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第03章存储器及其与系统的连接-PPT精品文档_图文

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第3章 存储器及其与系统的连接
主讲:王强 兰州大学核学院

第一节 存储器概述
微型计算机中使用的是半导体存储器 可分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)
RAM(Random Access Memory):它的存储单元的 内容可以读出和改写。主要用于存放现场输入/输出 的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息
ROM(Read Only Memory):只能读,不能随意改 写。用于存放程序、表格和常数

? RAM从结构上可以分为两种:
(1)静态RAM(Static RAM)
每个存储器电路由MOS晶体管构成,其基本结构为一个双稳态触 发器。特点:工作稳定,不需要进行刷新;成本高,功耗大
(2)动态RAM(Dynamic RAM)
利用MOS管栅源间的极间电荷存储信息。特点:制造容易,功耗 小,成本低,集成度高;但电容上存储的电荷易泄露,需要 不断刷新

? ROM有三种类型:
(1)掩模ROM 由生产厂家利用光刻掩模技术将程序写入,写入后内容永久固
定,用户不可更改,可靠性高 (2)可编程ROM(PROM) 常用的有熔断丝PROM,该熔断丝串联在晶体管的某个电极中,
用户编程时利用专门的编程器,用大电流将熔丝烧断,从 而将信息永久保存下来。一次写入机会 (3)可擦写的可编程ROM(EPROM) 特点:可以反复的写入程序。EPROM有两类:用紫外线擦写 的EPROM和用电擦写的E2PROM

? 存储器芯片的选择
应从几个方面考虑:存储器类型、容量、速度,还有价格、功 耗以及对电路的要求
根据应用要求选择存储器类型和容量
如RAM6116容量:4K×4 EPROM2732容量:4K×8
存储器速度的选择
存储器的速度应该与CPU的工作速度相匹配。对于速度慢的 芯片,需要插入等待时间Tw,这样就浪费了大量的主机时间

第二节 常用存储器芯片
一、RAM芯片
1、6264RAM芯片
主要包括512×128的存储器矩阵、行/列地址译码器以及数据 输入输出控制逻辑电路。地址线13位,其中A12~A3用于行 地址译码,A2~A0和A10用于列地址译码。
6264是容量为8K×8的静态RAM芯片,采用CMOS工艺,为 双列直插值封装,28支引脚,其中地址线A0~A12,+5V电源, 额定功耗为220mW,存取时间为200nS

A12~A0:地址线,输入,寻址范围为8K。 D7~D0:数据线,8位,双向传送数据。
CE :片选信号,输入,低电平有效,与 WR 控制线相连
WE :写允许信号,输入,低电平有效。
OE :数据输出允许信号;输入,与 RD 控制线相连
VCC :十5V电源。 GND:地
NC : 表示引脚未用。

2、62256RAM芯片 容量为32K×8 28只引脚 地址线A0~A14 +5V电源

一、EPROM芯片
分为三类:掩模ROM 、可编程ROM(PROM) 、可擦写的可 编程ROM(EPROM、E2PROM)
1、2764EPROM芯片
容量为8K×8的EPROM,紫 外线编擦除,电编程,双列 直插式封装,28只引脚,地 址线A0~A12,工作电压+5V, 编程电压+21V
引脚中PGM 为编程信号线, 当 CE 和 PGM 均处与低电平 是芯片处于编程模式

2、27128EPROM芯片:容量为16K×8,地址线A0~A13 3、27256EPROM芯片:容量为32K×8,地址线A0~A14

三、E2PROM芯片
E2PROM的特点是能在不脱离系统的情况下修改其存储单元 中的内容。在断电的情况下仍能保持存储单元的内容不变。应 用十分广泛。
1、2816E2PROM芯片
容量为2K×8 ,电擦除, 电编程,既能对单个存储 单元进行擦除和重写,也 能对整个芯片在10mS内进 行擦除。工作电压+5V, 编程电压+21V。

2816有3种工作方式:
(1)读模式: Vc ?? c 5V , C? E 0, O? E 0
(2)单字节写模式: Vp ?? p 2V 1 , C? E 0, O? E 1
先擦后写,擦除时所有数据线必须全为TTL高电压,写入时 在数据线上输入所需写的字节 (3)芯片擦除模式:
Vp ?? p 2V 1 , C? E 0, O的 E 电 ?9~ 压 ? 15 为 V
擦除时所有数据线必须全为TTL高电压,擦出后,所有2K 的单元内容均为FFH

2、2817AE2PROM芯片
容量为2K×8 ,电擦除,电编程,在擦写操作时无需外加 编程电源,使用单一的+5V电源,在执行写操作之前,会自 动对写入的单元进行擦除。
芯片内READY引脚: 在擦写期间:低电平 擦写完成后:高电平

