《单片机原理及应用技术 教学课件 ppt 作者 牛月兰 第8章 扩展存储器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用技术 教学课件 ppt 作者 牛月兰 第8章 扩展存储器（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第8章 AT89S51单片机 外部存储器的扩展,1,2,2,第8章 目录 8.1 系统扩展结构 8.2 地址空间分配和外部地址锁存器 8.2.1 存储器地址空间分配 8.2.2 外部地址锁存器 8.3 程序存储器EPROM的扩展 8.3.1 常用的EPROM芯片 8.3.2 程序存储器的操作时序 8.3.3 AT89S51单片机与EPROM的接口电路设计 8.4 静态数据存储器RAM的扩展 8.4.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片 8.4.2 外扩数据存储器的读写操作时序,3,8.4.3 AT89S51单片机与RAM的接口电路设计 8.5 EPROM和RAM的综合扩展 8.5.1 综合
2、扩展的硬件接口电路 8.5.2 外扩存储器电路的工作原理及软件设计 8.6 E2PROM的扩展 8.6.1 并行E2PROM芯片简介 8.6.2 E2PROM的工作方式 8.6.3 AT89S51单片机扩展E2PROM AT2864的设计 8.7 片内Flash存储器的编程 8.7.1 通用编程器编程 8.7.2 ISP编程,4,内容概要 单片机片内的存储器容量有限，在复杂应用系统中需对AT89S51单片机进行外部存储器的扩展。 当扩展多片芯片时，应分配好存储器的地址空间。本章首先介绍地址空间分配的两种方法，线选法和译码法；其次介绍外部程序存储器和外部数据存储器扩展的具体设计；最后介绍Flas
3、h存储器的编程。,5,8.1 系统扩展结构 AT89S51单片机采用总线结构，如图8-1所示。 图8-1 AT89S51单片机的系统扩展结构,5,6,系统扩展：包括存储器扩展和I/O接口部件扩展。 存储器的扩展：包括程序存储器和数据存储器的扩展。 AT89S51单片机采用程序存储器空间和数据存储器空间相互独立的哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。 系统扩展的基本内容是以AT89S51单片机为核心，通过总线把单片机与各扩展部件连接起来，用三总线的时序信号控制外围电路的数据交换。 系统总线，是系统中连接各扩展部件的一组公共信号线。按功能分为三类：地址总线、数据总线和控制总线。,6
4、,7,（1）地址总线（Address Bus，AB）：用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的选择。 （2）数据总线（Data Bus，DB）：用于单片机与外部存储器之间或与I/O接口之间传送数据，数据总线是双向的。 （3）控制总线（Control Bus，CB）：控制总线是单片机发出的各种控制信号线。,8,系统扩展的首要任务：构造系统的三总线 1P0口作为低8位地址/数据总线 AT89S51引脚数目有限，系统扩展时，P0口既作低8位地址总线，又作数据总线，系统需增加一个8位地址锁存器。AT89S51访问外部扩展的存储器单元或I/O接口寄存器时，先发出低8
5、位地址送地址锁存器锁存，锁存器输出作为系统的低8位地址（A7 A0）。随后，P0口又作为数据总线口（D7 D0），如图8-2所示。 2P2口作为高位地址线 P2口作系统的高8位地址线，结合地址锁存器提供的低8位地址，形成系统完整的16位地址总线，可扩展64KB的地址空间。,8,9,9,图8-2 AT89C51单片机扩展的片外三总线,10,3控制信号线 P3口的第二功能以及单片机的某些引脚信号。 （1） 作为外扩程序存储器的读选通控制信号。 （2） 和 为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制信号。 （3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号。 （4） 为片内、片外程序存储器的选择控制信
6、号。 AT89S51单片机的4个并行I/O口，由于系统扩展的需要，真正作为数字I/O用的就剩下P1和P3的部分口线了。,10,11,8.2 地址空间分配和外部地址锁存器 本节讨论存储器空间的地址分配问题，并介绍用于输出低8位地址常用的地址锁存器。 8.2.1 存储器地址空间分配 存储器地址空间分配问题就是如何把单片机片外的两个独立的64KB地址空间分配给各程序存储器、数据存储器芯片，使得一个存储单元只对应一个地址，避免单片机访问时，发生数据冲突。,11,12,AT89S51单片机访问片外存储器芯片时必须进行两种选择： 一是：片选，选中存储器芯片，未选中的芯片不能被访问。 二是：单元选择，在“片
7、选”的基础上，选中芯片的某一单元。 “片选”和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地址信号来完成选择。 通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线和高位地址线，“片选”都是使用高位地址线。 实际上，16条地址线中的高、低位地址线的数目并不是固定的，只是习惯上把用于 “单元选择”的地址线，都称为低位地址线，其余的为高位地址线。,12,13,常用的片选方法有两种：线选法和地址译码法,1线选法 直接利用系统的某一高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的“片选”控制信号。为此，只需要把用到的高位地址线与存储器芯片的“片选”端直接连接即可。,图8-3 线选法扩展实例,14,上图中各芯片的址
8、分配如下表,图8-4 用一条高位地址线对两片存储器扩展,15,线选法的优点：电路简单，不需要另外增加地址译码器硬件电路，体积小，成本低。 缺点：可寻址的芯片数目有限。地址空间不连续，每个存储单元的地址不唯一，给程序设计带来不便，只适用于外扩芯片数目不多的单片机系统的存储器扩展。,16,2译码法 使用译码器对AT89S51单片机的高位地址进行译码，译码输出作为存储器芯片的片选信号。这种方法能够有效地利用存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。常用的译码器芯片有74LS138（3线-8线译码器）、74LS139（双2线-4线译码器）和74LS154（4线-16线译码器）。 若全部高位地址线都参加译码
