第5章MCS-51单片机存储器扩展.

本章内容MCS-51单片机系统扩展的三总线结构存储器扩展的编址技术程序存储器,数据存储器,和I/O功能部件的扩展方法了解51单片机系统存储器的芯片及其功能；了解单片机信息传送的通道；掌握程序存储器,数据存储器以及I/O功能部件扩展与CPU的连接方法及其编址方法。学习目的为什么要进行单片机的存储器扩展？课题引入要回答这个问题，就要先了解单片机内部程序存储器的容量：子系列机型片内ROM片内RAM可寻址ROM范围可寻址RAM范围51子系列8031无128B64KB64KB80514KB128B64KB64KB87514KB128B64KB64KB52子系列8032无256B64KB64KB80528KB256B64KB64KB实际应用时，如果单片机内部程序存储器的容量不能满足要求时，就需要在其外部进行存储器的扩展。5.1.1存储器的主要性能指标存储器的容量表示(1/3)：位（bit）：计算机中表示信息的基本单元是位，它用来表达一个二进制信息“1”或“0”。在存储器中，位信息是由具有记忆功能的半导体电路（如触发器）实现的。5.1存储器基本知识存储器的容量表示(2/3)：字节（Byte）：计算机中信息大多是以字节形式存放的。一个字节由8个信息位组成，通常作为一个存储单元。微型计算机中的存储器几乎都是以字节（8位）进行编址的，也就是说总认为一个字节是“基本”的字长，所以常常只用可能存储的字节数来表示存储容量。字（Word）：字是计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传递的一组二进制位。它的长度叫做字长。1个字通常由2个字节组成。存储器的容量表示(3/3)：容量：存储器芯片的容量是指在一块芯片中所能存储的信息位数。存储器的容量通常用“芯片单元数×数据线位数”(即=字数×字长)表示。如一个存储器能存4096个字，字长16位，则存储容量可用4096×16表示。一般，1024位记为1K(并非是1K=1000位)。例如，8K×8位的芯片，其容量为能存储8×1024×8=65536“位”信息。一般用“字节”作单位表示容量，如上述芯片的存储容量为8K字节。芯片的地址线数目与容量大小相关：2N=容量。例如：210=1024=1K。地址线就需要10根。存储器的存取时间：存储器的存取时间定义为存储器从接收到寻找存储单元的地址码开始，到它取出或存入数据为止所需的时间。通常手册上给出这个参数的上限值，称为最大存取时间。显然，它是说明存储器工作速度的指标。最大存取时间愈短，计算机的工作速度就愈快。半导体存储器的最大存取时间为十几ns到几百ns。可靠性：可靠性是指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰性，半导体存储器由于采用大规模集成电路结构，可靠性高，平均无故障时间为几千小时以上。功耗及其它指标：功耗低、体积小、重量轻、价格便宜、使用灵活是微型计算机的主要特点及优点，所以存储器的体积大小、功耗、工作温度范围、成本高低等也成为人们关心的指标。5.1.2存储器的分类计算机存储系统外存内存随机存取存储器RAM静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）可擦除ROM(EPROM)闪速ROM(FlashRom)掩膜ROM可编程ROM(PROM)只读存储器ROM电可擦除ROM(EEPROM)磁盘磁带内存储器：简称内存，位于计算机主机内部，是计算机的主要存储器，所以，也称主存储器或主存。用来存放CPU当前使用的或经常使用的程序和数据，CPU可以随时直接对主存进行访问(读/写)，内存通常由半导体存储器组成。特点：速度快，但容量小，目前微型机的内存容量为十几或几十M字节。外存储器：外存储器也称辅助存储器，简称外存，外存储器由磁表面存储器构成。目前主要使用的外存有软盘、硬盘、光盘和磁带等。特点：存储容量大，速度慢，CPU不能直接访问，要由专用设备(如磁盘驱动器)来管理。随机存取存储器RAM：RAM也称读写存储器，即CPU在运行过程中能随时进行数据的读出和写入(也称数据存储器)。