《單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》?精品課件合集第X章XXXX第六章 單片機外部存儲器擴展6.16.26.36.4第六章 單片機外部存儲器擴展單片機系統(tǒng)擴展概述存儲器的擴展程序存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展6.551系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述所謂系統(tǒng)擴展一般有兩項主要任務(wù)：其一，是把系統(tǒng)所需的外設(shè)和單片機連接起來，使單片機系統(tǒng)能與外界進行信息交換。如通過鍵盤、A/D

轉(zhuǎn)換器等外部設(shè)備向單片機送入數(shù)據(jù)、命令等有關(guān)信息，去控制單片機；通過顯示器、發(fā)光二極管、打印機等設(shè)備把單片機處理的結(jié)果送出來，向人們提供各種信息或?qū)ν饨缭O(shè)備提供控制信息，這項任務(wù)實際上就是單片機接口設(shè)計。其二，是擴大單片機的存儲容量。由于單片機的結(jié)構(gòu)、集成工藝等關(guān)系，單片機內(nèi)的ROM、RAM

等容量不可能很大，在使用中有時不夠，需要在芯片外進行擴展。6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述最小應(yīng)用系統(tǒng)所謂最小系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng)。對于片內(nèi)帶有程序存儲器的單片機（如AT89C51），只要在芯片上外接時鐘電路和復(fù)位電路就能達到真正可用，這就是一個最小系統(tǒng)。AT89C51最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖最小應(yīng)用系統(tǒng)6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述對于片內(nèi)不帶有程序存儲器的單片機（如80C31）來說，除了在芯片上外接時鐘電路和復(fù)位電路外，還需外接程序存儲器，才能構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。80C31最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述單片機系統(tǒng)擴展方法·系統(tǒng)總線的基本概念總線是指連接系統(tǒng)中各擴展部件的一組公共信號線；是傳送信息的公共通道。51

單片機系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)圖6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述單片機系統(tǒng)擴展方法·單片機的三總線構(gòu)造單片機本身沒有三總線，為了使單片機能方便地與各種擴展芯片連接，常將單片機芯片的外部引線變?yōu)橐话阄⑿陀嬎銠C的三總線形式。三總線由地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。51

單片機的三總線結(jié)構(gòu)形式6

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1 單片機系統(tǒng)擴展概述單片機系統(tǒng)擴展方法·單片機的串行擴展技術(shù)串行擴展是通過串行接口實現(xiàn)的，這樣可以減少芯片的封裝引腳，降低成本，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)擴展的靈活性。為了實現(xiàn)串行擴展。一些公司（例如PHILIPS

和ATMEL

公司等）已經(jīng)推出了正統(tǒng)單片機的變種產(chǎn)品——非總線型單片機芯片，并且具有SPI（SerialPeriperal

Interface）三線總線和I2C

共用雙總線兩種串行總線形式。與此相配套，也出現(xiàn)了串行的外圍接口芯片。存儲器擴展概述6

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2 存儲器的擴展半導(dǎo)體存儲器分類6

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2 存儲器的擴展存儲器擴展概述51

單片機的擴展能力根據(jù)51

單片機地址總線寬度（16

位）可知，在片外可擴展的存儲器最大容量為64

KB，地址為0000H～FFFFH。存儲器按讀/寫特性不同區(qū)分，將只讀存儲器ROM

稱為程序存儲器，隨機讀寫存儲器RAM

稱為數(shù)據(jù)存儲器。存儲器芯片有多種類型，即使是同一種類的存儲器芯片，因其容量的不同，則引腳數(shù)目也不同。但存儲器芯片與單片機擴展連接具有共同的規(guī)律。6

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2 存儲器的擴展存儲器擴展概述存儲器主要性能指標存儲容量：是指存儲器可以存儲的二進制信息總量，也可以說是存儲單元的數(shù)目。存取速度：存儲器的存取速度可以用存取時間和存取周期來衡量。存取時間：是指完成一次存儲器讀/寫操作所需要的時間，故又稱讀寫時間。存取周期：是連續(xù)進行讀/寫操作的所需的最小時間間隔。價格：存儲器的價格也是人們比較關(guān)心的指標。6

