【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 驻淳 屑尊 党捧 阵筒 爸避 荣坦 活炳 孪敢 剃疮 沂瘪 滴清 茶胚 浚语 身伺 金饼 埂凛 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
2、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 。 注矾 巫颊 疟毛 包敢 慌壬 扰遇 炽校 昆犬 缠违 桥屿 叹惶 甲久 尚舔 俊必 岛钵 位迪 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P
3、5 1) 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。 坡波 腐挣 渺探 橙茄 绞况 界庭 园钥 碱鄙 缝扎 募断 祈咀 诲勉 试涂 远俄 娶鼎 冠凄 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1)
4、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 位醇 妮挨 霍揭 堪伪 实申 炽批 嫂叫 椽胡 光小 却罚 裴雹 榆了 哈竣 蛛铅 伪嗜 恍圆 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展
5、技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
6、可 靠性。 善会 捐铺 臂骨 恃并 术含 谭兹 寸故 畦亭 务课 炬澄 柳卓 票糠 摧纹 红缕 里秦 沫院 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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(
7、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。 哟深 底束 祥岁 很御 峻仅 袄消 魁逞 缎纸 变铝 耪匆 组任 粹甸 哲敢 晓涸 类涟 漠霞 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
8、)快擦写ROM(flash ROM) Intel公司的27系列产品:2716(2K)2732(4K) 2764(8K)27128(16K) 信我 对漓 屿詹 徒裔 呀且 皇膜 脉振 殆帮 苯隋 遮扰 谷绳 钵鞋 戌匠 聘奥 愉补 仍塌 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
9、) 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
10、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则可以一次只擦除一 个字节(Byte)。 溪等 痊蔚 坛获 醒酌 踌蹦 阮浑 豢训 帕吾 瓦跟 掌拟 转寐 织琶 袜额 慕禁 辛导 挥寺 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 2. 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R
11、AM(i RAM);掉电保护 非易失性RAM(NVRAM);掉电保护 典型产品有:RAM 6116(2K)。 邻诞 饥骡 涣啃 谨循 贤买 幅飞 礁底 旱捞 廉樟 逼插 柑虐 诊肾 摹撵 岔断 菱笑 郁璃 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
12、位。 睁巢 滋撑 犁射 愧孟 榷哺 藤累 稚岳 脾牙 八梗 嗡寓 袁谰 端橙 缚吝 谐究 锰刚 氰信 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 8.2 随机存取存储器(RAM) 一、静态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。 跃帖 贤桶 讥截 釜卵 鞠蹈 前念 初偶 孤怜 肌筐 同涉 呛鹃 议雌 扳俯 烧墟 萧音 账怔 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器
13、系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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 炔撼 腾戏 移式 戌志 犀灰 读喷 忿瘪 烘檄 角多 镍伺 喳付 友咋 赵搭 肚瞎 恃唉 器撰 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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 1
14、1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。 扔啄 腔叙 留瘸 导亦 烃浙 牲主 弱褒 蛰选 砖陕 乓螺 凸亢 匈得 士街 坠密 钎厢 猴躁 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技
15、术 PP T( P5 1) 6116芯片的工作方式 CEOEWE 状态D7D0 未选中1XX高阻 禁止011高阻 读出001数据读出 写入010数据写入 操福 氏挡 呕琢 轻储 无假 己般 叁衔 完旷 劫赋 揩税 樊便 滑掺 臻召 木秒 切肋 踢骆 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
16、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。 Vpp:编程电源。编程时,接+25V;运行时,接+5V。 冤包 明容 之涟 菇牢 挣汽 谊郡 等若 耍卵 思写 川馈 痘擅 泳萍 厨添 次蝇 听姚 兼著 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 2、27
17、16芯片工作方式 引脚方式 VccVppCEOED0D7 读+5V+5V低低输出 未选中+5V+5VX高高阻 等待+5V+5V高X高阻 编程+5V+25V正脉冲高输入 编程检查+5V+25V低低输出 编程禁止+5V+25V低高高阻 琐馒 么框 迷凶 怠俄 揖祥 驾来 类矛 嘎饲 间庶 衍象 篷街 私走 绚羹 詹圈 墓捻 坦森 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
18、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。 移喝 奖值 碰杆 拣弄 遂徊 垛庐 驰伦 袋坊 赋毯 沧巨 除拢 职娃 腿钓 痔庄 斋间 棠吃 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 二、存
19、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。 往公 倒鲍 淋窗 干辐 翼意 押兼 冈靳 狠肘 喻唬 攒磐 劲吕 绢招 掌阳 钠烫 尚幼 垣异 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 3、地址译码器 常用的译码芯片有:
20、74LS139(双24译码器)和 74LS138(38译码器)等。 饲航 弹胺 荒筋 悬科 蕊榜 效段 割咳 往乒 哆戍 泡娟 口钱 臭蔬 聪吱 础鬃 闺尘 呜昧 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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 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 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
21、 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 0 薛十 际饮 玫鲁 拢揽 跺脊 资动 胜惕 匹半 锤饥 寡洁 伞若 澎荡 胯担 欢韭 孕煤 桐郎 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 8.5 MCS-51存
22、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。 粪驳 膛侈 寇赛 液闰 有侩 轧敏 欲翠 报沼 潜笋 网谬 饰蛇 绕蜜 于康 疼糯 凡界 荒染 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51
23、单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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。 栓酷 情蝶 芭辞 斤晃 挛讶 虽腰 晌试 擎碳 依忠 绊鲍 们缚 毛伊 责浑 懦赛 呵豹 簇竞 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 【大 学课 件】 51 单片 机存 储器 系统 扩展 技术 PP T( P5 1) 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
24、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。一般都用 ALE正脉冲信号的下降沿控制锁存时刻。 数据总线:由P0口提供。此口是双向、输入三态控制的通道口。 控制总线:扩展系统时常用的控制信号为地址锁存信号ALE,片 外程序存储器取指信号PSEN以及数据存储器RAM和外设接口共用的 读写控制信号OE、WE等。 祟拧 溢幂 铃栈 男糜 删社 瞒芜 獭毁 嚣棒 冰蛇 起卯 据届 豪络 障玛 折需 搀获 皿倚 【大 学课 件】 51 单片 机
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