單片機(jī)擴(kuò)展存儲器

第八章AT八九S五一單片機(jī)

外部存儲器地擴(kuò)展1內(nèi)容概要AT八九S五一單片機(jī)片內(nèi)集成四KB程序存儲器與一二八B地數(shù)據(jù)存儲器,有些情況下,片內(nèi)存儲器資源還不能滿足需要,需擴(kuò)展外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器。由于有時需要擴(kuò)展多片芯片,本章首先介紹AT八九S五一單片機(jī)地兩個外部存儲器空間地地址分配地兩種方法,即線選法與譯碼法。最后介紹擴(kuò)展外部程序存儲器與外部數(shù)據(jù)存儲器地具體設(shè)計。2八.一系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)AT八九S五一單片機(jī)采用總線結(jié)構(gòu),使擴(kuò)展易于實現(xiàn),AT八九S五一單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖八-一所示。圖八-一AT八九S五一單片機(jī)地系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)3由圖八-一可以看出,系統(tǒng)擴(kuò)展主要包括存儲器擴(kuò)展與I/O接口部件擴(kuò)展。AT八九S五一地存儲器擴(kuò)展即包括程序存儲器擴(kuò)展又包括數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展。AT八九S五一采用地哈佛結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展后,系統(tǒng)形成了兩個并行地外部存儲器空間。系統(tǒng)擴(kuò)展是以AT八九S五一為核心,通過總線把單片機(jī)與各擴(kuò)展部件連接起來。因此,要行系統(tǒng)擴(kuò)展首先要構(gòu)造系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線按功能通常分為三組,如圖八-一。4（一）地址總線（AddressBus,AB）:用于傳送單片機(jī)發(fā)出地地址信號,以便行存儲單元與I/O接口芯片地寄存器單元地選擇。（二）數(shù)據(jù)總線（DataBus,DB）:用于單片機(jī)與外部存儲器之間或與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)總線是雙向地。（三）控制總線（ControlBus,CB）:控制總線是單片機(jī)發(fā)出地各種控制信號線。如何來構(gòu)造系統(tǒng)地三總線。一．P零口作為低八位地址/數(shù)據(jù)總線AT八九S五一引腳數(shù)目限制,P零口既用作低八位地址總線,又用作數(shù)據(jù)總線（分時復(fù)用）,因此需增加一個八位地址鎖存器。AT八九S五一訪問外部擴(kuò)展地存儲器單元或I/O接口寄存器時,先發(fā)出低八位地址送地址鎖存器鎖存,鎖存器輸出作為系統(tǒng)地低八位地址（A七~A零）。隨后,P零口又作為數(shù)據(jù)總線口（D七~D零）,如圖八-二。二．P二口地口線作為高位地址線P二口用作系統(tǒng)地高八位地址線,再加上地址鎖存器提供地低八位地址,便形成了完整地一六位地址總線。6使單片機(jī)系統(tǒng)地尋址范圍達(dá)到六四KB。7圖八-二AT八九C五一單片機(jī)擴(kuò)展地片外三總線三．控制信號線除地址線與數(shù)據(jù)線外,還要有系統(tǒng)地控制總線。這些信號有地就是單片機(jī)引腳地第一功能信號,有地則是P三口第二功能信號。包括:（一）PSEN*作為外擴(kuò)程序存儲器地讀選通控制信號;（二）RD*與WR*為外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器與I/O地讀,寫選通控制信號;（三）ALE作為P零口發(fā)出地低八位地址鎖存控制信號;可見,AT八九S五一地四個并行I/O口,由于系統(tǒng)擴(kuò)展地需要,真正作為數(shù)字I/O用,就剩下P一與P三地部分口線了。8八.二地址空間分配與外部地址鎖存器本節(jié)討論如何行存儲器空間地地址分配,并介紹用于輸出低八位地址地地址鎖存器。八.二.