RAM中存放的信息当关闭电源时会全部丢失，所以，RAM是易失性存储器，只能用来存放暂时性的输入输出数据、中间运算结果、用户程序，也常用它来与外存交换信息或用作堆栈。通常人们所说的微机内存容量就是指RAM存储器的容量。5.1.3半导体存储器(内存)的分类只读存储器ROM(1/4)：ROM是一种当写入信息之后，就只能读出而不能改写的固定存储器(又称程序存储器)。断电后，ROM中所存信息仍保留不变，所以，ROM是非易失性存储器。因此，微机系统中常用ROM来存放固定的程序和数据，如监控程序、操作系统中的BI0S(基本输出输出系统)、BASIC解释程序或用户需要固化的程序。按照构成ROM的集成电路内部结构的不同，则ROM又可分为以下5种：只读存储器ROM(2/4)：掩膜ROM简称为ROM。利用掩膜工艺制造，由存储器生产厂家根据用户要求进行编程，一经制作完成就不能更改其内容，因此，只适合于存储成熟的固定程序和数据，大批量生产时成本很低。可编程ROM简称为PROM(ProgrammableROM)。该存储器在出厂时器件中不存人任何信息，是空白存储器，由用户根据需要，利用特殊方法写入程序和数据，但只能写入一次，写入后就不能更改，它类似于掩摸ROM，适合小批量生产。只读存储器ROM(3/4)：可擦除可编程ROM简称为EPROM(ErasablePROM)。该存储器允许用户按规定的方法和设备进行多次编程，如编程之后想修改，可用紫外线灯制作的抹除器照射约20分钟左右，使存储器全部复原，用户可再次写入新的内容。这对于工程研制和开发特别方便，应用较广。电可擦除可编程EEPROM简称为E2PROM(ElectricallvErasablePROM)。该存储器的特点是：能以字节为单位进行擦除和改写，而不是像EPROM那样整体擦除，也不需要把芯片从用户系统中拨下来用编程器编程，在用户系统即可进行。随着技术的发展，E2PROM的擦写速度将不断加快，容量将不断提高，将可作为非易失性的RAM使用.只读存储器ROM(4/4)：闪速存储器FlashMemory闪速存储器又称闪烁存储器，简称闪存。是一种新型的半导体存储器，具有可靠的非易失性、电擦除性及低成本等优点，对于需要实施代码或数据更新的嵌入性应用是一种理想的存储器，而且它在固有性能和成本方面有较明显的优势。闪速存储器的主要性能特点体现在：电改写，电擦除，可实现大规模电擦除；可高速编程；闪速存储器可重复使用，目前，商品化的闪速存储器已可以做到擦写几十万次以上，读取时间小于90ns，容量也很大。性能明显优于一般的EEPROM。例如常用的U盘就是闪存的一种，闪存卡也是闪存的一种，比如应用在数码相机，掌上电脑，MP3等小型数码产品中作为存储介质：CF卡，SM卡，MMC卡，SD卡，记忆棒（MemoryStick）等。静态随机存储器RAM概述（1/2）：常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。动态RAM与静态RAM相比，具有成本低、功耗小的优点，但它需要刷新电路，以保持数据信息不丢失，其接口电路较复杂。故在单片机系统中没有得到广泛的应用。与动态RAM相比，静态RAM无须考虑为保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。但它的功耗及价格较动态RAM高。尽管如此，目前在单片机系统中最常用的RAM还是静态RAM。5.1.4典型半导体存储器芯片(1/4)只对主要的芯片举例介绍，其他自己看静态随机存储器RAM概述（2/2）：最常用的静态RAM芯片有6116(2kB×8)、6264（8kB×8）、62128（16kB×8）、62256（32kB×8）等多种，它们都用单一+5V供电，双列直插封装，6116为24引脚封装，6264、62128、62256为28引脚封装。下面介绍6264。6264RAM芯片（1/2）：Intel6264是8K×8静态RAM芯片。用单一的+5V电源，所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。电原理图逻辑符号如图所示。A0~A12为地址线，与地址总线低13位相连接。