第5章存储器扩展技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章,51,系列单片机的系统扩展,一、半导体存储器的分类,根据,存储介质不同,，可分为,:,半导体存储器，磁心存储器，电耦合存储器。,目前，计算机内部均采用半导体存储器，只讨论半导体存储器，,按照存储器的,存取功能不同,，半导体存储器可分为,1),只读存储器（,Read Only Memory,，简称,ROM,）,2),随机存储器（,Random Access Memory,，简称,RAM,）,3),串行存储器。,1.,只读存储器（,ROM,）,功能：用于存放程序，常数和表格常数等。,特点：把信息写入存储器后，能长期保存，不会因电源断电而丢失信息，在计算机运行过程中，只能读出信息，不能再写入信息。一旦写入信息，不能随意更改。,根据编程方式的不同，,ROM,可分为以下,5,种：,1),掩模工艺,ROM,特点：编程是由制造厂完成，即在生产过程中进行编程。用户不能改变其内容。结构简单，集成度高，适于大批量生产。,2),可一次性编程,ROM,（,PROM,）,特点：程序是由用户写入，只能写一次，但不能再进行修改。,3),紫外线擦除可改写,ROM,（,EPPROM,）,特点：用电信号编程而用紫外线擦除。程序由用户写入，运行多次擦除和重新写入。,典型产品型号有：,Intel,公司,27,系列产品：,2716,（,2KB8,），,2732,（,4KB8,），,2764,（,8KB8,），,27128,（,16KB8,），,27256,（,16KB8,）等。,4),电擦除可改写,ROM,（,EEPROM,或,E2PROM,）,特点：用电信号编程也用电信号擦除。可以通过读写操作进行逐个存储单元读出和写入，读写操作与,RAM,存储器差不多，只是写入速度慢一些。但断电后能保存信息。,典型产品型号有：,28C16,、,28C17,、,2817,等。,5),快擦写,ROM,（闪速存储器即,Flash ROM,）,特点：是在,EPPROM,和,E,2,PROM,基础上发展的一种,ROM,，读写速度很快。存取时间达,70ns,（纳秒），存储容量达,16128MB,。改写次数可达,1,万,100,万次。可在线写入，自动覆盖内容，可按页连续字节写入。,典型产品型号有：,28F256,、,28F516,、,AT89,等。,2.,随机存储器,RAM,功能：,用于存放可随时修改的数据，常用于单片机控制领域。但是掉电后信息立刻消失。这时在单片机应用系统要有掉电保护电路路，以便及时提供备用电源，防止因掉电信息丢失。,按,制造工艺,可分为：,1,）双极性,RAM,特点：存取时间短，一般为几到十几纳秒。,与,MOS,型相比，集成度较低，功耗大，价格较高。,应用场合：主要用于存取时间短微型计算机中。,2,）,MOS,（金属氧化物）,RAM,特点：与双极性,RAM,相反。在单片机系统中一般使用此种类型。,按,工作方式不同,，可分为：,静态读写存储器,SRAM,（,Static Random Access Memory,）,特点：,集成度比较高，功耗比双极性,RAM,低，价格也比较便宜。,动态读写存储器,DRAM,（,Dynamic Random Access Memory,）,特点：,集成度很高，功耗、价格比,SRAM,低。,是一种,CMOS,工艺制成的电擦除可编程,ROM,，最近逐渐发展的。,典型产品：,二线制,24CXX,系列产品，三线制,93CXX,系列产品。,3.,串行存储器,二、存储器的主要性能指标,1.,存储容量,：通常用某一芯片有多少个存储单元、每个存储单元存储若干未来表示。,例如：静态,RAM6264,的容量为,8K,8,，表示有,8K,个单元（,1K=1024,），每个单元存储,8,位（一个字节）数据。,2.,存取时间,即存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间。