第5章 存储器系统设计.ppt
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1、 1第第 5 章 存储器系统设计章 存储器系统设计 25.1 MCS-515.1 MCS-51 存储器系统配置存储器系统配置 MCS-51 单片机的存储器是一种将程序存储器单片机的存储器是一种将程序存储器 (ROM)、数据存储器(、数据存储器(RAM)分开寻址的哈佛)分开寻址的哈佛结构。它们在物理空间上是各自独立的,寻址范围结构。它们在物理空间上是各自独立的,寻址范围均为均为 64K 字节,参见图字节,参见图 2-12。31.片外三总线结构片外三总线结构 5.1.3 MCS-51 系统扩展功能P1 口口P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEARSTXTAL1
2、 XTAL2VCC +5VVSS GNDA8A15A0A7D0D774LS373ALE GEP0 口口P2 口口I/O 口口控控制制总总线线CB系统三总线结构系统三总线结构RXDTXDINT0INTlT0T1WRRD地址总线地址总线数据总线数据总线 4(1)地址总线)地址总线 AB 地址总线是单向的,宽度地址总线是单向的,宽度 16 位,寻址可达位,寻址可达 64 字节字节。地址总线由地址总线由 P0 口提供地址低口提供地址低 8 位位 A0 A7,P2 口提口提供地址高供地址高 8 位位 A8 A15。由于由于 P0 口是数据口是数据/地址复用线,只能分时用作地址线地址复用线,只能分时用作地
3、址线,故,故 P0 口输出地址低口输出地址低 8 位位,只能在地址有效时,由只能在地址有效时,由 ALE 的下降沿锁存到片外地址锁存器保持。的下降沿锁存到片外地址锁存器保持。P2 口具有输出锁存功能,不需外加锁存器便可保持地口具有输出锁存功能,不需外加锁存器便可保持地址高址高 8 位。位。P0 口和口和 P2 口作系统扩展的地址线后,便不能再作一口作系统扩展的地址线后,便不能再作一般般 I/O 口使用。口使用。5(2)数据总线)数据总线 DB 数据总线由数据总线由 P0 口提供,其宽度为位。口提供,其宽度为位。该口为三态双向口,是应用系统中使用最为频繁该口为三态双向口,是应用系统中使用最为频繁
4、的数据通道。单片机与外部交换的数据、指令、的数据通道。单片机与外部交换的数据、指令、信息,几乎全部由信息,几乎全部由 P0 口传送。口传送。通常系统数据总线上连有很多芯片,由地址译码通常系统数据总线上连有很多芯片,由地址译码信号控制的各个芯片片选控制线来选择究竟哪个信号控制的各个芯片片选控制线来选择究竟哪个芯片的数据有效。芯片的数据有效。6(3)控制总线 CB 控制总线是双向的,包括片外系统扩展用的控制线和片外信号对单片机的控制线。系统扩展用的控制线有 WRWR、RDRD、PSENPSEN、ALE、EAEA。WRWR、RD RD:用于片外数据存储器(RAM)的读/写控制。当执行片外数据存储器操
5、作指令 MOVX 时,这两个信号自动产生。PSEN PSEN:用于片外程序存储器(EPROM)“”的 读 控制,实际上就是取指或查表选通控制。当访问 EPROM 时不用信号。ALE:用于锁存 P0 口上地址低位的控制线。当 ALE由低变高时,P0 口上地址有效,ALE 的下降沿将该地址锁存到片外地址锁存器,并保持之。EA EA:用于选择片内或片外程序存储器。当时,只访:用于选择片内或片外程序存储器。当时,只访问外部程序存储器,不管片内有无程序存储器。因此,若问外部程序存储器,不管片内有无程序存储器。因此,若系统中采用系统中采用 80318031 外接外接 EPROMEPROM,则必须接地。,则
6、必须接地。72.总线驱动能力总线驱动能力 作为数据作为数据/地址复用总线的地址复用总线的 P0P0 口可驱动个口可驱动个 TTLTTL 门门电路,电路,P1P1、P2P2、P3P3 只能驱动个只能驱动个 TTLTTL 门电路。当门电路。当应用系统规模较大,超过其负载能力时,系统便不能应用系统规模较大,超过其负载能力时,系统便不能稳定可靠地工作。在这种情况下,系统设计时应增加稳定可靠地工作。在这种情况下,系统设计时应增加总线驱动器,以增强系统总线的驱动能力。常用的有总线驱动器,以增强系统总线的驱动能力。常用的有单向总线驱动器单向总线驱动器 74LS24474LS244、双向驱动器、双向驱动器 7
7、4LS24574LS245 等芯等芯片。片。85.2.2 5.2.2 常用程序存储 器芯片 1 1 EPROMEPROM 电路电路 (1)EPROM 的结构和特性 可擦可编程只读存储器可擦可编程只读存储器 EPROMEPROM,是一种掉电后信息不,是一种掉电后信息不会丢失的存储器电路。因而可作单片机应用系统的外会丢失的存储器电路。因而可作单片机应用系统的外部程序存储器。部程序存储器。常用的常用的 EPROMEPROM 芯片为芯片为 27642764、2712827128、2725627256、2751227512等,这些芯片的窗口在专用的紫外线灯光照射下,经等,这些芯片的窗口在专用的紫外线灯光
8、照射下,经20min20min 后,存储器的所有单元信息全部变为“”,后,存储器的所有单元信息全部变为“”,换句话说,换句话说,EPROMEPROM 的原始状态为全“”。同时又可的原始状态为全“”。同时又可用专门的用专门的 EPROMEPROM 编程(写入)电路,将用户的工作程编程(写入)电路,将用户的工作程序固化在这些序固化在这些 EPROMEPROM 芯片之中,作芯片之中,作 MCS-51MCS-51 单片机的单片机的外部程序存储器使用。外部程序存储器使用。962256A14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND6264VCCWECS2A8A9A11OEA10CSD7D6