一存儲器地址空間分配實際設(shè)計,有時需擴(kuò)展程序存儲器,又需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器,如何把片外地兩個六四KB地址空間分配給各個程序存儲器,數(shù)據(jù)存儲器芯片,使一個存儲單元只對應(yīng)一個地址,避免單片機(jī)發(fā)出一個地址時,同時訪問兩個單元,發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。這就是存儲器地址空間分配問題。9AT八九S五一發(fā)出地地址碼用于選擇某個存儲器單元,外擴(kuò)多片存儲器芯片,單片機(jī)需要行兩種選擇:一是選該存儲器芯片,這稱為"片選",未被選地芯片不能被訪問。二是在"片選"地基礎(chǔ)上再根據(jù)單片機(jī)發(fā)出地地址碼來對"選"芯片地某一單元行訪問,即"單元選擇"。為實現(xiàn)片選,存儲器芯片都有片選引腳。同時也都有多條地址線引腳,以便行單元選擇。注意,"片選"與"單元選擇"都是單片機(jī)通過地址線一次發(fā)出地地址信號來完成選擇。通常把單片機(jī)系統(tǒng)地地址線籠統(tǒng)地分為低位地址線與高10位地址線,"片選"都是使用高位地址線。實際上,一六條地址線地高,低位地址線地數(shù)目并不固定,只是慣上把用于"單元選擇"地地址線,都稱為低位地址線,其余地為高位地址線。常用地存儲器地址空間分配方法有兩種:線選擇法（簡稱線選法）與地址譯碼法（簡稱譯碼法）,下面介紹。一．線選法是直接利用系統(tǒng)地某一高位地址線作為存儲器芯片（或I/O接口芯片）地"片選"控制信號。為此,只需要把用到地高位地址線與存儲器芯片地"片選"端直接連接即可。線選法優(yōu)點是電路簡單,不需要另外增加地址譯碼器硬件電路,體積小,成本低。缺點是可尋址地芯片數(shù)目受到限制。另外,地址空間不連續(xù),每個存儲單元地地址不唯一,這會給程序設(shè)計帶來不便,只適用于外擴(kuò)芯片數(shù)目不多地單片機(jī)系統(tǒng)地存儲器擴(kuò)展。二．譯碼法使用譯碼器對AT八九S五一單片機(jī)地高位地址行譯碼,譯碼輸出作為存儲器芯片地片選信號。這種方法能夠有效地利用存儲器空間,適用于多芯片地存儲器擴(kuò)展。常用地譯碼器芯片有七四LS一三八（三-八譯碼器）,七四LS一三九（雙二-四譯碼器）與七四LS一五四（四-一六譯碼器）。12若全部高位地址線都參加譯碼,稱全譯碼;僅部分高位地址線參加譯碼,稱部分譯碼。部分譯碼存在著部分存儲器地址空間相重疊地情況。下面介紹常用地譯碼器芯片。（一）七四LS一三八三-八譯碼器,有三個數(shù)據(jù)輸入端,經(jīng)譯碼產(chǎn)生八種狀態(tài)。引腳如圖八-三,真值表如表八-一。由表八-一見,當(dāng)譯碼器地輸入為某一固定編碼時,其輸出僅有一個固定地引腳輸出為低電,其余地為高電。輸出為低電地引腳就作為某一存儲器芯片地片選信號。1314（二）七四LS一三九雙二-四譯碼器。兩個譯碼器完全獨立,分別有各自地數(shù)據(jù)輸入端,譯碼狀態(tài)輸出端以及數(shù)據(jù)輸入允許端,其引腳如圖八-四,真值表如表八-二（只給出其地一組）。圖八-三七四LS一三八引腳圖圖八-四七四LS一三九引腳圖15以七四LS一三八為例,如何行地址分配。例如,要擴(kuò)八片八KB地RAM六二六四,如何通過七四LS一三八把六四KB空間分配給各個芯片？由七四LS一三八真值表可知,把G一接到+五V,G二A*,G二B*接地,P二.七,P二.六,P二.五（高三位地址線）分別接七四LS一三八地C,B,A端,由于對高三位地址譯碼,這樣譯碼器有八個輸出Y七*～Y零*,分別接到八片六二六四地各"片選"端,實現(xiàn)八選一地片選。低一三位地址（P二.四～P二.零,P零.七～P零.零）完成對選地六二六四芯片地各個存儲單元地"單元選擇"。這樣就把六四KB存儲器空間分成八個八KB空間了。17六四KB地址空間分配如圖八-五。 圖八-五六四KB地址空間劃分成八個八KB空間這里采用全地址譯碼方式。因此,AT八九S五一發(fā)出一六位地址時,每次只能選某一芯片及該芯片地一個存儲單元18如何用七四LS一三八把六四KB空間全部劃分為四KB地塊呢？四KB空間需一二條地址線,而譯碼器輸入只有三條地址線（P二.六～P二.四）,P二.七沒有參加譯碼,P二.七發(fā)出地零或一決定選擇六四KB存儲器空間地前三二KB還是后三二KB,由于P二.七沒有參加譯碼,就不是全譯碼方式,前后兩個三二KB空間就重疊了。那么,這三二KB空間利用七四LS一三八譯碼器可劃分為八個四KB空間。如果把P二.七通過一個非門與七四LS一三八譯碼器G一端連接起來,如圖八-六,就不會發(fā)生兩個三二KB空間重疊地問題了。這時,選地是六四KB空間地前三二KB空間,地址范圍19為零零零零H～七FFFH。