4、则其地址为0000H0FFFH，片外程序存储器地址只能从1000H开始。,为了应用系统的需要而扩展的I/O口、A/D、D/A转换口及定时/计数器均是与片外数据存储器统一编址的。即通常把64KB的外部数据存储器空间的一部分作为扩展I/O端口的地址空间，每一个I/O口相当于一个数据存储单元，CPU如同访问外部数据存储器一样访问扩展I/O口，对其进行读写操作。,三、常用存储器芯片,1、程序存储器：存放程序代码和常数由于单片机的应用系统通常是专用的微机系统，一经开发研制完毕，其软件也就定型，所以常用半导体只读存储器（Read Only Memory,缩写为ROM）作为单片机的程序存储器。,根据写入或擦
5、除方式的不同，ROM分为5种,(1) 掩膜ROM 由芯片生产厂家用最后一道掩膜工艺来写入信息的，用户不能再作更改，如8051的内部ROM。掩膜ROM集成度高，成本低，适合用于大批量生产。 (2) 可编程ROM（PROM） 芯片出厂前未写入信息，由用户自行写入（即编程），在专用的编程器上进行的。一旦编程后，芯片内容不能再作更改。,(3) 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 由用户利用编程器写入信息，其内容可以更改。在紫外线照射下使电路复位，原存信息被擦除，然后重新编程。能反复多次使用。 EPROM广泛应用于各种微机系统。通常采用的标准芯片有： 2716（2KB） 、2732（4KB） 2764
6、（8KB） 、27128（16KB） 27256（32KB）、27512（64KB）。,(4) 电擦除可编程ROM（EEPROM） 采用电的方法擦除，能整片擦除，字节擦除，擦除和写入可以在单片机内进行，不需要附加设备，每个字节允许擦写次数目前约1万次。因而比EPROM性能更优越，但价格较高。常用的有两种类型芯片： 21V写入：2816，2817（2K字节）。 5V写入：2816A，2817A（2K字节），2864（8K字节）。,（5） 快擦写型存储器（Flash Memory） 一种新型的可擦除、非易失性存储器。它既有EPROM价格低、集成度高的优点，又有EEPROM电可擦除和写入的特性。其擦
7、除和写入的速度比EEPROM快得多，目前商品化的FlashMemory已做到允许擦写次数达10万次。这种存储器具有很好的应用前景。,2、数据存储器：,功能：存储现场采集的原始数据、运算结果。 需要经常进行读写操作，所以通常采用半导体读写存储器，即随机存取存储器（Random Access Memory ） RAM作为片外数据存储器。EEPROM也可用作片外数据存储器。,MOS型RAM按基本存储电路的结构和特性分4类,（1） 静态RAM（SRAM） 基本存储单元是MOS双稳态触发器。一个触发器可以存储一位二进制信息。SRAM能可靠地保持所存信息。常用的芯片有6116（2K字节），6264（8K字
8、节）。 SRAM芯片集成度较低，功耗较大，电路连接简单，断电信息丢失（易失性），常用于存储容量较小的微机应用系统,（2） 动态RAM（DRAM） 利用MOS管的栅极和源极之间的电容来保存信息。由于栅源极间电容的电荷量会逐渐泄漏，因此需要由CPU按一定时间（如12ms）将所有存入的信息逐个读出来，经放大后再写回去，以保持原来的信息不变。这一操作称为动态存储器的刷新。为此需要刷新电路和相应的控制逻辑。常用的芯片有2164（64K位）等。 DRAM芯片集成度高，功耗小，价格低，但有关电路较复杂，广泛用于存储容量大的微机系统。,（3） 集成RAM（iRAM） 集成RAM（Integrated RAM，
9、缩写为iRAM），这是一种带刷新逻辑电路的DRAM。由于它自带刷新逻辑，因而简化了与微处理器的连接电路，使用它和使用SRAM一样方便，常用的芯片有2186,（4） 非易失性RAM（NVRAM） 非易失性RAM（Non-VoIatile RAM，缩写为NVRAM），其存储体由SRAM和EEPROM两部分组合而成。正常读写时，SRAM工作。当要保存信息时（如电源掉电），控制电路将SRAM的内容复制到EEPROM中保存。存入EEPROM中的信息又能够恢复到SRAM中。 NVRAM既能随机存取，又具有非易失性，适合用于需要掉电保护的场合。目前芯片容量还不能做得很大，另外由于EEPROM的擦写次数有限制