第三节 存储器的寻址方法
CPU在和存储器交换信息之前,首先要准确无误地找 到所需操作的那个单元,这就是存储器的寻址
需要解决两个问题: 一是,找到操作的存储器芯片,称为片选 二是,找到芯片中的特定单元,称为字选
片选有两种方法:线选法和译码法

一、线选法
字选:将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一 一对应相连
片选:将字选后剩余的系统地址线高位中的某一根直接用作某 一存储器芯片的片选信号

例1、某存储器由两个存储器芯片组成,其中一片为RAM容量 1K×8,另一片为EPROM容量为4K×8,请编址。
分析:
一般的单片机系统,地址总线为16根,其编号为A0~A15 容量为1K×8芯片地址线为10根,与系统总线的A0~A9相连 容量为4K×8芯片地址线为12根,与系统总线的A0~A11相连 片选信号由剩余的地址总线的A12~A15给出 只有两个芯片,可用A12=1时选RAM,A13=1时选EPROM (芯片的片选信号CE是低电平有效,故每一片选线上均价一
非门)

每个芯片的地址范围为:
RAM芯片:实际使用系统地址总线11根,占用的地址范围为 0001 0000 0000 0000 ~ 0001 0011 1111 1111
即1000H~13FFH EPROM芯片:实际使用系统地址总线13根,占用的地址范围为
0010 0000 0000 0000 ~ 0010 1111 1111 1111 即2000H~2FFFH

例2、某存储器由两个2K×8的RAM,还有两个外设(I/O)端 口,请编址。
分析:
单片机系统的地址总线为16根,其编号为A0~A15 可以把每一个外设端口视为一个存储器单元
RAM容量为2K×8芯片地址线为11根,与系统总线的A0~A10相 连,将A11=1和A12=1分别用作两个RAM的片选信号线
两个外设端口用A13=1和A14=1选择

地址范围为 RAM1:0800H~0FFFH, RAM2:1000H~17FFH 外设1:2000H 外设2:4000H
线选法特点: 简便易行 每个芯片单独占用一根地址线用作选通,地址空间浪费很大

二、全译码法
字选:将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低 位线一一对应相连,(同前)
片选:每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的全 部系统地址总线经地址译码电路译码而产生

例3、某存储器由两个存储器芯片组成,其中一片为RAM容量 2K×8,另一片为EPROM容量为2K×8,请全译码编址,要 求RAM的起始地址为0000H,且两芯片地址连续。
分析: RAM容量为2K×8,地址线为11根,与系统总线的A0~A10相连,
要求起始地址为0000H,则末地址为07FFH;片选信号由 A11~A15译码后产生,因在他们全为0时选中该片,即逻辑表 达式为
CE=A11+A12+A13+A14+A15
EPROM容量为2K×8,地址线为11根,与系统总线的A0~A10相 连,要求地址与RAM相连,则起始地址为0800H,则末地址 为0FFFH;片选信号由A11~A15译码后产生当 A15A14A13A12A11=00001时选中该片,即逻辑表达式为 CE= A11 +A12+A13+A14+A15

例4、一单片机系统有一容量为8K×8的EPROM,其起始地址 为2000H,以外设端口的地址为4F08H,请编址。
分析: RAM容量为8K×8,地址线为13根,与系统总线的A0~A12相连,
寻址范围:2000H~3FFFH;片选信号由A13~A15译码后产生, 且 A15A14A13=001时选中,即逻辑表达式为
C1? E A 1? 5A 1? 4A 1? 3A 1?5 A 1?4 A 13 外设端口有A0~A15 译码产生,地址号为4F08H,所以
A15~A0=0100 1111 0000 1000时选中,即逻辑表达式为
C 2 ? A E 1? 5 A 1? 4 A 1? 3 A 1? 2 A 1? 1 A 1? 0 A 9 ? A 8 ? A 7 ? A 6 ? A 5 ? A 4 ? A 3 ? A 2 ? A 1 ? A 0
? (A 1?A 5 1?A 4 1?A 3 1?A 2 1?A 1 1?A 0 9 ?A 8 )?(A 7 ?A 6 ?A 5 ?A 4 ?A 3 ?A 2 ?A 1 ?A 0 )

全译码的特点: 地址不重复,避免了地址空间浪费 电路复杂

三、部分译码法
字选:将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低 位线一一对应相连,(同前)
片选:每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的部 分系统地址总线经地址译码电路译码而产生
克服了前面两种片选方法的缺点