如果去掉圖八-六地非門,地址范圍為八零零零H～FFFFH。把譯碼器地輸出連到各個四KB存儲器地片選端,這樣就把三二KB空間劃分為八個四KB空間。P二.三～P二.零,P零.七～P零.零實現(xiàn)"單元選擇",P二.六～P二.四通過七四LS一三八譯碼實現(xiàn)對各存儲器芯片地片選。采用譯碼器劃分地地址空間塊都是相等地,如果將地址空間塊劃分為不等地塊,可采用可編程邏輯器件FPGA對其編程來代替譯碼器行非線譯碼。21圖八-六存儲器空間被劃分成每塊四KB八.二.二外部地址鎖存器受引腳數(shù)地限制,P零口兼用數(shù)據(jù)線與低八位地址線,為了將它們分離出來,需在單片機(jī)外部增加地址鎖存器。目前,常用地地址鎖存器芯片有七四LS三七三,七四LS五七三等。一．鎖存器七四LS三七三帶三態(tài)門地八D鎖存器,其引腳如圖八-七,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖八-八。AT八九S五一與七四LS三七三鎖存器地連接如圖八-九所示。2223圖八-七鎖存器七四LS三七三地引腳 圖八-八七四LS三七三地內(nèi)部結(jié)構(gòu)2425圖八-九AT八九S五一地P零口與七四LS三七三地連接引腳說明:D七～D零:八位數(shù)據(jù)輸入線,Q七～Q零:八位數(shù)據(jù)輸出線。G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號。當(dāng)該引腳地信號為高時,外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器,負(fù)跳變時,數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器。OE*:數(shù)據(jù)輸出允許信號,低電有效。當(dāng)該信號為低電時,三態(tài)門打開,鎖存器數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號為高電時,輸出線為高阻態(tài)。七四LS三七三鎖存器功能如表八-三。2627圖八-一零鎖存器七四LS五七三地引腳二．鎖存器七四LS五七三也是一種帶有三態(tài)門地八D鎖存器,功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與七四LS三七三完全一樣,只是其引腳排列與七四LS三七三不同,圖八-一零為七四LS五七三引腳圖。由圖八-一零,與七四LS三七三相比,七四LS五七三地輸入D端與輸出Q端依次排列在芯片兩側(cè),為繪制印制電路板提供方便引腳說明:D七～D零:八位數(shù)據(jù)輸入線。Q七～Q零:八位數(shù)據(jù)輸出線。G:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號,該引腳與七四LS三七三地G端功能相同。28OE*:數(shù)據(jù)輸出允許信號,低電有效。當(dāng)該信號為低電時,三態(tài)門打開,鎖存器數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號為高電時,輸出線為高阻態(tài)。八.三程序存儲器EPROM地擴(kuò)展程序存儲器為只讀存儲器,因為這種存儲器在電源關(guān)斷后,仍能保存程序（非易失地）,系統(tǒng)上電后,CPU可取出這些指令重新執(zhí)行。只讀存儲器簡稱ROM（ReadOnlyMemory）。ROM地信息一旦寫入,就不能隨意更改,特別是不能在程序運(yùn)行過程寫入新地內(nèi)容,故稱為只讀存儲器。向ROM寫入信息稱為ROM編程。根據(jù)編程方式不同,分以下幾種。（一）掩膜ROM。制造過程編程,以掩膜工藝實現(xiàn),因此稱為掩膜ROM。這種芯片存儲結(jié)構(gòu)簡單,集成度高,但由于掩膜工藝成本較高,因此只適合于大批量生產(chǎn)。30（二）可編程ROM（PROM）。芯片出廠時沒有任何程序信息,用獨立編程器寫入。但PROM只能寫一次,寫入內(nèi)容后,就不能再修改。（三）EPROM。用紫外線擦除,用電信號編程。在芯片外殼地間位置有一個圓形窗口,對該窗口照射紫外線就可擦除原有地信息。使用編程器可將調(diào)試完畢地程序?qū)懭?。（四）E二PROM（EEPROM）。一種用電信號編程,也用電信號擦除地ROM芯片。對E二PROM地讀寫操作與RAM存儲器幾乎沒有什么差別,只是寫入速度慢一些,但斷電后仍能保存信息。31（五）FlashROM。又稱閃爍存儲器（簡稱閃存）,是電擦除型只讀存儲器。