8、扩展存储器的设计

第八章MCS-51扩展存储器的设计单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的,故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上,内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统,许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说,则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时,必须在片外扩展程序存储器。由于一般用作程序存储器的EPROM芯片不能锁存地址,故扩展时还应加1个锁存器,构成一个3片最小系统。单片机的三总线结构当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时,就需要进行扩展。为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接,常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总线结构形式。对于MCS-51系列单片机,其3总线由下列通道口的引线组成:地址总线:由P2口提供高8位地址线,此口具有输出锁存的功能,能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。数据总线:由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的8位通道口。控制总线:ALE——地址锁存信号,用以实现对低8位地址的锁存。——片外程序存储器取指信号。——片外数据存储器读信号。——片外数据存储器写信号。PSENRDWR控制信号：构成扩展系统的控制总线。1.ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存。2.PSEN作扩展程序存储器的读选通信号。3.EA作内外程序存储器的选通信号。4.RD和WR作扩展数据存储器和I/O端口的读写选通信号。二、系统扩展的内容与方法(1)、系统的扩展一般有以下几方面的内容:①外部程序存储器的扩展;②外部数据存储器的扩展;③输入/输出接口的扩展;④管理功能器件的扩展(如定时/计数器、键盘/显示器、中断优先编码器等)。(2)、系统扩展的基本方法:①使用TTL中小规模集成电路进行扩展。②采用IntelMCS-80/85微处理器外围芯片来扩展。③采用为MCS-48系列单片机设计的一些外围芯片,其中许多芯片可直接与MCS-51系列单片机连用。④采用与MCS-80/85外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。表MCS—51单片机常用的扩展器件8D锁存器74LS37374LS373是一种带输出三态门的8D锁存器。1D～8D为8个输入端。1Q～8Q为8个输出端。G为数据打入端：当G为“1”时，锁存器输出状态(1Q～8Q)同输入状态(1D～8D)；当G由“1”变“0”时，数据打入锁存器中。74LS373的结构示意图74LS373用作地址锁存器总线驱动器74LS244,74LS245总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器。74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端和/2G控制；双向的有16个三态驱动器，每个方向8个。在控制端有效时(为低电平)，由DIR端控制驱动方向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0”时方向从右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如下图所示。1G2GG总线驱动器芯片管脚图(a)单向驱动器74LS244;(b)双向驱动器74LS245P2口如外接总线驱动器，可用单向的72LS244,其连接图如图所示。它的两个控制端/1G和/2G均接地，相当于8个三态门均打开，数据从P2口到A8～A15端直通，也就是说。此处采用74LS244纯粹是为了增加驱动能力而不加任何控制。P2口外接74LS244;P0口外接74LS2453—8译码器74LS1383—8译码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片，其管脚图如图1―7所示。其中，G1、,个控制端，只有当G1为“１”且,均为“0”时，译码器才能进行译码输出。否则译码器的8个输出端全为高阻状态。译码输入端与输出端之间的译码关系如表1―2所示。具体使用时，G1、与既可直接接至+5V端或地，也可参与地址译码。但其译码关系必须为100。需要时也可通过反相器使输入信号符合要求。2GA2GB2GA2GB2GA2GB图1-774LS138管脚图地址译码器：74LS138表5-18.3读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器8.3.1存储器扩展的读写控制外扩RAM时，既能读又能写，故常有读写控制引脚，/OE和/WE，分别连于51机的/RD和/WE。外扩ROM则只能读，记为/OE与51的/PSEN相连。8.3.2存储器地址空间分配所谓编址就是给存储单元分配地址。由于存储器通常由多片芯片组成,为此存储器的编址分为两个层次:即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择。位扩展（无片选）字扩展（有片选）用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的存储器系统。要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机的总线结构要求。一、扩充存储器位数：例1：用2K×1位存储器芯片组成2K×8位存储器系统。例2：用2K×8位存储器芯片组成2K×16位存储器系统。例1：用2K×1位存储芯片组成2K×8位存储系统。当地址、片选和读写信号有效，可并行存取8位信息；共用片选。例2：用2K×8位存储器芯片组成2K×16位存储器系统。地址、片选和读写引线并联后引出，数据线并列引出。CED0～7D0～7R/WR/WCECEA0～10A0～10D0～7D8～15R/WA0～10共用片选二、扩充存储器容量：地址线、数据线和读写控制线均并联。为保证并联数据线上没有信号冲突，必须用片选信号区别不同芯片的地址空间（不能共用片选）。片选方法：1.线选法：微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。2.译码片选法：微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。多片程序存储器芯片的扩展1、线选法寻址图2-43片2764与8031的连接图各芯片的地址范围如下:2、译码法寻址采用译码法扩展两片2764芯片图2-52片2764与8031的连接图各芯片的地址范围如下:8.4程序存储器EPROM的扩展工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。1.掩膜ROM：不可改写ROM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.PROM：可编程ROM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。3.EPROM：可擦除PROM用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。4.EEPROM：可电擦除PROM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RAM、ROM的优点。但写入时间较长。常用EPROM芯片：Intel2716(2KB=2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。2716有五种工作方式,见表。由图2-3可确定2716芯片的地址范围。方法是A10～A0从全0开始,然后从最低位开始依次加1,最后变为全1,相当于211=2048个单元地址依次选通,称为字选。即8.5静态数据存储器的扩展数据存储器即随机存取存储器(RandomAccessMemory),简称RAM,用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不同,对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储器,断电后所存信息立即消失。按其工作方式,RAM又分为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。静态RAM只要电源加上,所存信息就能可靠保存。这里主要介绍静态数据存储器。扩展数据存储器电路常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)等。图2―7RAM6264引脚图表2-26264的工作方式图2-8单片6264与51单片机连接示意图6264的8KB地址范围不唯一（因为A14A13可为任意值）,6000H~7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写一个数据DATA时,可用如下指令:MOVA,＃DATAMOVDPTA,＃6000HMOVX@DPTR,A从７FFFH单元读一个数据时,可用如下指令:MOVDPTR,＃7FFFHMOVXＡ,@DPTR8.6EPROM和RAM的综合扩展如图2―9所示。8031的片外程序存储器和数据存储器的地址各为64K。若采用EPROM2764和RAM6264芯片，则各需8片才能构成全部有效地址。芯片的选择采用3—8译码器74LS138，片外地址线只有3根(A15、A14、A13)，分别接至74LS138的C、B、A端，其8路译码输出分别接至8个2764和8个6264的片选端。思考：各个芯片的地址分别是多少？图2-9外部存储器综合扩展示意图