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1、第第6章章 单片机存储器及系统扩展技术单片机存储器及系统扩展技术6.1 半导体存储器的半导体存储器的分类分类6.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）6.3 只读存储器（只读存储器（ROM）6.4 CPU与存储器的连接与存储器的连接6.5 MCS-51存储器的扩展存储器的扩展 6.1 6.1 半导体半导体存储器的分类存储器的分类一、一、半导体半导体存储器的分类存储器的分类 1 1、只读存储器（只读存储器（ROMROM）（1 1）掩膜工艺掩膜工艺ROMROM（2 2）可一次性编程）可一次性编程ROMROM（PROMPROM）（3 3）紫外线擦除可改写）紫外线擦除可改写ROMROM（EPRO
2、MEPROM）（4 4）电擦除可改写）电擦除可改写ROMROM（EEPROMEEPROM或或E E2 2PROMPROM）（5 5）快擦写）快擦写ROMROM（flash ROMflash ROM）Intel公司的公司的27系列产品：系列产品：2716（2K）2732（4K）2764（8K）27128（16K）工作时，工作时，ROMROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息固化信息)，失电后可保持信，失电后可保持信息不丢失。息不丢失。1)1)掩膜掩膜ROMROM：不可改写不可改写ROMROM 由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，
3、用户只可读由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读2)2)PROMPROM：可编程可编程ROMROM 用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元 熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。3)3)EPROMEPROM：可光擦除可光擦除PROMPROM 用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PNPN结表面形成浮动栅，阻挡结表面形成浮动栅，阻挡 通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱
4、散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次 改写。改写。4 4）EEPROMEEPROM：可电擦除可电擦除PROMPROM 既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备RAMRAM、ROM ROM的优点。但写入时间较长。的优点。但写入时间较长。5 5）快擦写快擦写ROMROM（flash ROMflash ROM）2.随机存储器随机存储器RAM（也叫读写存储器）（也叫读写存储器）3.（1）双极型双极型RAM4.（2）金属氧化物（金属氧化物（MOS
5、）RAM静态静态RAM（SRAM）;加电即可保存信息加电即可保存信息动态动态RAM（DRAM）;加电不断进行周期性刷新加电不断进行周期性刷新集成集成RAM（iRAM）;掉电保护掉电保护非易失性非易失性RAM（NVRAM）;掉电保护掉电保护典型产品有：典型产品有：RAM 6116RAM 6116（2K2K）。）。二、二、存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标1.存贮容量存贮容量2.存取时间存取时间3.可靠性可靠性4.功耗功耗存贮器芯片容量存贮器芯片容量=存储单元数存储单元数X数据线位数数据线位数如一片如一片6116芯片有芯片有2K即即2048个存储单元，数据线位数为个存储单元，数据线位数为8则
6、存贮器芯片容量是则存贮器芯片容量是2048X8位。位。6.2随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）一、一、静态静态RAM的基本存取电路的基本存取电路P107只有当某基本存储电路所在行、列对应的只有当某基本存储电路所在行、列对应的Xi、Yi皆为皆为1时，时，该基本存储电路被选中，其输出与数据线相通，实现对其该基本存储电路被选中，其输出与数据线相通，实现对其进行读或写操作。进行读或写操作。二、静态二、静态RAM芯片举例芯片举例1、6116芯片的结构芯片的结构6264（8K）62256（32K）常用静态常用静态RAM芯片管脚配置芯片管脚配置下下面面以以6116芯芯片片为为例例进进行行说说明明，管管
7、脚脚图图如如图图所所示示。该该芯芯片片的的主主要要引引脚脚为：为：1）A10A011根地址线，说明芯片的容量为根地址线，说明芯片的容量为211=2048=2K个单元。个单元。2）D7D08根数据线根数据线，用于与外界交换信息。，用于与外界交换信息。3）控制线）控制线CE、OE、WECE：为片选信号。当该引脚为低电平时，选中该芯片。为片选信号。当该引脚为低电平时，选中该芯片。OE：读控制，或称输出使能控制，当它为低电平时，芯片中的读控制，或称输出使能控制，当它为低电平时，芯片中的数据可由数据可由D7D0输出。输出。WE：写控制，或称输入使能控制，当它为低电平时，芯片中的写控制，或称输入使能控制，
8、当它为低电平时，芯片中的数据可由数据可由D7D0输入。输入。6116芯片的工作方式芯片的工作方式CEOEWE状态状态D7D0未选中未选中1XX高阻高阻禁止禁止011高阻高阻读出读出001数据读出数据读出写入写入010数据写入数据写入6.3只读存储器（只读存储器（ROM）1、2716芯片的引脚图和内部结构图如芯片的引脚图和内部结构图如P110所示所示该芯片的主要引脚为：该芯片的主要引脚为：A10A011根地址线，说明芯片的容量为根地址线，说明芯片的容量为211=2048=2K个单元。个单元。D7D08根数据线根数据线，编程时，为输入线，用于写入信息；，编程时，为输入线，用于写入信息；使用时，为输