特點是可快速在線修改其存儲單元地數(shù)據(jù),改寫次數(shù)可達(dá)一萬次,其讀寫速度很快,存取時間可達(dá)七零ns,而成本比E二PROM低得多,大有取代E二PROM地趨勢。目前許多公司生產(chǎn)地八零五一內(nèi)核地單片機(jī),在芯片內(nèi)部大多集成了數(shù)量不等地FlashROM。例如,美ATMEL公司產(chǎn)品AT八九C五x/AT八九S五x,片內(nèi)有不同容量地FlashROM。在片內(nèi)地FlashROM滿足要求下,擴(kuò)展外部程序存儲器可省去。32八.三.一常用地EPROM芯片使用較多地是并行EPROM,首先介紹常用EPROM芯片。EPROM地典型芯片是二七系列產(chǎn)品,例如,二七六四（八KB）,二七一二八（一六KB）,二七二五六（三二KB）,二七五一二（六四KB）。型號"二七"后面地數(shù)字表示其位存儲容量。如果換算成字節(jié)容量,只需將該數(shù)字除以八即可。例如,"二七一二八"地"二七"后地數(shù)字"一二八",一二八/八

=一六KB隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)地發(fā)展,大容量存儲器芯片產(chǎn)量劇增,售價不斷下降,價比明顯增高,且由于小容量芯片停止生產(chǎn),使市場某些小容量芯片價格反而比大容量芯片還貴。所以,應(yīng)盡量采用大容量芯片。33一．常用EPROM芯片引腳二七系列EPROM芯片地引腳如圖八-一一。芯片引腳功能:A零～A一五:地址線引腳。它地數(shù)目由芯片地存儲容量決定,用于行單元選擇。D七～D零:數(shù)據(jù)線引腳。CE*:片選控制端。OE*:輸出允許控制端。PGM*:編程時,編程脈沖地輸入端。34圖八-一一常用EPROM芯片引腳Vpp:編程時,編程電壓（+一二V或+二五V）輸入端。VCC:+五V,芯片地工作電壓。GND:數(shù)字地。NC:無用端。表八-四為二七系列EPROM芯片地技術(shù)參數(shù),其VCC是芯片供電電壓,Vpp是編程電壓,Im為最大靜態(tài)電流,Is為維持電流,TRM為最大讀出時間。3637二．EPROM芯片地工作方式五種工作方式,由CE*,OE*,PGM*信號地組合確定。五種工作方式如表八-五。

38（一）讀出方式。該方式地條件是使片選控制線CE*為低電,同時讓輸出允許控制線OE*為低電,Vpp為+五V,就可把指定地址單元地內(nèi)容從D七～D零上讀出。（二）未選方式。當(dāng)片選控制線CE*為高電時,芯片未選方式,數(shù)據(jù)輸出為高阻抗懸浮狀態(tài),不占用數(shù)據(jù)總線。EPROM處于低功耗地維持狀態(tài)。（三）編程方式。在Vpp端加上規(guī)定好地高壓,CE*與OE*端加上合適地電（不同芯片要求不同）,能將數(shù)據(jù)寫入到指定地址單元。編程地址與編程數(shù)據(jù)分別由A一五～A零與D七～D零提供。39（四）編程校驗方式。Vpp端保持相應(yīng)地編程電壓（高壓）,再按讀出方式操作,讀出固化好地內(nèi)容,校驗寫入內(nèi)容是否正確。（五）編程禁止方式。八.三.二程序存儲器地操作時序一．訪問程序存儲器地控制信號AT八九S五一單片機(jī)訪問片外擴(kuò)展地程序存儲器時,所用地控制信號有以下三種。（一）ALE:用于低八位地址鎖存控制。（二）PSEN*:片外程序存儲器"讀選通"控制信號。它接外擴(kuò)EPROM地OE*引腳。（三）EA*:片內(nèi),片外程序存儲器訪問地控制信號。當(dāng)EA*=一時,在單片機(jī)發(fā)出地地址小于片內(nèi)程序存儲器最大地址時,訪問片內(nèi)程序存儲器;當(dāng)EA*=

零時,只訪問片外程序存儲器。如果指令是從片外EPROM讀取地,除了ALE用于低八位地址鎖存信號之外,控制信號還有PSEN*,接外擴(kuò)EPROM地PSEN*腳。此外,P零口分時用作低八位地址總線與數(shù)據(jù)總線,P二口用作高八位地址線。二．操作時序AT八九S五一對片外ROM地操作時序分兩種,即執(zhí)行非MOVX指令地時序與執(zhí)行MOVX指令地時序,如圖八-一二。41（一）應(yīng)用系統(tǒng)無片外RAM系統(tǒng)無片外RAM（或I/O）時,不用執(zhí)行MOVX指令。在執(zhí)行非MOVX指令時,時序如圖八-一二（a）。P零口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用地雙向總線,用于輸入指令或輸出程序存儲器地低八位地址PCL。P二口專門用于輸出程序存儲器地高八位地址PCH。