《单片机存储器扩展》课件

单片机存储器扩展随着单片机应用领域的不断扩展对单片机存储器的需求也在不断提高本,节课程将探讨单片机存储器的扩展方法帮助您更好地满足复杂应用的需求,单片机的存储器结构单片机的存储器由内部存储器和外部存储器组成内部存储器包括、等具有高速访问特性但容量有限外部存ROM RAM,,储器可以根据需求进行扩展容量更大但访问速度较慢,,单片机通过地址总线、数据总线和控制总线与外部存储器进行通信和数据交换单片机外部存储器的扩展对于实现更复杂的功能非常重要单片机内部存储器的分类程序存储器（）数据存储器（）ROM RAM12用于存储程序指令和固定数用于存储变量数据和临时计据，通常采用只读存储器算结果，具有读写功能特殊功能寄存器（）SFR3用于存储控制单片机工作的各种模式和状态信息ROM内部存储器是单片机内部集成的只读存储器用于存储程序代码和固定数据ROM,程序存储可以在出厂时编程提供单片机上电后直接执行的代码ROM,数据存储还可以用来存储一些固定的参考数据如各种查找表、字库等ROM,EPROM可擦除可编程只读存储器数据保存时间长编程与擦写操作是一种可重复编程的存储器中存储的数据可以保存年通过高压编程通过紫外线照EPROM,EPROM10EPROM,通过紫外线照射可以实现擦写操作以上即使在断电的情况下也能保持射完成擦写操作这种操作相对复杂,与普通相比具有可编数据不丢失需要专门的编程设备ROM,EPROM,程和可重复擦写的特点EEPROM特点编程方式存储结构EEPROM EEPROM EEPROM（通过电子脉冲方式完成擦除和通常采用浮栅结构实现单元电EEPROM ElectricallyErasable EEPROMEEPROM）是编程操作相比而言荷的可擦除和可编程这种结构可以在Programmable Read-Only MemoryEPROM,EEPROM一种可电子擦除和重新编程的只读存储操作更加简单和高效不破坏器件的情况下进行数据存储器与不同，可以通EPROMEEPROM过电子方式快速擦除和重新编程RAM易失性存储器快速读写多种类型数据挥发性（提供随机访问和快速的常见的类型包括数据在断电时会丢失RAM RandomAccess RAM RAM SRAMRAM,）是一种易失性存读写速度适合作为中央处、和各有不需要额外的电池供电或定期Memory,DRAM SDRAM,储器在断电时数据会被清理器的主存储器使用同的特点和应用场景刷新来保持数据,除需要持续供电才能保存,数据单片机外部存储器的分类（只读存储器）（静态随机存储ROM SRAM12器）用于存储程序和固定数据，断电不会丢失可分为用于存储变量数据和缓冲区和，断电后数据丢失访问速MASK ROMPROM度快（动态随机存存储器DRAM FLASH34储器）可擦写、可编程的只读存储用于存储大容量的数据，断器断电不丢失数据，可多电后数据丢失访问速度相次擦写比略慢SRAM外部ROM存储程序和数据外部用于存储单片机运行所需的程序代码和静态数据ROM只读存储器外部是只读存储器无法通过单片机直接修改其中的内容ROM,外部扩展当单片机内部存储容量不足时可以通过外部扩展存储空间,ROM外部SRAM特点工作原理应用场景与内部的区别RAM外部是一种静态随机单元由一组触发器组适用于存储瞬时数据、以及外部具有更大的存储SRAM SRAM SRAM存取存储器数据保存不依成通过地址线选择单元并频繁读写的代码和数据常容量和更快的访问速度但,,,赖于外部电源读取速度快读写数据无需刷新可直用于嵌入式系统的程序和数功耗较高需要额外的接口,,,,适用于需要频繁访问的代码接访问据存储电路和数据存储外部DRAM高容量储存动态刷新可以提供大容量的存储需要定期刷新以保持数DRAM