51单片机外部存储器的扩展

8051单片机的总线扩展 系统扩展概述 最小应用系统单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的 故应首先熟悉最小应用系统的结构 实际上 内部带有程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系统 许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制 对于内部无程序存储器的芯片8031来说 则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统 1 片内带程序存储器的最小应用系统片内带程序存储器的8051 8751本身即可构成一片最小系统 只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可 同时接高电平 ALE 信号不用 系统就可以工作 1 系统有大量的I O线可供用户使用 P0 P1 P2 P3四个口都可以作为I O口使用 2 内部存储器的容量有限 只有128B的RAM和4KB的程序存储器 2 片内无程序存储器的最小应用系统片内无程序存储器的芯片构成最小应用系统时 必须在片外扩展程序存储器 由于一般用作程序存储器的EPROM芯片不能锁存地址 故扩展时还应加1个锁存器 构成一个3片最小系统 该图中74LS373为地址锁存器 用于锁存低8位地址 单片机的三总线结构当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时 就需要进行扩展 为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接 常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总线结构形式 对于MCS 51系列单片机 其3总线由下列通道口的引线组成 地址总线 由P2口提供高8位地址线 此口具有输出锁存的功能 能保留地址信息 由P0口提供低8位地址线 数据总线 由P0口提供 此口是双向 输入三态控制的8位通道口 MCS 51系统扩展的实现 外部总线的扩展 程序存储器的扩展 数据存储器的扩展 存储器的扩展 通常 微机的CPU外部都有单独的并行地址总线 数据总线 控制总线 MCS 51单片机由于引脚的限制 数据总线和地址总线是复用的 地址需要锁存 为了能把复用的数据总线和地址总线分离出来以便同外部的芯片正确的连接 需要在单片机的外部增加地址锁存器 从而构成与一般CPU相类似的三总线结构 MCS 51系统外部总线的扩展 MCS 51系统外部总线的扩展 一 以P0口作低8位地址及8位数据的复用总线复用 即一段时间内作两种或两种以上用途 在这里指P0口在每个CPU周期的前半个周期输出低8位地址 由地址锁存器锁存 然后由地址锁存器代替P0口输出低8位地址 后半个周期进行8位数据的输入输出 二 以P2口作为高8位的地址总线P0口的低8位地址加上P2的高8位地址就可以形成16位的地址总线 达到64KB的寻址能力 实际应用中 往往不需要扩展那么多地址 扩展多少用多少口线 剩余的口线仍可作一般I O口来使用 8051扩展的三总线 三 控制信号线ALE 地址锁存信号 用以实现对低8位地址的锁存 PSEN 片外程序存储器读选通信号 EA 程序存储器选择信号 为低电平时 访问外部程序存储器 为高电平时 访问内部程序存储器 RD 片外数据存储器读选通信号 WR 片外数据存储器写选通信号 地址总线扩展电路 地址锁存器74HC573与单片机P0口连接 扩展地址总线 OE 输出允许端 为0时芯片有效 LE 锁存控制端 高电平时 锁存器的数据输出端Q的状态 与数据输入端D相同 即锁存器是透明的 当LE端从高电平返回到低电平时 下降沿后 输入端的数据就被锁存在锁存器中 数据输入端D的变化不再影响Q端 74HC573是有输出三态门的电平允许8位锁存器 MCS 51系列单片机片外数据存储器的空间可达64KB 而片内数据存储器的空间只有128B或256B 如果片内的数据存储器不够用时 则需进行数据存储器的扩展 MCS 51存储器的扩展 MCS 51系列单片机片内外程序存储器的空间可达64KB 而片内程序存储器的空间只有4KB 如果片内的程序存储器不够用时 则需进行程序存储器的扩展 存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题 所谓编址就是给存储单元分配地址 由于存储器通常由多个芯片组成 为此存储器的编址分为两个层次 即存储器芯片的选择和存储器芯片内部存储单元的选择 MCS 51存储器的扩展 一 地址线的译码存储器芯片的选择有两种方法 线选法和译码法 1 线选法 所谓线选法 就是直接以系统的地址线作为存储器芯片的片选信号 为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接相连即可 2 译码法 所谓译码法 就是使用地址译码器对系统的片外地址进行译码 以其译码输出作为存储器芯片的片选信号 译码法又分为完全译码和部分译码两种 1 完全译码 地址译码器使用了全部地址线 地址与存储单元一一对应 也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址 2 部分译码 地址译码器仅使用了部分地址线 地址与存储单元不是一一对应 而是1个存储单元占用了几个地址 二 扩展存储器所需芯片数目的确定若所选存储器芯片字长与单片机字长一致 则只需扩展容量 所需芯片数目按下式确定 芯片数目 系统扩展容量存储器芯片容量 若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致 则不仅需扩展容量 还需字扩展 所需芯片数目按下式确定 芯片数目 系统字长存储器芯片字长 系统扩展容量存储器芯片容量 扩展程序存储器常用EPROM芯片 2716 2K 8位 2732 4KB 2764 8KB 27128 16KB 27256 32KB 27512 64KB 扩展数据存储器常用静态RAM芯片 6264 8K 8位 62256 32K 8位 628128 128K 8位 等 MCS 51存储器的扩展 8031与外部程序存