9、出线，用来输出存储的信息。使用时，为输出线，用来输出存储的信息。CE/PGM：为为片片选选/编编程程控控制制信信号号。运运行行时时，作作片片选选输输入入端端；编编程时，该端输入编程正脉冲信号。程时，该端输入编程正脉冲信号。OE：读信号，当它为低电平时，允许输出信号。（先烧芯片）读信号，当它为低电平时，允许输出信号。（先烧芯片）Vcc：工作电源工作电源,接接+5V。Vpp：编程电源。编程时，接编程电源。编程时，接+25V；运行时，接；运行时，接+5V。2、2716芯片工作方式芯片工作方式 引引 脚脚 方方式式VccVppCEOED0D7读读+5V+5V低低输出未选中未选中+5V+5VX高高阻等待
10、等待+5V+5V高X高阻编程编程+5V+25V正脉冲高输入编程检查编程检查+5V+25V低低输出编程禁止编程禁止+5V+25V低高高阻6.4CPU与存储器的连接与存储器的连接一、一、CPU与总线连接时应考虑的问题与总线连接时应考虑的问题1、CPU总线的带负载能力总线的带负载能力 在较大的系统中，存储器的芯片较多时应加缓冲器或在较大的系统中，存储器的芯片较多时应加缓冲器或总线驱动器。总线驱动器。2、CPU时序与存储器速度之间的配合时序与存储器速度之间的配合 CPU访问存储器的操作具有固定的时序，因此，存储访问存储器的操作具有固定的时序，因此，存储器的存取时间要与器的存取时间要与CPU的读写时序相
11、匹配。的读写时序相匹配。3、存储器的地址分配和片选信号的产生、存储器的地址分配和片选信号的产生 即如何找到所需的存储器单元。即如何找到所需的存储器单元。4、控制信号的连接、控制信号的连接 即考虑即考虑CPU与与RD、WE、CE和和PSEN等引脚的连接。等引脚的连接。二、存储器连接常用接口电路二、存储器连接常用接口电路1、总线缓冲器、总线缓冲器缓冲器主要用于缓冲器主要用于CPU总线的缓冲，以增加总线驱总线的缓冲，以增加总线驱动负载的能力。动负载的能力。2、地址锁存器、地址锁存器 常用的地址锁存器有带三态缓冲输出的常用的地址锁存器有带三态缓冲输出的74LS373，如图，如图P115OE：为输出使能
12、端。低电平时，锁存器输出；：为输出使能端。低电平时，锁存器输出；高电平时，输出呈高阻态。高电平时，输出呈高阻态。G：选通脉冲输入端。选通脉冲有效时，数据输选通脉冲输入端。选通脉冲有效时，数据输入入D0D7被锁存。被锁存。3、地址译码器、地址译码器 常用的译码芯片有：常用的译码芯片有：74LS139（双（双24译码器）和译码器）和74LS138（38译码器）等。译码器）等。输入输出允许选择G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
13、 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 06.5MCS-51存储器的扩展存储器的扩展系统扩展概述系统扩展概述单片机是集单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器、定时器/计数计数器和器和I/O接口电路于一片集成电路的微型计算机。接口电路于一片集成电路的微型计算机。对于简单的应用场合，可以在对
14、于简单的应用场合，可以在MCS-51系列单片机系列单片机中选择一个合适的产品构成一个具有最简单配置中选择一个合适的产品构成一个具有最简单配置的系统，即最小系统。的系统，即最小系统。MCS-51系列中含有片内程序存储器的单片机系列中含有片内程序存储器的单片机如如8051/8751仅一块芯片就可构成最小系统，而无仅一块芯片就可构成最小系统，而无片内存储器的单片机如片内存储器的单片机如8031必须外部扩展程序存必须外部扩展程序存储器才能构成最小系统。储器才能构成最小系统。图（图（a）为）为MCS51系列中系列中8051和和8751单片机的最小系统。单片机的最小系统。图（图（b）为由）为由8031、8
15、032单片机组成的最小系统。单片机组成的最小系统。为为了了使使单单片片机机能能方方便便地地与与各各种种扩扩展展芯芯片片连连接接，应应将将单单片片机机的的外外部部连连接接变变为为一一般般的的微微型型机机三三总总线线结结构构形形式式。即即地地址址总总线线、数数据据总总线线和和控控制制总总线线。对对MCS51系系列列单单片片机机，其其三三总总线线由由下下列列通通道道口口的的引引线线组组成：成：地地址址总总线线：由由P2口口提提供供高高8位位地地址址线线（A8A15），由由P0口口提提供供低低8位位地地址址线线。由由于于P0口口是是地地址址、数数据据分分时时使使用用的的通通道道口口，所所以以为为保保存
16、存地地址址信信息息，需需外外加加地地址址锁锁存存器器锁锁存存低低8位位的的地地址址信信息息。一一般般都都用用ALE正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。数据总线：数据总线：由由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。控控制制总总线线：扩扩展展系系统统时时常常用用的的控控制制信信号号为为地地址址锁锁存存信信号号ALE，片片外外程程序序存存储储器器取取指指信信号号PSENPSEN以以及及数数据据存存储储器器RAM和和外外设设接接口口共共用用的的读写控制信号读写控制信号OEOE、WEWE等。等。图图为为单单片片机机扩扩展展成成三三总总线线的的结结构构图图。扩扩展展芯芯片片与与主主机机相连的方法同一般三总线结构的微处理机完全一样。相连的方法同一般三总线结构的微处理机完全一样。图为单片机的三总线结构6.5.1程序存储器的扩展程序存储器的扩展一、程序存储器的扩展方法及时序一、程序存储器的扩展方法及时序返回本章首页图为图为2764AEPROM 程序存储器的扩展电路程序存储器的扩展电路访问外部程序存储器时序操作时序如图所示，其操