10、，因而影响NVRAM的使用寿命。,第二节：地址的锁存,一、锁存的作用由于P0口采用分时复用。CPU先从P0口输出低八位地址，从P2口输出高八位地址，选择访问的单元，再从P0口读写数据。所以，应通过地址锁存器把P0口首先输出的低八位地址锁存起来。ALE是锁存命令， P0输出的地址8位在ALE的下降沿送入地址锁存器。地址锁存器的输出作为地址总线低8位A7A0。,二、地址锁存器,地址锁存器通常使用TTL芯片74LS373。它是带有三态门的8D锁存器，双列直插20引脚,三态门使能端：,8D锁存器控制端,输出端,输入端,74LS373可看做两部分： 锁存器、三态门,G：8D锁存器控制端。 1：直通，即Q
11、iDi。 1变0时，数据被锁存，输出端Qi不再随输入端的变化而变化，而一直保持锁存前的值不变。OE：三态门使能端。 0：三态门输出为标准TTL电平； 1：三态门输出高阻态；,74LS373的逻辑功能表,74LS373与单片机的连接方法,第三节：地址的译码,某存储器芯片 地址线：11根A10A0 ，空间2K。 2K地址空间在微处理器的内存空间 64K 中被分配在什么位置，这由高位地址线A11A15产生的该芯片的片选信号CS来决定。 当存储器芯片多于一片时，为了避免误操作，必须利用片选信号来分别确定各芯片的地址分配。产生片选信号的方式不同，存储器的地址分配也就不同。片选方式有线选和译码二种,一、线
12、选方式：把一根高位地址线直接连到存储器芯片的片选端,三个芯片的地址分配,线选方式的特点：,优点：电路连接简单 缺点：地址空间不连续（不能充分利用内存空间） 、地址重叠 。 不能充分利用内存空间的原因是：用作片选信号的高位地址线的信号状态得不到充分利用 “地址重叠”：指一个存储单元占有多个地址空间，即不同的地址会选通同一存储单元 。,二、译码方式：,可克服线选方式的缺点，通过译码器将高位地址线译码后输出来选通存储器芯片 常用的译码器有 74LS138（3/8译码器） 74LS139（双2/4译码器） 74LS154（4/16译码器）等,74LS138引脚图,74LS138真值表,用译码方式实现片
13、选,根据译码器的逻辑关系和存储器的片内寻址范围，三个芯片的地址空间如下,译码方式的特点：,优点：地址空间连续，且唯一确定，不存在地址重叠现象；能够充分利用内存空间；当译码器输出端留有空余时，便于继续扩展存储器或其它外围器件。 缺点:电路连接复杂一些。,第四节：外部存储器的扩展方法,外部存储器的扩展方法，也就是存储器系统的设计 一、程序存储器的扩展 二、数据存储器的扩展,一、程序存储器的扩展 (一）外部程序存储器的操作时序,（二）扩展外部程序存储器电路的连接逻辑电路,扩展一片EPROM程序存储器,线选方式扩展多片EPROM,译码方式扩展多片EPROM,EPROM #01 C000HDFFFH E
14、PROM #02 A000HBFFFH EPROM #03 6000H7FFFH EPROM #1 0000H1FFFH EPROM #2 2000H3FFFH EPROM #3 4000H5FFFH,线选方式,译码方式,采用译码方式扩展2764，最多可以扩展8片2764,两种方式的地址范围,二、数据存储器的扩展 (一）读/写时序,（二）扩展数据存储器电路的连接逻辑,（三）数据存储器的扩展实例 1、扩展一片SRAM,2、扩展多片SRAM,用译码方式产生片选信号。一片6264和一片2764共用一个片选信号，因此其地址空间是重叠的。 2764（1）和6264（1）的地址均为0000H1FFFH， 2764（2）和6264（2）的地址均为2000H3FFFH。 由于访问片外ROM与访问片外RAM所用的控制线不同，且PSEN与RD、WR不会同时有效，所以虽然地址总线与数据总线公用，但不会引起混乱。,（四）数据存储器和程序存储器的空间合用,单片机中的数据存储器和程序存储器的空间是严格区分的，两者操作所用的控制信号不同。 在某些情况下，如调试程序时，希望将程序放在外部RAM中，既能够方便地修改，又要能够运行，也就是要求数据存储器同时具有程序存储器的功能。要实现这一点，要在电路上作一点改动，可将8031的PSEN和RD经过一个“与”门后，再接到数据存储器的OE端。,