,在计算机工作时，,CPU,在读写,RAM,时，它所提供的读写时间必须比,RAM,芯片所需要的存取时间长。如果不满足，微机则无法正常工作。,3,）可靠性,微型计算机要正确地运行，必须要求存储器系统具有很高的可靠性。内存的任何错误就可以导致计算机无法工作。,4,）功耗,使用功耗低的存储器芯片构成存储系统，不仅可以减少对电源容量的要求，而且可以提高存储系统的可靠性。,三、单片机最小应用系统,1,、,8051/8751/80C51/87C51,硬件最小应用系统,片内有,4KB,的掩模,ROM/EPROM,，其自身可以构成,最小系统，,再加上,复位电路、时钟电路,、引脚接高电平，即可通电工作。硬件电路如图,5.1a,所示：,这种最小应用系统具有以下特点：,1,）系统结构简单、可靠；,2,）有大量的,I/O,线供用户使用，,P0P3,口共,32,根,I/O,均可作为输入,/,输出线使用。,3,）内部存储容量有限，只有,128B,的内部,RAM,和一些特殊功能即存期以及,4KB,的内部,ROM/EPROM,。,2.8031/80C31,最小应用系统,用这两种芯片构成最小应用系统时，由于片内无,ROM,，所以必须在片外扩展程序存储器，常选用,EPROM,芯片。在外扩,ROM,时，必须接上地址锁存器，硬件电路如图,5.1b,所示：,由硬件电路可知，该系统包括,8031/80C31,、,2764EPROM,、,74LS373,地址锁存器,、,时钟电路和复位电路,。,引脚接地,，使,CPU,只能选择外部程序存储器，并执行,ROM,中的程序。,ALE,引脚接,74LS373,的,G,端,。,特点：,1,）,P0,口用在低,8,位地址线,/,数据线，,P2,口用在高,8,位地址线，都不能再作为通用,I/O,接口使用。,2,）使用外部,ROM,，其容量最高为,64KB,。而片外,ROM,可选择,EPROM,、,EEPROM,、,PEROM,芯片，方便改写程序。,3,）价格低廉，应用较多。,四、单片机程序存储器的扩展,单片机最小应用系统只能适用简单的应用系统。而对,于较为复杂的系统，必须进行外扩,ROM,、,RAM,、,I/O,等。,系统扩展结构如图,5.2,所示：,总线就是连接计算机各部件的一组公共信号，按功能分为三组总线。,1),地址总线,AB,（,Address Bus,）：,16,根地址线，可寻址范围达,2,16,=64K,，由,P0,口和,P2,口构建，低,8,位由,P0,口经地址锁存器提供，高,8,位由,P2,口提供。单向总线。,由于,P0,口是数据、地址分时复用的，故,P0,接口输出的低,8,位地址必须用地址锁存器进行锁存。,2),数据总线,DB,（,Data Bus,）,用于在单片机与存储器、,I/O,口之间相互传递数据。,宽度为,8,位，由,P0,口提供，是双向总线。,3),控制总线,CB,（,Control Bus,）,是第二功能信号线，包括,ALE,、,PSEN,、,RD,、,WR,等。,用于地址锁存控制、片外,ROM,选通、读,/,写控制和片内、片外,ROM,选择等。为准双向总线。,五、程序存储器的扩展,51,系列单片机的基本扩展电路如图,5.3,所示：,结论：,1,）,P0,口作低,8,位地址线,/,数据线,P0,口分时提供低,8,位地址信号和数据信号。,2,）,P2,口作为高,8,位地址线,与低,8,位构成,16,位地址总线，使扩展系统寻址达,64KB,。,3,）,控制信号,PSEN,：程序存储器的读选通信号；,ALE,：地址锁存信号；,EA,：片内、片内程序存储器的选择信号；和,I/O,端口 的读选通信号；,RD,：扩展数据存储器和,I/O,端口的读选通信号；,WR,：扩展数据存储器和,I/O,端口的写选通信号。,1,、总线构造,2,、常用的地址锁存器,74LS373,和,8282,为高电平跟随，低电平锁存。即低电平有效。,74LS273,为上升沿锁存。即上升沿有效。