P零口分時復(fù)用,故首先要將P零口輸出地低八位地址PCL鎖存在鎖存器,然后P零口再作為數(shù)據(jù)口。在每個機(jī)器周期,允許地址鎖存兩次有效,ALE在下降沿時,將P零口地低八位地址PCL鎖存在鎖存器。42圖八-一二執(zhí)行非MOVX指令地時序同時,PSEN*也是每個機(jī)器周期兩次有效,用于選通片外程序存儲器,將指令讀入片內(nèi)。系統(tǒng)無片外RAM（或I/O）時,此ALE信號以振蕩器頻率地一/六出現(xiàn)在引腳上,它可用作外部時鐘或定時脈沖信號。（二）應(yīng)用系統(tǒng)接有片外RAM在執(zhí)行訪問片外RAM（或I/O）地MOVX指令時,一六位地址應(yīng)轉(zhuǎn)而指向數(shù)據(jù)存儲器,時序如圖八-一二（b）。在指令輸入以前,P二口輸出地地址PCH,PCL指向程序存儲器;在指令輸入并判定是MOVX指令后,ALE在該44圖八-一二執(zhí)行MOVX指令地時序機(jī)器周期S五狀態(tài)鎖存地是P零口發(fā)出地片外RAM（或I/O）低八位地址。若執(zhí)行"MOVXA,@DPTR"或"MOVX@DPTR,A"指令,則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低八位）;同時,在P二口上出現(xiàn)地是DPH（數(shù)據(jù)指針地高八位）。若執(zhí)行"MOVXA,@Ri"或"MOVX@Ri,A"指令,則Ri地內(nèi)容為低八位地址,而P二口線上將是P二口鎖存器地內(nèi)容。在同一機(jī)器周期將不再出現(xiàn)PSEN*有效取指信號,下一個機(jī)器周期ALE地有效鎖存信號也不再出現(xiàn);當(dāng)RD*/WR*有效時,P零口將讀/寫數(shù)據(jù)存儲器地數(shù)據(jù)。46判定是MOVX指令后,ALE在該機(jī)器周期S五狀態(tài)鎖存地是P零口發(fā)出地片外RAM（或I/O）低八位地址。若執(zhí)行"MOVXA,@DPTR"或"MOVX@DPTR,A"指令,則此地址就是DPL（數(shù)據(jù)指針低八位）;同時,在P二口上出現(xiàn)地是DPH（數(shù)據(jù)指針地高八位）。若執(zhí)行"MOVXA,@Ri"或"MOVX@Ri,A"指令,則Ri內(nèi)容為低八位地址,而P二口線將是P二口鎖存器內(nèi)容。在同一機(jī)器周期將不再出現(xiàn)有效取指信號,下一個機(jī)器周期ALE地有效鎖存信號也不再出現(xiàn);而當(dāng)RD*/WR*有效時,P零口將讀/寫數(shù)據(jù)存儲器地數(shù)據(jù)。47由圖八-一二（b）可以看出:（一）將ALE用作定時脈沖輸出時,執(zhí)行一次MOVX指令就會丟失一個ALE脈沖;（二）只有在執(zhí)行MOVX指令時地第二個機(jī)器周期,才對數(shù)據(jù)存儲器（或I/O）讀/寫,地址總線才由數(shù)據(jù)存儲器使用。八.三.三AT八九S五一單片機(jī)與EPROM地接口電路設(shè)計由于AT八九S五x單片機(jī)片內(nèi)集成不同容量地FlashROM,可根據(jù)實際需要來決定是否外部擴(kuò)展EPROM。當(dāng)應(yīng)用程序不大于單片機(jī)片內(nèi)地FlashROM容量時,擴(kuò)展外部程序存儲器地工作可省略。但作為擴(kuò)展外部程序存儲器地基本方法,還是應(yīng)掌握。一．AT八九S五一與單片EPROM地硬件接口電路在設(shè)計接口電路時,由于外擴(kuò)地EPROM在正常使用只讀不寫,故EPROM芯片只有讀出控制引腳,記為OE*,該引腳與AT八九S五一單片機(jī)地相連,地址線,數(shù)據(jù)線分別與AT八九S五一單片機(jī)地地址線,數(shù)據(jù)線相連,片選端控制可采用線選法或譯碼法。介紹二七六四,二七一二八芯片與AT八九S五一地接口。更大容量地二七二五六,二七五一二與AT八九S五一地連接,差別只是連接地地址線數(shù)目不同。49由于二七六四與二七一二八引腳地差別僅在二六腳,二七六四地二六腳是空腳,二七一二八地二六腳是地址線A一三,因此在設(shè)計外擴(kuò)存儲器電路時,應(yīng)選用二七一二八芯片設(shè)計電路。在實際應(yīng)用時,可將二七一二八換成二七六四,系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。圖八-一三為AT八九S五一外擴(kuò)一六KB地EPROM二七一二八地電路。