D0~D8为双向数据线。它的功能如下表：6264RAM芯片（2/2）：WE\为写信号线，OE\为数据输出允许信号线（注意它与CPU的读RD\线连接），CS\(教材上是CE\)是片选信号线。CS2=1，CS1\=0时，选中该芯片。EPROM芯片概述(1/2)：EPROM（ErasablePROM）是可擦除、可改写的PROM。用户可根据需要对它进行多次写入和擦除。但每次写入之前，一定要先擦除。按照信息擦除方法的不同，EPROM是用紫外线擦除的。通常其内容的擦除、写入都用专门的工具完成，操作比较简单。典型芯片是27系列产品，例如，2764（8KB×8），27128(16KB×8)，27256（32KB×8），27512（64KB×8），“27”后面的数字表示其位存储容量。扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。5.1.4典型半导体存储器芯片(2/4)EPROM芯片概述(2/2)：EPROM典型芯片27系列产品引脚如下图。2764EPROM(1/2)：Intel6764是8K×8可编程ROM芯片。用单一的+5V电源，所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。其中,CS为片选信号，OE\为输出允许信号（注意与CPU的PSEN\-程序存储器选通信号线），PGM\为编程脉冲输入（50ms脉冲），VPP为编程电压，A0~A12为13根地址线，D0~D7为8位数据线。2764EPROM(2/2)：正常工作（只读）时，VPP=VCC=+5V。编程时，VPP=+21~25V（高压），PGM\端加入宽度为50ms的正/负脉冲(N沟道器件为正脉冲，P沟道器件为负脉)。2764工作方式选择表引脚方式读出VILVILVIHVccVcc输出维持编程编程校验禁止编程CEVppOEPGMVccD7-D0VIH任意任意VccVcc高阻VILVIH负脉冲VppVcc输入VILVILVIHVppVcc输出VIH任意任意VppVcc高阻E2PROM芯片概述(1/2)：E2PROM（ElectricallyErasablePROM）也是可擦除、可改写的PROM。它是用电信号编程，电擦除，比EPROM方便。读写操作与RAM相似，写入速度稍慢。断电后能够保存信息。其突出特点是保留信息长达20年，不存在像EPROM在日光下信息缓慢丢失的问题。常用的E2PROM芯片在芯片的引脚设计上，2KB的E2PROM2816与EPROM2716、RAM6116兼容;8KB的E2PROM2864A与EPROM2764、RAM6264兼容;2816、2817(2KB)和2864A(8KB)的读出时间均为250ns，写入时间10ms。5.1.4典型半导体存储器芯片(3/4)E2PROM芯片概述(2/2)：常用的E2PROM芯片在芯片的引脚设计2817E2PROM(1/2)：Intel2817是2K×8电擦除可编程ROM芯片。用单一的+5V电源，写入时间10ms，写入电压5V，读取时间200ns。其中，CE\为片选信号,OE\为输出允许信号,RDY/BUSY\为准备就绪/忙状态(写操作状态指示输出Ready/Busy)，给CPU提供芯片信息。A0~A10为11根地址线，D0~D7为8位数据线。2817E2PROM(2/2)：2817的工作方式如下表：其中I表示输入，O表示输出。L表示低电平，H表示高电平。×表示任意。CE\是片选，OE\是输出允许，WE是写信号，R/B是准备就绪/忙状态。闪速存储器芯片概述(1/2)：闪存(FlashMemory)是一种在EPROM与E2PROM基础上发展起来的,它与EPROM一样用单管来存储一位信息,与E2PROM相同之处是用电来擦除;不同之处是(1)与EPROM比较,系统加电情况下可擦除和重复编程，而不需要特殊的高电压；(2)与E2PROM比较,成本低、密度大、存取速度高、功耗小；(3)只能擦除整个区域或整个器件（E2PROM可以一次只擦除一个字节）。闪存的工作原理是利用“热电子”注入来实现写入的,擦除技术是在电场作用下,浮置栅上的电子越过氧化层进