DRAM空间满足单片机海量数据的存据完整性这增加了单片机的设,,储需求计复杂性快速访问低功耗具有较高的访问速度可可以在低功耗模式下工DRAM,DRAM满足单片机对快速数据读写的作有助于降低单片机系统的整,需求体功耗外部FLASH芯片存储器结构存储器应用FLASH FLASH FLASH存储器是一种非易失性存储器具存储器的基本结构包括地址总线存储器广泛应用于单片机系统的FLASH,FLASHFLASH有高密度、高可靠性和低功耗的特点、数据总线和控制总线可以实现对存储程序存储、参数存储和数据缓存等场景,,它可以提供大容量的存储空间广泛应用区域的随机访问它还提供扇区擦除和为系统提供了高效、可靠的存储解决方,于单片机等嵌入式系统中字节编程的功能案外部存储器的选址地址空间划分1单片机的地址空间分为内部和外部两部分外部存储器选址2通过片选信号控制外部存储器的选择地址译码电路3利用地址线和片选信号构建外部存储器地址译码电路单片机的地址空间包括内部和外部两部分，外部存储器的选址则依赖于片选信号的控制设计专门的地址译码电路可以根据地址线和片选信号，有效地选择所需的外部存储器进行访问单片机外部存储器扩展的必要性内部存储空间有限功能要求不断提高单片机内部的和容量随着技术的发展用户对单片机ROM RAM,有限无法满足复杂应用的存储的功能和性能要求不断提高需,,需求要更大容量的存储器数据处理量增大实时性要求提高现代单片机应用涉及大量图像许多单片机应用要求实时性和、视频、语音等数据需要外部快速响应这需要外部存储器提,,存储器来满足高容量和高速处供快速的数据读写能力理的需求单片机外部存储器扩展的要求存储容量大访问速度快单片机内部存储空间有限需要外部存外部存储器的访问时间需要足够短以,,储器以满足更大的程序和数据存储需满足实时处理的要求求低功耗可靠性高电池供电的嵌入式系统需要外部存储外部存储器应具有良好的抗干扰能力器具有低功耗特性和高数据可靠性以确保系统稳定运行,单片机外部总线扩展地址总线扩展扩展单片机的地址总线以支持更大的外部存储器空间数据总线扩展扩展单片机的数据总线以支持更快的数据传输速度控制总线扩展扩展单片机的控制总线以提供更精细的外部设备控制能力地址总线的扩展地址线数量扩展1单片机内部存储器地址总线位宽有限，通过增加外部地址线数量扩展地址空间地址译码电路2使用地址译码电路将外部地址线映射到不同的存储器区域，实现灵活的地址空间分配地址线时序控制3需要精细控制地址线的建立时间和保持时间，以确保外部存储器正确识别地址数据总线的扩展地址译码1对外部存储器地址进行译码和选择数据缓冲2增强数据驱动能力隔离内部总线,数据重定向3将内部数据总线与外部存储器数据总线连接通过地址译码、数据缓冲和数据重定向等功能模块可以实现单片机内部数据总线与外部存储器数据总线的有效扩展满足单片机外,,部存储器访问的需求控制总线的扩展片选信号1用于选择所需的外部存储器设备读写控制信号2控制外部存储器的读写操作时序控制信号3保证数据在正确的时间读写控制总线负责单片机与外部存储器之间的控制信号传输主要包括片选信号、读写控制信号和时序控制信号这些信号确保了单片机能够正确地访问和操作外部存储器设备控制总线的扩展是单片机外部存储器扩展的关键部分单片机外部存储器的接口电路单片机外部存储器需要通过专门的接口电路与单片机芯片相连接口电路负责完成地址、数据和控制信号的转换与传递确保单片机能够正确地读写,外部存储器常见的外部存储器接口电路包括地址译码、数据缓冲、读写控制等部分根,据不同的存储器类型采用不同的接口设计这些电路确保单片机与外部存储器之间的高效通信单片机与的接口ROM单片机通常通过地址总线、数据总线和控制总线与进行ROM通信在读取时，单片机首先将的地址输出到地址ROM