例5、某系统有三个容量为2K×8的EPROM芯片和两个外设 端口,请编址,其起始地址为0000H,地址号连续。
分析:
EPROM容量为2K×8,地址线为11根,与系统总线的A0~A10 相连,片选信号由A11~A13三根线译码后产生:
EPROM1:地址0000H~0FFFH,A13A12A11=000 EPROM2:地址1000H~1FFFH,A13A12A11=001 EPROM3:地址2000H~2FFFH,A13A12A11=010 外设端口1:地址号为1800H,A13A12A11=011 外设端口2:地址号为2000H,A13A12A11=100

说明: 在实际应用中,一般利用译码器(如三-八译码器74LS138)对
存储器编址。

第四节 存储器与系统的连接
上一节介绍的是原理与概念。 在实际应用中,存储器与系统连接时,用
译码器和锁存器及驱动器等集成电路芯 片辅助完成

一、74LS138译码器
3-8译码器有8个输出,它可以完成8片存储器芯片的统一译码, 效率很高
3-8译码器的输出端为低电平有效;使能端有G1、G2A和G2B组成, 仅当G1G2AG2B=100时使能
在使能情况下, CBA=000时Y0=0(有效), 其他都为高电平 CBA=001时Y1=0(有效), 其他都为高电平
…………

二、74LS139译码器
又称为双2-4线译码器,它包括两个独立的译码器。 每个译码器有一个使能端G和两个输入端A、B和四个输出端,
当使能端G=0低电平时使能。
在使能情况下, BA=00时Y0=0(有效) BA=01时Y1=0(有效) …………

三、74LS373锁存器
具有8个锁存器的芯片。有1个使能端G、1个输出控制端(E\)、8 个输入D,8个输出Q。有称透明的D型锁存器。
G=1时,输出端Q随输入D的变化而变化,锁存功能体现在G=0 时,Q短的输出将所存在已建立的电平状态。

(E\) (G) (D) (Q)

说明

LHHH LHLL

Q=D

L

L

× Q0 保持状态

H × × × 高阻态

五、常用的驱动器74LS240/244
74LS240 为8线反码驱动器,三态输出 74LS244 为8线原码驱动器,三态输出
这两种8线驱动器芯片可 用作总线驱动器及时钟驱 动器,具有扇出高,扇入 好的他点

四、最简单的存储器与单片机的连接
下图为8098单片机与一块存储器的连接图。P3口用作地址/数据 复用总线,用一片74LS373分立数据和地址。
地址锁存允许信号ALE=1 时,地址代码进入锁存器,而后 ALE=0,地址便被锁存在输出端,与P4口送出的高8位地址 组成16位地址代码,之后P3口传送数据。

说明:
(1) 地址总线:P4口接存储器高8位,P3口经锁存器后接低8位 (2) 数据总线:P3口与存储器的数据线对应相连 (3) 控制线:
(EA\):对于8098,必须接地,访问外存储器 ALE:地址锁存允许信号(高电平),接锁存器的使能端G (RD\):读信号,对RAM和EPROM都可用,与存储器芯片 的输出允许端(OE\)相连 (WR\):谢信号,只与RAM有操作,与RAM的(WE\)相连

例6、设8098单片机与一片2764EPROM芯片相连,试连图 2764 是容量为8K×8 的EPROM,13根地址线,连接如下

说明:
(1) 由于是EPROM,只有读操作,没有写,(RD\)与(OE\) 相连; 不必用(WR\)信号
(2) 只由一个芯片,无需片选,因而使EPROM的片选信号接地, 则芯片一直处于选中状态
(3) 无需片选,所以系统总线的P4.5~P4.7无需连接 (4) 锁存器的输出Q0~Q7及单片机P4口的P4.0~P4.4与2764的地址
线A0~A12相连,则EPROM的地址范围为 0000H~1FFFH

四、多个存储器的单片机系统
例7、8098单片机需外接8K的RAM和16K的EPROM,RAM用6264芯片 (8K×8 ),EPROM用2764芯片(8K×8 ),要求RAM芯片的起始地址 为0000H,且三块芯片的地址空间连续,另外系统中还有两个外设端口, 试设计这一系统。
解:
为使存储器空间连续,且未进一步扩展留有余地,使用74LS138来产生片选 信号,地址范围为:
6264芯片:0000H~1FFFH,片选信号由A15~A13产生,A15A14A13=000 2764芯片1:2000H~3FFFH,片选信号由A15~A13产生,A15A14A13=001 2764芯片1 :4000H~5FFFH,片选信号由A15~A13产生,A15A14A13=010 当A15A14A13 (即P4.7 P4.6P4.5)分别连于74LS138 的输入端CBA时,则译码器
的(Y0\)选择6264, (Y1\)选择2764芯片1, (Y2\)选择2764芯片2
将(Y6\)连接I/O端口1,地址范围为C000H~DFFFH ; (Y7\)选择I/O端口2 , 地址范围为E000H~FFFFH ; 每个端口占用8K空间。

作业: 习题

1,3,8




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