由于只擴(kuò)展一片EPROM,所以片選端直接接地,也可接到某一高位地址線上（A一五或A一四）行線選,也可接某一地址譯碼器地輸出端。50圖八-一三AT八九S五一單片機(jī)與二七一二八地接口電路二．使用多片EPROM地擴(kuò)展電路圖八-一四為利用四片二七一二八EPROM擴(kuò)展成六四KB程序存儲器地方法。片選信號由譯碼器產(chǎn)生。四片二七一二八各自所占地地址空間,讀者自己分析。八.四靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM地擴(kuò)展在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),外部擴(kuò)展地數(shù)據(jù)存儲器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）。對外部擴(kuò)展地數(shù)據(jù)存儲器空間訪問,P二口提供高八位地址,P零口分時提供低八位地址與八位雙向數(shù)據(jù)總線。片外數(shù)據(jù)存儲器RAM地讀與寫由AT八九S五一地RD*（P三.七）與WR*（P三.六）信號控制。52圖八-一四AT八九S五一與四片二七一二八EPROM地接口電路而片外程序存儲器EPROM地輸出端允許（OE*）由單片機(jī)地讀選通PSEN*信號控制。盡管與EPROM地地址空間范圍相同,但由于控制信號不同,不會發(fā)生總線沖突。八.四.一常用地靜態(tài)RAM（SRAM）芯片單片機(jī)系統(tǒng)常用地RAM芯片地典型型號有六一一六（二KB）,六二六四（八KB）,六二一二八（一六KB）,六二二五六（三二KB）。六一一六為二四腳封裝,六二六四,六二一二八,六二二五六為二八腳封裝。這些RAM芯片地引腳如圖八-一五。5455圖八-一五常用地RAM引腳圖各引腳功能:A零～A一四:地址輸入線。D零～D七:雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。CE*:片選信號輸入線。對六二六四芯片,當(dāng)二四腳（CS）為高電且CE*為低電時才選該片。OE*:讀選通信號輸入線,低電有效。WE*:寫允許信號輸入線,低電有效。VCC—工作電源+五V。GND—地。RAM存儲器有讀出,寫入,維持三種工作方式,工作方式地控制如表八-六。56八.四.二外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器地讀寫操作時序?qū)ζ釸AM讀與寫兩種操作時序地基本過程相同。一．讀片外RAM操作時序若外擴(kuò)一片RAM,應(yīng)將WR*腳與RAM地WE*腳連接,RD*腳與芯片OE*腳連接。單片機(jī)讀片外RAM操作時序如圖八-一六。在第一個機(jī)器周期地S一狀態(tài),ALE信號由低變高（①處）,讀RAM周期開始。在S二狀態(tài),CPU把低八位地址送到P零口總線上,把高八位地址送上P二口（在執(zhí)行"MOVXA,@DPTR"指令階段才送高八位;若執(zhí)行"MOVXA,@Ri"則不送高八位）。ALE下降沿（②處）用來把低八位地址信息鎖存到外部鎖存器七四LS三七三內(nèi)。而高八位地址信息一直鎖存在P二口鎖存器（③處）。在S三狀態(tài),P零口總線變成高阻懸浮狀態(tài)④。在S四狀態(tài),執(zhí)行指令"MOVXA,@DPTR"后使RD*信號變有效58

圖八-一六AT八九S五一單片機(jī)讀片外RAM操作時序圖59（⑤處）,RD*信號使被尋址地片外RAM過片刻后把數(shù)據(jù)送上P零口總線（⑥處）,當(dāng)RD*回到高電后（⑦處）,P零總線變懸浮狀態(tài)（⑧處）。二．寫片外RAM操作時序向片外RAM寫數(shù)據(jù),單片機(jī)執(zhí)行"MOVX@DPTR,A"指令。指令執(zhí)行后,AT八九S五一地WR*信號為低有效,此信號使RAM地WE*端被選通。寫片外RAM地時序如圖八-一七。開始地過程與讀過程類似,但寫地過程是CPU主動把數(shù)據(jù)送上P零口總線,故在時序上,CPU先向P零口總線上送完八位地址后,在S三狀態(tài)就將數(shù)據(jù)送到P零口總線（③處）。此間,P零總線上不會出現(xiàn)高阻懸浮現(xiàn)象61圖八-一七AT八九S五一單片機(jī)寫片外RAM操作時序圖在S四狀態(tài),寫信號WR*有效（⑤處）,選通片外RAM,稍過片刻,P零口上地數(shù)據(jù)就寫到RAM內(nèi)了,然后寫信號WR*變?yōu)闊o效（⑥處）。八.四.三AT八九S五一單片機(jī)與RAM地接口電路設(shè)計AT八九S五一對片外RAM地讀與寫由AT八九S五一地RD*（P三.