9、，称为全译码；若仅部分高位地址线参加译码，称为部分译码。部分译码存在着部分存储器地址空间相重叠的情况。,16,17,（1）74LS138 3线-8线译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。引脚如图8-5所示，真值表见表8-2。由表8-2可见，当译码器的输入为某一固定编码时，其输出仅有一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。输出为低电平的引脚就作为某一存储器芯片的片选信号。,17,图8-5 74lS138译码器,18,18,表8-2 74ls138真值表,19,（2）74LS139 双2线-4线译码器。这两个译码器完全独立，分别有各自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端，其引
10、脚如图8-6所示，真值表见表8-3（只给出其中一组）。 图8-6 74LS139引脚图,19,20,表8-3 74lS139真值表,21,以74LS138为例，介绍如何进行地址分配。 通过74LS138扩展8片8KB的RAM 6264，把64KB空间分配给各个芯片呢？采用全地址译码法。,21,图8-7 64KB地址空间划分成8个8KB空间,22,仍采用74LS138，要扩展8片4KB的存储器RAM 6232，地址空间如何分配呢？,22,上图将P2.7引脚通过“非门”与74LS138译码器G1端连接起来。存储空间的地址由P2.7发出的信号0或1决定选择64KB存储器空间的前32KB还是后32KB
11、。这里选择前32KB.地址范围为0000H7FFFH。,图8-8 存储器空间被划分为每块4KB,23,如果去掉图8-8中的非门，地址范围为8000HFFFFH。把译码器的输出连到各个4KB存储器的片选端，这样就把32KB空间划分为8个4KB空间。P2.3P2.0，P0.7P0.0实现“单元选择”，P2.6P2.4通过74LS138译码实现对各存储器芯片的片选。 采用译码器划分的地址空间块都是相等的，如果将地址空间块划分为不等的块，可采用可编程逻辑器件FPGA对其编程来代替译码器进行非线性译码。,24,8.2.2 外部地址锁存器 受引脚数的限制，P0口兼用数据线和低8位地址线，为了将它们分离出来
12、，需在单片机外部增加地址锁存器。目前，常用的地址锁存器芯片有74LS373、74LS573等。 1锁存器74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其引脚如图8-8所示，内部结构如图8-9所示。AT89S51与74LS373锁存器的连接如图8-10所示。,24,25,25,图8-8 锁存器74LS373的引脚,26,引脚说明： D7D0：8位数据输入线， Q7Q0：8位数据输出线。 G：数据输入锁存选通信号。当加到该引脚的信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。 ：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信
13、号为高电平时，输出线为高阻态。 74LS373锁存器功能如表8-3。,26,27,图8-9 74LS373的内部结构,27,28,28,图8-10 AT89S51单片机P0口与74LS373的连接,29,2锁存器74LS573 也是一种带有三态门的8D锁存器，功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚排列与74LS373不同，图8-11为74LS573引脚图。 引脚说明： D7D0：8位数据输入线。 Q7Q0：8位数据输出线。 G ：数据输入锁存选通信号 ，与74LS373的G端相同。,29,：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。
14、当该信号为高电平时，输出线为高阻态。,30,8.3 程序存储器EPROM的扩展 程序存储器采用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序（我们称此特性为非易失性的），在系统上电后，CPU可取出这些指令重新执行。,51单片机片内程序存储器的类型和容量见表8-5所示。,31,只读存储器简称ROM（Read Only Memory）。ROM中的信息一旦写入，就不能随意更改，特别是不能在程序运行过程中写入新的内容，故称为只读存储器。 向ROM中写入信息称为ROM编程。根据编程方式不同，分为以下几种。 （1）掩模ROM。在制造过程中编程，是以掩模工艺实现的，因此称为掩模ROM。这种芯片存储结构
15、简单，集成度高，但由于掩模工艺成本较高，只适合于大批量生产。,31,32,（2）可编程ROM（PROM）。芯片出厂时没有任何程序信息，用独立的编程器写入。但PROM只能写一次，写入内容后，就不能再修改。 （3）EPROM。用紫外线擦除，用电信号编程。在芯片外壳的中间位置有一个圆形窗口，对该窗口照射紫外线就可擦除原有的信息。使用编程器可将调试完毕的程序写入。 （4）E2PROM。一种用电信号编程，也用电信号擦除的ROM芯片。对E2PROM的读写操作与RAM存储器几乎没有什么差别，只是写入的速度慢一些，但断电后仍能保存信息。 （5）Flash ROM。 闪速存储器（简称闪存），是在EPROM、E2
16、PROM的基础上发展起来的一种电擦除型只读存储器。,32,33,Flash ROM的特点是可快速在线修改其存储单元中的数据，改写次数可达1万次，其读写速度很快，存取时间可达70ns，而成本比E2PROM低得多，大有取代E2PROM的趋势。 目前许多公司生产的8051内核的单片机，在芯片内部大多集成了数量不等的Flash ROM。 例如，美国ATMEL公司产品AT89C5x/AT89S5x，片内有不同容量的Flash ROM。在片内的Flash ROM满足要求下，扩展外部程序存储器可省去。,33,34,8.3.1 常用的EPROM芯片 EPROM芯片是国内用得较多的程序存储器，EPROM芯片上有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。 典型的EPROM芯片是27系列，如2716(2K8)、2732(4K8)、2764(8K8)、27128(16K8)、27256(32K8)、27512(64K8