9、D5D4D362256VCCWEA13A8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D327256VCCA14A13A8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D327128VCCPGMA13A8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D32764VCCPGMNCA8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D36264NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND27256VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND27128VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND2764VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND1234
10、5678910111213142827262524232221201918171615常常 用用 存存 储储 器器 引引 脚脚 图图RAM:6225632KB15 根地址线根地址线62648KB13 根地址线根地址线61162KB11 根地址线根地址线ROM:2725632KB15 根根地址线地址线2712816KB14 根地址线根地址线27648KB 13 根地址线根地址线 10提要:只有当 、均为低电平时,被地址线选通提要:只有当 、均为低电平时,被地址线选通存储单元的数据才会出现在存储单元的数据才会出现在 D0 D7 引脚上,否则,引脚上,否则,D0 D7 引脚对外呈高阻状态。引脚对外呈
11、高阻状态。CSCSOEOE上述 EPROM 电路均为 28 线双列直插式封装,以以 2764 为例,为例,引脚符号意义如下:A0 A12:地址输入线;由由地址线经芯片内部译码电路译码选通经芯片内部译码电路译码选通对应的字节单元。对应的字节单元。D0 D7:三态数据总线,读或编程校验时为数据输出线,编程时为数据输入线。维持或编程禁止时,呈高阻状态,(常用 D0 D7表示);:片选线,输入,低电平有效;若为高电平,则若为高电平,则 D0 D7 呈高阻状态 PGM :编程脉冲输入线;:读出允许允许线,输入,低电平有效;VPP :编程电源线,VPP 的值因芯片型号和制造厂商而异;VCCVCC:电源线,
12、接:电源线,接+5V+5V;GNDGND:地线。:地线。CSCSOEOE 11 型号2764271282725627512 容 量(KB)8163264 引 脚 数28282828 读出时间(ns)200200200170 最大工作电流(mA)75100100125 最大维持电流(mA)35404040表 5-1 常用 EPROM 芯片主要技术指标 CMOSCMOS 存储器电路存储器电路 EPROMEPROM 的读出时间快、耗电少。例如:的读出时间快、耗电少。例如:27C25627C256,其读出时间仅,其读出时间仅 120ns120ns、最大工作电流、最大工作电流 30mA30mA、最、最大
13、维持电流仅为大维持电流仅为 100A100A。12常用地址锁存器常用地址锁存器 MCS-51 单片机工作时,P0 口分时作地址/数据复用总线。在作地址线时,给出存储单元的低 8 位地址,作数据总线时,在 CPU 与存储器之间传送数据或指令信息。为保证系统正常工作,P0 口应通过地址锁存器与存储器的低 8 位地址相连,以保持存储器的低 8 位地址。常用常用 8 8 位地址锁存器有位地址锁存器有 74LS37374LS373、74LS57374LS573 及及 82828282 等等 8 8位透明的锁存器。位透明的锁存器。132019181716151413121112345678910VCC8Q
14、8D7D7Q6Q6D5D5QGOE1Q1D2D2Q3Q3D4D4QGND74LS373(b)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:10-Mar-2005Sheet of File:D:51figs.ddb单片机原理课件Drawn By:D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?74LS373(a)142019181716151413121112345678910VCC1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QCOE1D2D3D4D5D6D7D8DGND74LS573
15、(b)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:19-Feb-2006Sheet of File:D:SCH-PCBFFX.ddb毕业设计Drawn By:OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U?74HC573(a)74LS573 15 373(573)是由 8D 锁存器及输出三态门两部分组成。当控制端 OE 为低电平时,三态门是导通的,三态门的输出 1Q 8Q 与 8D 锁存器的 1Q 8Q 是对应相同的。当控制端 OE 为高电平时,三态门输出 1Q 8Q
16、处于高阻状态。当控制端 G 为高电平时,8D 锁存器的输出端 1Q 8Q 与输入端 1D 8D 的状态是相同的;当 G 由高电平变为低电平时(下降沿)将跳变前输入端 1D 8D 的状态锁入 1Q 8Q 中。表 5-5 是 74LS373 的功能表。功能直通(Qi=Di)保持(Qi保持不变)输出高阻 EG 01 00 1 表 5-5 74LS373 的功能表功能直通(Qi=Di)保持(Qi保持不变)输出高阻 OC C 01 00 1 74LS573 的功能表 163 常用地址译码器常用地址译码器 常用的地址译码器是常用的地址译码器是-线译码器线译码器 74LS13874LS138 和双和双-线译