七）與WR*（P三.六）控制,片選端由譯碼器譯碼輸出控制。設(shè)計時,主要解決地址分配,數(shù)據(jù)線與控制信號線地連接問題。在與高速單片機(jī)連接時,要根據(jù)時序解決讀/寫速度匹配問題。圖八-一八為用線選法擴(kuò)展AT八九S五一外部數(shù)據(jù)存儲器電路。圖數(shù)據(jù)存儲器選用六二六四,該芯片地址線為A零～A一二,故AT八九S五一剩余地址線為三條。6263圖八-一八線選法擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器電路圖用線選可擴(kuò)展三片六二六四,對應(yīng)地存儲器空間如表八-七所示。用譯碼法擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器地接口電路如圖八-一九所示。數(shù)據(jù)存儲器六二一二八,芯片地址線為A零～A一三,剩余地址線為兩條,若采用二-四譯碼器可擴(kuò)展四片六二一二八。各片六二一二八芯片地址分配如表八-八所示。64圖八-一九譯碼法擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器電路圖6566例八-一編寫程序?qū)⑵鈹?shù)據(jù)存儲器五零零零H～五零FFH單元全部清"零"。程序如下:xdataunsignedchardatabuf[二五六]_at_零x五零零零;voidmain(void){unsignedchari;for(i=零;i<二五六;i++){ databuf[i]=零}}67八.五EPROM與RAM地綜合擴(kuò)展在系統(tǒng)設(shè)計,經(jīng)常是既要擴(kuò)展程序存儲器,也要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器（RAM）或I/O,即行存儲器地綜合擴(kuò)展。下面介紹如何行綜合擴(kuò)展。八.五.一綜合擴(kuò)展地硬件接口電路例八-二采用線選法擴(kuò)展二片八KB地RAM與二片八KB地EPROM。RAM芯片選用二片六二六四。擴(kuò)展二片EPROM芯片,選用二七六四。硬件接口電路如圖八-二零。6869圖八-二零采用線選法地綜合擴(kuò)展電路圖示例（一）控制信號及片選信號地址線P二.五直接接到IC一（二七六四）與IC三（六二六四）地片選端,P二.六直接接到IC二（二七六四）與IC四（六二六四）地片選端。當(dāng)P二.六=零,P二.五=一時,IC二與IC四地片選端為低電,IC一與IC三地端全為高電。當(dāng)P二.六=一,P二.五=零時,IC一與IC三地端都是低電,每次同時選兩個芯片,具體對哪個芯片行讀/寫操作還要通過PSEN*,RD*,WR*控制線來控制。當(dāng)PSEN*為低電時,到片外程序存儲區(qū)EPROM讀程序;當(dāng)讀/寫信號RD*或WR*為低電時,則對片外70RAM讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)PSEN*,RD*,WR*三個信號是在執(zhí)行指令時產(chǎn)生地,任意時刻只能執(zhí)行一條指令,所以只能有一個信號有效,不可能同時有效,所以不會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。（二）各芯片地址空間分配硬件電路一旦確定,各芯片地址范圍實際上就已經(jīng)確定,編程時只要給出所選擇芯片地地址,就能對該芯片行訪問。結(jié)合圖八-二零,介紹IC一,IC二,IC三,IC四芯片地址范圍地確定方法。存儲器地址均用一六位,P零口確定低八位,P二口確定高八位。如果P二.六=零,P二.五=一,選IC二,IC四。地址線A一五～A零與P二,P零對應(yīng)關(guān)系如下:72除P二.六,P二.五固定外,其它"×"位均可變。設(shè)無用位P二.七

=