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2 存儲器的擴展存儲器擴展概述存儲器容量的確定存儲器容量的確定與將要擴展的存儲器芯片的地址總線有關(guān)。地址總線包含8

根地址線時：2^8＝256，共計256

B。每根地址線可傳送1

位二進制信息（0或1），當(dāng)?shù)刂房偩€包含8

根地址線時，則可傳送的最小數(shù)字為00000000B＝00H，最大數(shù)字為11111111B＝255＝FFH。所以地址范圍是：00H～FFH。地址總線包含16

根地址線時：2^16＝64×1024＝64

KB；共計64

KB。則可傳送的最小數(shù)字為0000000000000000B＝0000H，最大數(shù)字為1111111111111111B＝65536＝FFFFH。所以地址范圍是0000H～FFFFH。6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)什么是存儲器編址存儲器編址就是利用系統(tǒng)提供的地址線，通過適當(dāng)?shù)倪B接，最終達到給存儲器中每一個存儲單元對應(yīng)唯一地址的目的。儲器編址的任務(wù)有兩個：存儲芯片的選擇（也稱為存儲器映象）和芯片內(nèi)部存儲單元的選擇。6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)存儲器編址的實現(xiàn)方法通常把單片機系統(tǒng)地址籠統(tǒng)地分為低位地址和高位地址。芯片內(nèi)部存儲單元的編址，是由芯片內(nèi)的譯碼電路來完成的。存儲器芯片的地址線數(shù)目總是少于單片機地址總線的數(shù)目，剩余地址線一般作為擴展存儲器芯片片選信號，片選信號線與單片機系統(tǒng)的譯碼輸出相接后，就決定了存儲器芯片的地址范圍。6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)存儲器芯片片選端的處理線選法，就是直接以系統(tǒng)的高地址位作為存儲芯片的片選信號。為此只需把片內(nèi)尋址未用的任何高位地址直接作為各個芯片的片選信號，在尋址時只有一位有效來使片選信號有效的方法稱為線選法。譯碼法就是使用譯碼器對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，以其譯碼輸出作為存儲芯片的片選信號。分為部分譯碼法和完全譯碼法：進行譯碼產(chǎn)生片選信號。用片內(nèi)尋址未用的全部高位地址譯碼產(chǎn)生片選信號。6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)存儲器芯片片選端的處理在設(shè)計存儲器擴展連接或分析擴展連接電路確定存儲器芯片的地址范圍時，常采用下圖所示的地址譯碼關(guān)系圖的方法。地址譯碼關(guān)系圖6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)擴展存儲器所需芯片數(shù)目的確定若所選存儲器芯片字長與單片機字長一致，則只需擴展容量。所需芯片數(shù)目按下式確定：若所選存儲器芯片字長與單片機字長不一致，則不僅需要擴展容量，還需擴展字長。所需芯片數(shù)目按下式確定：擴展存儲器編址技術(shù)6

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2 存儲器的擴展常用譯碼器介紹74LSl39

是雙2—4

譯碼器74LS139

譯碼器引腳圖74LS139

的真值表6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)常用譯碼器介紹74LS138為一種常用的 3-8

地址譯碼器芯片。74LS138

譯碼器引腳圖6

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2 存儲器的擴展擴展存儲器編址技術(shù)常用譯碼器介紹74LS138