17、码器线译码器 74LS13974LS139。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:10-Mar-2005Sheet of File:D:51figs.ddb单片机原理课件Drawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11R
18、XD10U?8031AHA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122A1326A1427E20G22DQ111DQ212DQ313DQ415DQ516DQ617DQ718DQ819U?27C256A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7774LS138A14B13E15Y012Y111Y210Y39B74LS139A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS1641A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161
19、Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G1974LS244A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR174LS245D13Q04Q15S01Q26S12Q37S23Q49Q510G14Q611CLR15Q71274LS259D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CLR174LS273D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174
20、LS373D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CLK1174LS37412U?A74LS04123U?A74LS08123U?A74LS02123U?A74LS00123U?A74LS321234561112874LS30VPP1A122A73A64A55A46A37A28A19A010Q011Q112Q213Q315Q416Q517Q618Q719CE20A1021OE22A1123A924A825A1326P27U?M27128A3F1(28)A151A122A73A64A55A46A37A28A19A010
21、Q011Q112Q213Q315Q416Q517Q618Q719CE20A1021OE/VPP22A1123A924A825A1326A1427U?M27C512-10N3(28)VPP1A122A73A64A55A46A37A28A19A010Q011Q112Q213Q315Q416Q517Q618Q719CE20A1021OE22A1123A924A825NC26P27U?M27C64A15F6(28)A2B3E1Y04Y15Y26Y37A74LS139A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7774LS138 171、译码器、译码器1 3-8
22、 译码器译码器 74LS13874LS138 引脚图引脚图12345678161514131211109ABCG2AG2BG1Y7GNDVccY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6输入端输入端输 出 端输 出 端C B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y4 Y6 Y7 L L L L L H L H L L H H H L L H L H H H L H H H 选通条选通条件不满足件不满足时时 L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H
23、 H L H H H H H H H H L H H H H H H H H74LS138 选通条件是必须同时满足:G1 为高电平为高电平G2A、G2B 为低电平为低电平 18输入端输入端 输 出 输 出 端端 B AY0 Y1 Y2 Y3 L L L H H L H H选通条件选通条件不满足时不满足时 L H H H H L H H H H L H H H H L H H H H选通条件:1G 为低电平时第一组有效为低电平时第一组有效;2G 为低电平时第二组有效为低电平时第二组有效;2 双 2-4 译码器 74LS139123456781615141312111091G1A1B1Y01Y11
24、Y21Y3GNDVcc2G2A2B2Y02Y12Y22Y374LS139 引脚图引脚图 195.2.3 程序存储器扩展设计 程序存储器设计要点:(1)了解了解外部程序存储器的操作时序,以及所使用控制信号的作用。(2)找出 8031 和存储器芯片之间引脚接线的对应关系,将其相应的数据线、地址线和控制线正确连接。(3)根据应用系统的需要,尽可能选择集成度高的存储器根据应用系统的需要,尽可能选择集成度高的存储器芯片,若需要用多片构成存储器系统时则应选择容量芯片,若需要用多片构成存储器系统时则应选择容量相同的存储器芯片,以简化片选译码电路的设计。相同的存储器芯片,以简化片选译码电路的设计。20(4)地
25、址译码 在单片微机应用系统中,为了唯一地选择在单片微机应用系统中,为了唯一地选择片外某一存储单元或片外某一存储单元或 I/O 端口,需要进行二步选择。端口,需要进行二步选择。第一步第一步先先找到找到该存储单元或该存储单元或 I/O 端口端口所在的芯片所在的芯片,一,一般称为般称为“片选”“片选”;第二步第二步是通过存储器芯片或是通过存储器芯片或 I/O 接口芯片本身所具有接口芯片本身所具有的地址译码功能,将地址线进行译码,的地址译码功能,将地址线进行译码,确定唯一的存确定唯一的存储单元储单元,称为,称为“字选”“字选”。产生“片选”信号的常用的方法有产生“片选”信号的常用的方法有 2 种:种:
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