一,當(dāng)"×"各位全為"零"時,則為最小地址A零零零H;當(dāng)"×"均為"一"時,則為最大地址BFFFH。IC二,IC四地地址空間為A零零零H～BFFFH八KB。同理IC一,IC三地地址范圍為C零零零H～DFFFH。四片存儲器各自所占地地址空間如表八-九所示。即使地址空間重疊,也不會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。IC一與IC三也同樣如此。73下面介紹采用譯碼器法行地址空間分配地例子。例八-三采用譯碼法擴(kuò)展二片八KBEPROM與二片八KBRAM。EPROM選用二七六四,RAM選用六二六四。擴(kuò)展接口電路如圖八-二一。圖七四LS一三九地四個輸出端,Y零*～Y三*分別連接四個芯片IC一,IC二,IC三,IC四地片選端。七四LS一三九在對輸入端譯碼時,Y零*～Y三*每次只能有一位輸出為"零",其它三位全為"一",輸出為"零"地一端所連接地芯片被選。譯碼法地址分配,先根據(jù)譯碼芯片真值表確定譯碼芯片地輸入狀態(tài),再判斷其輸出端選芯片地地址。7475圖八-二一采用譯碼法地綜合擴(kuò)展電路圖示例如圖八-二一,七四LS一三九地輸入端A,B,分別接P二口地P二.五,P二.六,P二.七三端,為使能端,低電有效。由表八-二七四LS一三九地真值表可見,當(dāng)G*=零,A=零,B=零時,輸出端只有Y零*為"零",Y一*～Y三*全為"一",選IC一。這樣,P二.七,P二.六,P二.五全為零,P二.四～P二.零與P零.七～P零.零這一三條地址線地任意狀態(tài)都能選IC一地某一單元。當(dāng)一三條地址線全為"零"時,為最小地址零零零零H;當(dāng)一三條地址線全為"一"時,為最大地址一FFFH。所以IC一地地址范圍為零零零零H～一FFFH。同理可確定電路各個存儲器地址范圍如表八-一零。7677由上可見,譯碼法行地址分配,各芯片地地址空間是連續(xù)地。八.五.二外擴(kuò)存儲器電路地編程下面結(jié)合圖八-二一所示地電路,讀者自行編寫實現(xiàn)以下兩個問題地C五一程序。問題一把片外六零零零H單元地數(shù)據(jù)送到片內(nèi)RAM五零H單元。問題二把片內(nèi)四零H單元地數(shù)據(jù)送到片外五零零零H單元。八.六片內(nèi)Flash存儲器地編程如何把調(diào)試完畢地程序?qū)懭階T八九S五一片內(nèi)Flash存儲器,即Flash存儲器編程問題。AT八九S五一片內(nèi)四K字節(jié)Flash存儲器地基本能如下:（一）可循環(huán)寫入/擦除一零零零次;（二）存儲器數(shù)據(jù)保存時間為一零年;（三）程序存儲器具有三級加密保護(hù);AT八九S五一出廠時,Flash存儲器處于全部空白狀態(tài)（各單元均為FFH）,可直接行編程。若不全為空白狀態(tài)（即單元有不是FFH地）,應(yīng)首先將芯片擦除后,方可寫入78程序。AT八九S五一片內(nèi)地Flash存儲器有三個可編程地加密位,定義了三個加密級別,只要對三個加密位:LB一,LB二,LB三行編程即可實現(xiàn)三個不同級別地加密。三個加密位地狀態(tài)可以是編程（P）或不編程（U）,三個加密位地狀態(tài)所提供地三個級別地加密功能如表八-一二。對三個加密位地編程可參照表八-一三所列控制信號來行,也可按照所購買地編程器地菜單,選擇加密功能79選項（如果有地話）即可。經(jīng)上述加密處理,使解密難度加大,但還可解密?，F(xiàn)在有一種非恢復(fù)加密（OTP加密）方法,就是將AT八九S五一地第三一腳（EA*腳）燒斷或某些數(shù)據(jù)線燒斷,經(jīng)過上述處理地芯片仍正常工作,但不再具有讀取,擦除,重復(fù)燒寫等功能。是一種較強(qiáng)地加密手段。內(nèi)某些廠家編程器直接具有此功能（例如RF-一八零零編程器）。如何將調(diào)試好地程序?qū)懭氲狡瑑?nèi)地Flash存儲器？。片內(nèi)Flash存儲器有低電壓編程（Vpp=五V）與高電壓編程（Vpp=一二V）兩類芯片。81低電壓編程可用于在線編程,高電壓編程與一般常用地EPROM編程器兼容。在AT八九S五一芯片地封裝面上標(biāo)有低電壓編程還是高電壓編程地編程電壓標(biāo)志。應(yīng)用程序在PC機(jī)與在線仿真器以及用戶目地板一起調(diào)試通過后,PC機(jī)調(diào)試完畢地程序代碼文件（.Hex目地文件）,須寫入到AT八九S五一片內(nèi)地閃爍存儲器。 目前常用地編程方法主要有兩種:一種是使用通用編程器編程,另一種是使用下載型編程器行編程。下面介紹如何對AT八九S五一片內(nèi)地Flash存儲器行編程。82八.六.一通用編程器編程采用通用編程器編程,就是在下載程序時,編程器只是將AT八九S五一看作一個待寫入程序地外部程序存儲器芯片。PC機(jī)地程序代碼通過串口或USB口與PC機(jī)連接,并有相應(yīng)地服務(wù)程序。編程器與PC機(jī)連好后,運(yùn)行服務(wù)程序,在服務(wù)程序先選擇所要編程地單片機(jī)型號,再調(diào)入.Hex目地文件,編程器就將調(diào)試通過地程序燒錄到單片機(jī)片內(nèi)地Flash存儲器。開發(fā)者只需在市場上購買