的真值表6.3 程序存儲器擴展只讀存儲器概述只讀存儲器簡稱為ROM。ROM

中的信息一旦寫入之后就不能隨意更改，特別是不能在程序運行過程中寫入新的內(nèi)容，而只能讀存儲單元內(nèi)容。ROM

存儲器是由MOS

管陣列構(gòu)成的，以MOS

管的接通或斷開來存儲二進制信息。按照程序要求確定ROM

存儲陣列中各MOS

管狀態(tài)的過程叫做ROM

編程。ROM分為:掩膜式ROMPROM可擦除ROM電擦除可改寫ROM快擦寫ROM6.3 程序存儲器擴展EPROM

典型芯片介紹EPROM芯片27162716

是一種2

K×8

位（即2

KB）的紫外線擦除可改寫ROM芯片。采用單一＋5

V

電源供電，2716為24

腳雙列直插式封裝。EPROM

芯片2716

的引腳圖6.3 程序存儲器擴展EPROM

典型芯片介紹2716

的工作方式6.3 程序存儲器擴展程序存儲器擴展舉例片選信號的連接與地址譯碼線選法的單片程序存儲器的擴展。【例6-1】試用EPROM

2764構(gòu)成80C31的最小系統(tǒng)。2764

是8K×8位程序存儲器，芯片的地址引腳線有13

條，順次和單片機的地址線A0～A12

相接。由于采用線選法，因此高3

位地址線A13、A14、A15

不接，故有23＝8

個重疊的8

KB

地址空間。因只用一片 2764，故其片選信號CE可直接接地（常有效）。分為地址線、數(shù)據(jù)線和控制信號線的連接與存儲映象分析。6.3 程序存儲器擴展程序存儲器擴展舉例片選信號的連接與地址譯碼線選法的單片程序存儲器的擴展。2764

與51

單片機的擴展連接圖6.3 程序存儲器擴展程序存儲器擴展舉例片選信號的連接與地址譯碼采用線選法的多片程序存儲器的擴展?！纠?-2】使用兩片2764

擴展16

KB

的程序存儲器，采用線選法選中芯片。例6－2

擴展連接圖6.3 程序存儲器擴展程序存儲器擴展舉例片選信號的連接與地址譯碼采用地址譯碼器的多片程序存儲器的擴展。【例6-3】要求用2764

芯片擴展片外程序存儲器，分配的地址范圍為0000H～3FFFH

共16KB。要求的地址空間是唯一確定的，所以要采用全譯碼方法。2764

為8KB×8

位，故需要兩片。第1

片的地址范圍應(yīng)為0000H～1FFFH；第2

片的地址范圍應(yīng)為2000H～3FFFH。地址映象表6.3 程序存儲器擴展程序存儲器擴展舉例片選信號的連接與地址譯碼采用地址譯碼器的多片程序存儲器的擴展?！纠?-3】要求用2764

芯片擴展片外程序存儲器，分配的地址范圍為0000H～3FFFH

共16

KB。要求的地址空間是唯一確定的，所以要采用全譯碼方法。2764

為8

KB×8

位，故需要兩片。第1

片的地址范圍應(yīng)為0000H～1FFFH；第2

片的地址范圍應(yīng)為2000H～3FFFH。其中未用高位地址線A15、A14、A13

用作譯碼器輸入，采用完全譯碼法編址。由此可知，選用74LS138

譯碼器時，其輸出Y0

接在第1

片的片選線上，Y1

接在第2

片的片選線上。程序存儲器擴展舉例6.3 程序存儲器擴展用2

片2764

EPROM的擴展連接圖6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展的必要性數(shù)據(jù)存儲器典型芯片常用于單片機擴展的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器芯片有6116（2

K×8

位）、6264（8K×8位），62128（16K×8位），62256（32

K×8

位）等。靜態(tài)RAM

存儲器有讀出、寫入、維持三種工作方式，三種RAM

電路的主要技術(shù)特性見表。常用靜態(tài)電路的主要技術(shù)特性6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展的必要性數(shù)據(jù)存儲器典型芯片——常用靜態(tài)RAM

芯片的引腳圖6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展的必要性數(shù)據(jù)存儲器的擴展舉例外擴數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器相比較，數(shù)據(jù)存儲器的擴展連接在數(shù)據(jù)線、地址線的連接方法是完全相同的，所不同的只在控制信號線上。擴展時同樣由P2

口提供高8

位地址，P0口分時提供低8

位地址和用作8

位雙向數(shù)據(jù)總線。區(qū)別在于，片外數(shù)據(jù)存儲器RAM

的讀和寫由RD

（P3.7）和WR

（P3.6）信號控制，而片外程序存儲器EPROM

的輸出允許端OE

由讀選通PSEN

信號控制。盡管與EPROM共處同一地址空間，但由于控制信號及使用的數(shù)據(jù)傳送指令不同，故不會發(fā)生總線沖突。6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展的必要性數(shù)據(jù)存儲器的擴展舉例【例6-4】利用線選法進行一片6264

