【大学课件】51单片机存储器系统扩展技术PPT(P51).ppt
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1、第8章 单片机存储器及系统扩展技术,8.1 51系统扩展简介 8.2 半导体存储器的分类 8.3 随机存取存储器(RAM) 8.4 只读存储器(ROM) 8.5 CPU与存储器的连接 8.6 MCS-51存储器的扩展,8.1 51系统扩展简介,1、51最小系统概念 对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统.但是一般设计中总是把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。 应用89C51(52)单片机设计并制作一个单片机最小系统,达到如下基本要求: 1、具有上电复位和手动复位功能。 2、使用单片机片内程序存储器。 3、具有基本的人机交互接口:按键输入、LED显示
2、功能。 4、具有一定的可扩展性,单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。,8.1 51系统扩展简介,2、扩展原因: 通常情况下,采用80C51/87C51的最小应用系统最能发挥单片机体积小、成本低的优点。但在许多情况下,构成一个工业测控系统时,考虑到传感器接口、伺服控制接口以及人机对话接口等的需要,最小应用系统常常不能满足要求,因此,系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。,8.1 51单片机系统扩展简介,3、扩展内容 单片机系统扩展是指内部各功能部件不能满足应用系统要求时,在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。80C5l系列单片机有很强的外部扩展能力,外围扩展电路芯片大多是一
3、些常规芯片,扩展电路及扩展方法较典型、规范。用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。 51系列单片机的系统扩展有程序存储器(ROM)扩展、数据存储器(RAM)扩展、I/O口扩展、中断系统扩展以及其它特殊功能扩展,8.1 51系统扩展简介,4、扩展方法 对于单片机系统扩展的方法有并行扩展法和串行扩展法两种。并行扩展法是指利用单片机的三组总线(AB、DB、CB)进行的系统扩展;串行扩展法是指利用SPI三线总线和I2C双总线的串行系统扩展。 串行扩展法具有显著的优点。串行接口器件体积小,所占用电路板的空间,仅为并行接口器件的10%,明显地减小了电路板空间和成本;串行接口器件与单片机接口时
4、需用的I/O口线很少(仅需34根),不仅减少了控制器的资源开销,而且极大地简化了连接,进而提高了可靠性。,8.1 51系统扩展简介,但是,一般串行接口器件速度较慢,在需用高速应用的场合,还是并行扩展法占主导地位。在进行系统扩展时,应对单片机的系统扩展能力、扩展总线结构及扩展应用特点有所了解,这样才能顺利地完成系统扩展任务。 单片机都是通过芯片的引脚进行系统扩展的。80C51系列单片机芯片引脚构成三总线结构,即地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)。所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。,8.2 半导体存储器的分类 一、半导体存储器的分类 1、 只读存储器(ROM) (1) 掩膜
5、工艺ROM (2)可一次性编程ROM(PROM) (3)紫外线擦除可改写ROM(EPROM) (4)电擦除可改写ROM(EEPROM或E2PROM) (5)快擦写ROM(flash ROM) Intel公司的27系列产品:2716(2K)2732(4K) 2764(8K)27128(16K),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,
6、信息永久写入,不可再次改写。 3) EPROM:可光擦除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。 5)快擦写ROM(flash ROM)闪存 所谓“闪存”,它也是一种非易失性的内存,属于EEPROM的改进产品。它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格), 而EEPROM则可以一次只擦
7、除一个字节(Byte)。,随机存储器RAM(也叫读写存储器) (1) 双极型RAM (2) 金属氧化物(MOS)RAM 静态RAM(SRAM);加电即可保存信息 动态RAM(DRAM);加电不断进行周期性刷新 集成RAM(i RAM);掉电保护 非易失性RAM(NVRAM);掉电保护 典型产品有:RAM 6116(2K)。,二、 存储器的主要性能指标 1. 存贮容量 2. 存取时间 3. 可靠性 4. 功耗 存贮器芯片容量=存储单元数 X 数据线位数 如一片6116芯片有2K即2048个存储单元,数据线位数为8 则存贮器芯片容量是2048 X 8位。,8.2 随机存取存储器(RAM),一、静态
8、RAM的基本存取电路 只有当某基本存储电路所在行、列对应的Xi、Yi皆为1时,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。,二、静态RAM芯片举例,1、6116芯片的结构,6264(8K),62256(32K),常用静态RAM芯片管脚配置,下面以6116芯片为例进行说明,管脚图如图所示。该芯片的主要引脚为: 1)A10A0 11根地址线,说明芯片的容量为 211 =2048=2K个单元。 2)D7D0 8根数据线 ,用于与外界交换信息。 3)控制线CE 、 OE 、WE CE: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
9、片中的数据可由D7D0输出。 WE:写控制,或称输入使能控制,当它为低电平时,芯片中的数据可由D7D0输入。,6116芯片的工作方式,CE,OE,WE,8.3 只读存储器(ROM),1、2716芯片的引脚图和内部结构图 该芯片的主要引脚为: A10A0 11根地址线,说明芯片的容量为 211 =2048=2K个单元。 D7D0 8根数据线 ,编程时,为输入线,用于写入信息; 使用时,为输出线,用来输出存储的信息。 CE/PGM:为片选/编程控制信号。运行时,作片选输入端;编程时,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) Vcc:工作电源,接+5V。 V
10、pp:编程电源。编程时,接+25V;运行时,接+5V。,2、2716芯片工作方式,8.4 CPU与存储器的连接,一、CPU与总线连接时应考虑的问题 1、 CPU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总线驱动器。 2、 CPU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,存储器的存取时间要与CPU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 即如何找到所需的存储器单元。 4、控制信号的连接 即考虑CPU与RD、WE、CE和PSEN等引脚的连接。,二、存储器连接常用接口电路,1、总线缓冲器 缓冲器主要用于CPU总线的缓冲,以增加总线驱
11、动负载的能力。 2、地址锁存器 常用的地址锁存器有带三态缓冲输出的74LS373 OE: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。 G: 选通脉冲输入端。选通脉冲有效时,数据输入D0D7被锁存。,3、地址译码器 常用的译码芯片有:74LS139(双24译码器)和74LS138(38译码器)等。,8.5 MCS-51存储器的扩展,单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和I/O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MCS-51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如
12、8051/8751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8031必须外部扩展程序存储器才能构成最小系统。,图(a)为MCS51系列中8051和8751单片机的最小系统。 图(b)为由8031、8032单片机组成的最小系统。,为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接,应将单片机的外部连接变为一般的微型机三总线结构形式。即地址总线、数据总线和控制总线。对MCS51系列单片机,其三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(A8A15),由P0口提供低8位地址线。由于P0口是地址、数据分时使用的通道口,所以为保存地址信息,需外加地址锁存器锁存低8位的地址信息。一般都
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