,3,、常用的译码器,定义：,译码器就是对系统的高位地址进行译码，以其,译码输出作为存储芯片的片选信号。,优点：,能有效地利用空间，存储空间，存储空间连续，,适用于大容量多芯片存储器扩展。,常用的译码芯片有,：,74LS139,（双,2-4,译码器）和,74LS138,（,3-8,译码器）等。,1,）,74LS139,译码器,是,2-4,译码器，即,对,2,个输入信号,进行译码，得到,4,个输出状态,。其引脚如图,5.4,所示：,G,：势能端，低电平有效。,A,、,B,：选择端,即译码器输入端；,Y0,、,Y1,、,Y2,、,Y3:,译码器输出信 号，低电平有效。,其真值表如表,5-1,所示：,2,）,74LS138,译码器,是,3-8,译码器，即对,3,个输入信号,进行译码，得到,8,个输出状态,，其引脚如图,5.5,所示：,E1,、,E2,、,E3:,势能端,用于引入控制信号。,E1,、,E2,低电平有效，,E3,高电平有效。,A,、,B,、,C:,选择端,即译码器信号输入端。,Y7,Y0,:,译码输出信号，低电平有效,.,其,真值表如表,5.2,所示：,3),常用的,EPROM,常用的,EPROM27,系列有：,2716,（,2KB,8bit,）、,2732,（,4KB,8bit,）、,2764,（,8KB,8bit,）、,27128,（,16KB,8bit,）、,27256,（,32KB,8bit,）。,说明：,“,27,”,为系列号，后面的数字表示芯片的容量，其中,2K,、,4K,、,8K,等代表有多少个存储单元，也说明了地址线有多说根，,“,8bit,”,代表一个单元存放,8,为二进制数，或者数据线有,8,根。,2764,、,27256,和,27512,芯片引脚如图,5.6,所示：,引脚功能如下：,O0,O7,：数据线；,OE,：数据允许输出线，低电平有效；,CE,：片选信号输入端，低电平有效；,GND,：接地端；,PGM,：编程脉冲输入端；,VPP,：编程电源输入端。,程序存储器扩展例题,例,1,：用一片,27128EPROM,扩展,16KB,程序存储器,解：电路图如图,5.7,所示：,程序存储器的扩展可分为以下几个步骤：,1,）低,8,位地址线的连接：,P0.0P0.7,经锁存起后与存储器芯片,27128,的,A0A7,相连接，,2,）高位地址线的连接：,27128,共有,14,根地址线,A0A13,，完成低,8,位地址线的连接后，剩下的,A8A13,的高,6,位地址线，直接与,P2.0,P2.5,相连接。,3,）,数据线连接：,27128,的数据线,D0D7,直接连接到,P0.0P0.7,上。,4,）控制线的连接：,ALE,接锁存器,74LS373,的使能端,G,，,PSEN,连接,27128,的允许输出端,OE,，对于,8030/80C31,单片机，,EA,要接地。,5,）,27128,的片选端,CE,的连接：,直接接地。,例,2,、多片程序存储器的扩展,4,）常用,EEPROM,（电擦除可编程只读存储器）扩展,Intel,公司常用芯片,有：,2816,（,2816A,）、,2817,（,2817A,）、,2864,（,2864A,）,优点,：,能在应用系统中进行在线电擦除和在线电写入，不能在断电情况下保持修改的结果。它比紫外线,EPROM,方便。,应用领域：,智能仪表，控制装置，分布式监测系统子站，开发装置等。,表,5-3 Intel,公司,EEPROM,典型产品主要性能,以,Intel2864A,为例介绍,EEPROM,的扩展：,图,5.9 2864A,引脚及逻辑符号图,表,5-4 2864A,的工作方式,1),维持（待机）方式,当,CE,为高电平时，,2864A,进入功耗自动待机状态，此时，数据输出线呈高阻态。,2),读出方式,当,CE,和,OE,均为低电平，而,WE,为高电平时，片内数据缓冲器开门，数据被送到数据总线，可执行读操作。,3),写入方式,2864A,写入方式有两种：,字节写入和页写入,。,