ROM总线上，然后通过读控制信号使能器件，将中的数ROM ROM据读取到数据总线上单片机可以访问的种类包括、和ROM EPROMEEPROM等这些都可以在电路运行过程中被单片Flash ROMROM机动态访问，从而扩展单片机的程序存储空间单片机与的接口SRAM单片机与的接口是一种常见的外部存储器扩展方式（静态SRAMSRAM随机存取存储器）具有高速访问、低功耗等特点非常适用于单片机系统中,的临时数据存储通过扩展单片机的地址总线、数据总线和控制总线可以将接入单片,SRAM机系统实现高速数据存储和读取这种接口具有简单可靠、易于控制等优,点广泛应用于单片机系统的外部存储扩展,单片机与的接口DRAM单片机与的接口通过地址总线、数据总线和控制总线相连地址总DRAM线用于选择中的存储单元，数据总线用于传输数据，控制总线包括DRAM行地址选通信号、列地址选通信号等控制信号RAS CAS在访问时需要首先给出行地址，然后给出列地址，最后给出读写控DRAM制信号的访问速度比慢，需要复杂的控制逻辑才能实现DRAM SRAM单片机与的接口FLASH单片机与存储器的接口可以采用并行接口或串行接口FLASH两种方式并行接口通过地址总线、数据总线和控制总线与相连接，实现快速读写访问串行接口通过或FLASH SPII2C总线与相连，虽然速度较慢但线路数少，适合小容量FLASH的应用FLASH外部存储器的访问时序地址建立时间在地址信号建立后，需要一定的时间来稳定地址线上的电平读写操作/当地址稳定后，单片机会激活读或写控制信号以进行数据的读取或写入数据建立时间在读取数据时，需要一定的时间使得数据线上的数据信号能够稳定下来数据保持时间在写入数据时，需要在控制信号撤消前保持一段时间的数据稳定性单片机外部存储器的性能指标存取时间存取带宽功耗可靠性存取时间指外部存储器被单存取带宽反映了外部存储器存储器的功耗直接影响到整存储器的可靠性包括数据保片机访问时的响应速度快单位时间内能传输的数据量个系统的电源要求和发热情存时间、工作温度范围、抗速的存取时间可以提高系统高带宽能满足大容量数据况低功耗存储器可以减少干扰能力等特性可靠的存处理速度和实时性能的快速存取需求系统成本和散热问题储器能确保系统稳定运行存取时间1ns100ns快速访问中等访问1ms10ms较慢访问极慢访问存取时间是评判存储器性能的关键指标快速的存取时间对于实时系统至关重要，能提高系统响应速度和数据处理效率不同应用场景对存取时间有不同要求，需要根据具体需求选择合适的存储器存取带宽内部存取带宽单片机内部具有很高的传输RAMRAM速度通常可达到几百的数,MB/s据带宽这为单片机实现高速数据处理提供了基础外部存储器存取带宽与内部相比外部存储器的RAM,传输速度较低通常在级别,MB/s这是单片机外部存储器扩展需要考虑的一个重要指标总线速度对带宽的影响单片机外部总线的速度直接决定了外部存储器的传输速度增加总线位宽和提高总线频率都可以提高外部存储器的数据带宽功耗可靠性可靠性指标要求正常工作时间不小于5年故障率不大于50ppm（百万分之五十）平均无故障工作时间不小于100,000小时外部存储器的高可靠性是单片机应用的基础通过合理的电路设计和可靠的制造工艺,可以确保单片机外部存储器达到较高的可靠性指标,减少系统故障,从而提高整个单片机系统的可靠性单片机外部存储器扩展的应用实例单片机外部存储器扩展广泛应用于各类嵌入式系统中如工业,控制、多媒体设备、物联网终端等通过扩展、ROM SRAM、或可以满足系统对大容量存储、高速处理和DRAM FLASH,大容量数据缓存的需求提高整体性能同时也可以实现系统,功能的灵活扩展和升级。