靜態(tài)RAM

擴展電路，如圖所示：6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器擴展的必要性數(shù)據(jù)存儲器的擴展舉例【例6-5】線選法多片數(shù)據(jù)存儲器擴展。用4

片6116

實現(xiàn)8

KB

數(shù)據(jù)存儲器擴展。其連接如圖

所示。例6-5

題多片RAM

擴展連接圖6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展兼有片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展舉例【例6-6】如圖為采用74LS139

全譯碼擴展兩片2764（8

K）EPROM

和兩片6264（8 K）RAM

芯片的電路，分析它們的地址范圍。6.4 數(shù)據(jù)存儲器擴展兼有片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的擴展舉例A15（P2.7）接譯碼器的使能端G

必須為“0”，A14、A13（P2.6、P2.5）接譯碼器的輸入端，由于采用完全譯碼法，每個芯片的地址是唯一的，對應(yīng)關(guān)系如圖。圖6-15

對應(yīng)的地址映象表6.5 51系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用數(shù)據(jù)51

單片機存儲器的復(fù)雜性程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器同時存在在單片機系統(tǒng)中，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器同時存在并截然分開，程序存儲器是為了存放程序，而數(shù)據(jù)存儲器是為了運行程序。單片機它不能配備磁盤等外存儲設(shè)備，因此只能使用ROM

構(gòu)成的程序存儲器來解決程序的存放問題。但程序存儲器是只讀存儲器，不能進行寫操作，只能運行程序，為此RAM

構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲器又是不可缺少的。6.5 51系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用數(shù)據(jù)51

單片機存儲器的復(fù)雜性內(nèi)外存儲器同時存在單片機芯片的內(nèi)部雖然已經(jīng)有了一定數(shù)量的ROM

與RAM，但在實際使用中，只要系統(tǒng)稍具規(guī)模，就需要外部擴展存儲器。從而形成了單片機系統(tǒng)既有內(nèi)部存儲器又有外部存儲器，內(nèi)部存儲器有ROM

和RAM

之分，外部存儲器也有ROM和RAM

之分，ROM

存儲器有內(nèi)外之分，RAM

存儲器也有內(nèi)外之分，這樣一種特殊的存儲器交疊配置現(xiàn)象，是任何其他計算機都不曾出現(xiàn)過的。6.5 51系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用數(shù)據(jù)51

單片機存儲器的復(fù)雜性存儲器地址空間的重疊和連續(xù)兩種類型的內(nèi)外存儲器，構(gòu)成了單片機系統(tǒng)的4

個物理存儲空間，即：片內(nèi)程序存儲空間、片外程序存儲空間、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間及片外數(shù)據(jù)存儲空間。對于程序存儲器來說，為了運行程序的需要，要求內(nèi)外程序存儲器連續(xù)編址，形成一個完整的地址空間；而數(shù)據(jù)存儲器，為了使用的方便，要求內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器分開各自編址，都是從“0”單元開始。從而形成了用戶使用角度上的3

個邏輯存儲空間。6.5 51系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用數(shù)據(jù)51

單片機存儲器的使用存儲空間的區(qū)分在51系列單片機中，為區(qū)分不同的存儲空間采用了硬件和軟件兩種措施。所謂硬件措施是指對不同的存儲空間使用不同的控制信號；而軟件措施則指訪問不同的存儲空間使用不同的指令。部程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分：芯片內(nèi)部的ROM

與RAM

是通過指令來相互區(qū)分的。讀ROM

時使用“MOVC”指令，而讀RAM時則使用“MOV”指令。51

系列單片機存儲器的4

個物理存儲空間和3

個邏輯存儲空間6.5 51系列單片機存儲器系統(tǒng)的特點和使用數(shù)據(jù)51

單片機存儲器的使用存儲空間的區(qū)分外部程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分：對外部擴展ROM

與RAM，同樣使用指令來加以區(qū)分，讀外部ROM

使用指令“MOVC”，而讀外部RAM

則使用指令“MOVX”。此外在電路連接上還提供了兩個不同的選通