第6章-单片机总线与存储器的扩展-PPT课件

第6章单片机总线与存储器的扩展单片机原理、接口及应用第6章单片机总线与存储器的扩展内容提要★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★小结第6章单片机总线与存储器的扩展MCS51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，最小系统即能满足要求。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，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、程序存贮器或I/O接口等，以满足应用系统的需要。第6章单片机总线与存储器的扩展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与外部交换信息的。MCS-51单片机的总线接口信号见图第6章单片机总线与存储器的扩展由图可见：1）由于Po分时传送地址/数据信息，在接口电路中，通常配置地址锁存器，有ALE信号锁存低8位地址Ao~A7，以分离地址和数据信息。2）P2口传送高8位地址A8~A15。3)PSEN为程序存储器的控制信号，是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。是执行MOVX指令时变为有效。第6章单片机总线与存储器的扩展系统的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。要特别注意的是：程序存储器接PSEN;数据存储器接RD和WR2。控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能相同。3。片选信号有效的芯片才选中工作，当一类芯片仅一片时片选端可接地，当同类芯片多片时片选端可通过线译码、部分译码、全译码接地址线（通常是高位地址线），在单片机中多采用线选法。第6章单片机总线与存储器的扩展6.1.2系统扩展的方法通常和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接图9-1单片机的数据线的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。NN2第6章单片机总线与存储器的扩展控制线的连接外接程序存储器：由于程序存储器只读，通常使用状态是读操作，因此只需连OE引脚。由于PSEN为程序存储器的选通控制信号，因此单片机的PSEN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（RAM）和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。第6章单片机总线与存储器的扩展地址线的连接如前面所述，和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（通常为低电平）该片才被选中。一个芯片的某个单元或某个端口的地址由片选的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开始的低位地址线第6章单片机总线与存储器的扩展片选：片选引脚的连接方法三种：1）片选引脚接单片机用于片内寻址剩下的高位地址线某根；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A0An...CEA0～AnAxn(a)A0An...CEA0～An译码器An+1A15......A14n(b)第6章单片机总线与存储器的扩展3）片选端可直接接地。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9-2(c)A0An...CEA0～Ann(c)系统扩展中的原则是，使用相同控制信号的芯片之间，不能有相同的地址，使用相同地址的芯片之间，控制信号不能相同的。第6章单片机总线与存储器的扩展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9-3，字选地址线直接接CPU的地址线A0-A11。下图(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，该逻辑关系需用两个非门和一个与非门实现，如图(b)所示，这是用正逻辑表示的电路。计算机电路中通常用简洁、直观的混合逻辑表示输入和输出的逻辑关系。第6章单片机总线与存储器的扩展&P2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)CEA0～A11A0～A11(a)混合逻辑表示12&11P2.4(A12)P2.5(A13)P2.6(A14)P2.7(A15)CEA0～A11A0～A11(b)正逻辑表示12等效该芯片的地址排列如下：片选字选A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A001100000000000000110111111111111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：第6章单片机总线与存储器的扩展A151111A141111A131111A120011A90101A110101A80101A70101A60101A50101A40101A30101A20101A10101A00101A100101片选无用位字选（片内选择）图9.4用非门进行地址译码的电路及地址排列CE2CE11P2.4(A12)CE1CE2（E000H～EFFFH）（F000H～FFFFHCE1CE2例2计算下列线译码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A11~A0,地址排列如下：第6章单片机总线与存储器的扩展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）74LS138（3-8译码器）和74LS154（4-16译码器）等。下面仅介绍74LS138译码器。第6章单片机总线与存储器的扩展17816GND74LS138VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6ABCG2AG2BG1Y774LS138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9-5所示。74LS138译码器只有当控制端G1、、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，其余的输出端仍为高电平。第6章单片机总线与存储器的扩展例3用8K×8的存储器芯片组成容量为64K×8的存储器试问：①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？②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。③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①（64K×8）÷（8K×8）=8,即共需要8片8K×8的存储器芯片。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。216213第6章单片机总线与存储器的扩展解②8K×8芯片有13根地址线A12～A0为字选，余下的高位地址线是A15～A13，所以译码电路对A15～A13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.图9-6Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6G2AG2BY7ABCG1+5VA13A14A150000H-1FFFH2000H-3FFFHE000H-FFFFH74LS138……CBAA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000000000000000HY000011111111111111FFFH00100000000000002000HY100111111111111113FFFH┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1110000000000000E000HY71111111111111111FFFFH第6章单片机总线与存储器的扩展解③改用线选法A15～A133根地址线各选一片8K×8的存储器芯片，只能接3个芯片，故仅能组成容量为24K×8的存储器，A15A143所选芯片的地址范围分别为：和A156000H～7FFFH、A14A000H～BFFFH和A13C000H～DFFFH。第6章单片机总线与存储器的扩展6.2程序存储器的扩展6.2.1EPROM的扩展程序存储器扩展电路的安排应满足单片机从外存取指令的时序要求。从时序图中分析ALE、PSEN、Po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，和其它信号配合完成从程序存储器读取数据。第6章单片机总线与存储器的扩展一个机器周期第6章单片机总线与存储器的扩展根据以上取指时序的要求，8XX51单片机扩展程序存储器2732的电路图见图第6章单片机总线与存储器的扩展图中，74LS373为8D锁存器，其主要特点在于：控制端为高电平时，输出Qo~Q7复现输入Do~D7的状态；G为下跳沿时Do~D7的状态被锁存在Qo~Q7上。当把ALE与G相连后，ALE的下跳沿正好把Po端口上此时出现的PC寄存器指示的低8位指令地址Ao~A7锁存在74LS373的Qo~Q7上，PC的高4位地址A8~A11则直接由P2.0~P2.3提供。第6章单片机总线与存储器的扩展由于只扩展了一片2732EPROM，因此2732的片选端接地。PSEN与2732的输出允许型号OE相连，PSEN的上升沿使OE有效，打开2732中由A0~A11指定的地址单元，该单元中的指令码从2732的O0~O7输出，被正好处于读入状态的Po端口输入到单片机内,经译码执行。这就是从外存指定地址单元中取出1字节指令并加以执行的整个过程。第6章单片机总线与存储器的扩展单片机扩展2761，2764，27128等EPROM的方法与图9-3相同，差别仅在于不同的芯片的存储容量的大小不同，因而使用高8位地址的P2端口线的根数不同。扩展2716（2KB）需使用A8~A10三条高位地址线扩展2764（8KB）需要A8~A12五条高位地址线。扩展27128（16KB)时需要A8~A13六条高位地址线。这是因为存储器其容量=2NN为地址线的根数注意：2764和27128的PGM引脚应接Vcc。第6章单片机总线与存储器的扩展6.2.2EEPROM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，近年来出现了快擦下FLASHEEPROM，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9-1，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。*芯片因角信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容，见表9-1。第6章单片机总线与存储器的扩展型号引脚数容量/字节引脚兼容的存储器28162817286428C25628F51228F01028F020