单片机原理及应用(第五章存储器扩展)

1、1第七章第七章 单片机存储器扩展单片机存储器扩展nMCS-51系列单片机片内程序存储器、数据存储器的容量、输入输出接口以及定时器等资源数量都是有限的，实际应用中，往往根据需要对单片机系统资源进行扩展。27.1 单片机系统扩展概述单片机系统扩展概述当单片机最小应用系统不能满足实际应用系统要求时，需要在单片机外部连接相应的外围芯片以满足应用系统的要求。MCS-51系列单片机具有很强的系统扩展能力，可以扩展64KB的程序存储器和64KB的数据存储器或输入输出口。扩展的内容主要有：总线、程序存储器、数据存储器、I/O口扩展等。MCS-51系列单片机由于受管脚数量的限制，数据总线和地址总线复用P0口。为

2、了将它们分离开，以便同外围芯片正确地连接，需要在单片机外部增加地址锁存器（如74LS373等），从而构成与一般CPU类似的片外三总线（地址总线、数据总线、控（地址总线、数据总线、控制控制），制控制），所有外部芯片都通过这三组总线进行扩展 。n1. 地址总线（地址总线（AB）nMCS-51系列单片机地址总线宽为16位，所以可寻址范围为216=64KB。16位地址总线由P0口提供低8位A0A7，P2口提供高8位A8A15。 P2口具有输出锁存功能 。地址总线是单向的，只能由单片机向外发送 。n2. 数据总线（数据总线（DB）n数据总线由P0口提供，其宽度为8位，用于单片机与外部存储器和I/O设备之

3、间传送数据。P0口为三态双向口，可以进行两个方向的数据传送 。n3. 控制总线（控制总线（CB）n控制总线是单片机发出的控制片外存储器和I/O口读/写操作的一组控制线 ，其中包括以下控制信号线：ALE、n 、 、 。PSENEARDWR53 MCS-51单片机扩展及系统结构单片机扩展及系统结构存储器存储器数据数据存储器存储器程序程序接口接口O/I接口接口O/I设设备备O/I设设备备O/I地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线80516总线总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。地址总线：地址总线：传输单片机送出的地址信号，进行存储单元和I/O端口的选择。地址总线是单向单向的，从单

4、片机发出。8051单片机16位地址总线数据总线：数据总线：单片机和存储单元、单片机和I/O端口之间传输数据。数据总线：双向数据总线：双向控制总线：控制总线：一组控制信号线的总称。有单片机发出的，也有从其他部件发向单片机的。对于一条控制线，其传送方向是单向的。对于一条控制线，其传送方向是单向的。7单片机扩展的实现（总线构造）单片机扩展的实现（总线构造）以P0口的8位口线作地址/数据线（复用线）所谓复用所谓复用：既可作地址线（低8位），又可作数据线。复用技术复用技术：增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制实现对地址（低8位）和数据的分离以P2口的8位口线作高8位地址线MCS-51单片机寻址范围为6

5、4k，需要16根地址线8扩展时常用的控制信号扩展时常用的控制信号1）ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）；2） ：扩展程序存储器（外部ROM）读选通信号（低电平有效）；PSEN3） ：内/外程序存储器的选择信号（低电平有效）；EA4） ：扩展外部数据存储器（RAM）的读、写选通信号（低电平有效）。WRRD和和9单片机扩展构造图单片机扩展构造图ALE0P2PPSENRDWREA8031815AA8位地址位地址高高07AA8位地址位地址低低数据线数据线控制线控制线锁锁存存器器107-2 MCS-51单片机存储器扩展编址技术单片机存储器扩展编址技术7-2-1 MCS-51单片机存储器系统单片机存储

6、器系统MCS-51系列单片机存储器有四个部分片内ROM（部分有，8031无片内ROM）；片外ROM（扩展）；片内RAM（51系列单片机都有，256字节）；片外RAM（扩展）RAM、ROM都可以扩展至都可以扩展至64k11）（K64FFFFH0）（ K4FFFH0/H10001EAROM 外部外部0EAROM 内部内部H0000程序存储器映象程序存储器映象H0000H0080/FH007RAM内部内部H0100/FFH00特殊功能寄存器特殊功能寄存器）（K64FFFFH0）（外部外部K64RAM数据存储器映象数据存储器映象127-2-2 单片机扩展存储器编址及映像单片机扩展存储器编址及映像存储器

7、编址技术存储器编址技术通常两种方法通常两种方法：1）线选法线选法以系统的高地址位高地址位作为存储器的片选信号片选信号，直接将地址线连接到存储芯片片选端。将地址线进行适当连接，使得存储器中每一个存储单元可唯一地对应一个编址。132）译码法译码法通过译码器对系统的高位地址进行译码，以译码输出作为存储芯片的片选信号。有效地利用存储空间，最常用的存储器编址方法最常用的存储器编址方法。译码器：74LS139：双24译码器；74LS138：38译码器1474LS139：双24译码器87654321910111213141516GNDY1Y1Y1Y1B1A1G13210139LS743210Y2Y2Y2Y2

8、B2A2G2Vcc输入端输入端输出端输出端选择选择使能使能GBA000011100 1010 111011101110111011110Y1Y2Y3Y有效有效译码输出信号，低电平译码输出信号，低电平译码输入；译码输入；、使能端，低电平有效；使能端，低电平有效；:Y,Y,Y,Y:BA:G32101574LS138：3-8译码器87654321910111213141516GNDYEEECBA7321138LS746543210YYYYYYYVcc3E2E3E&EN使能控制使能控制13012EEE1674LS138作译码器的连接作译码器的连接7 . 2P6 . 2P5 . 2PV5 3E2E1EA

9、BCccV138LS74GND70YY8051V5 177-3 MCS-51单片机程序存储器扩展单片机程序存储器扩展7-3-1 只读存储器（只读存储器（ROM）掩膜掩膜ROM：单片机掩膜是指程序数据已经做成光刻版，在单片机生产的过程中把程序做进去。优点是：程序可靠、成本低。缺点：批量要求大，每次修改程序就需要重新做光刻板，不同程序不能同时生产，供货周期长。可编程可编程ROM：（PROM:Programmable Read-Only Memory）可编程只读存储器，也叫One-Time Programmable (OTP)ROM“一次可编程只读存储器”，是一种可以用程序操作的只读内存。最主要特征

10、是只允许数据写入一次，如果数据烧入错误只能报废。内容只能写一次。18可改写可改写ROM：（EPROM-（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）：紫外线擦除；19可改写可改写ROM：（EEPROM： Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) ：电擦除；快擦写快擦写ROM：flashROM：FlashRom是一个用来阅读、书写、擦除、验证的闪存编程器工具。被广泛用在PC机的主板上，用来保存BIOS程序，便于进行程序的升级。其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品，具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点

11、。207-3-2 典型只读存储器芯片典型只读存储器芯片2716INTEL公司27系列产品，系列产品还有2732、2764、27128等1）加电编程、紫外线擦除EPROM；2）存储容量：2k8（位）、4k 8（位）、 8k8（位）、 16k8（位）、213）芯片引脚）芯片引脚121110987654321131415161718192021222324GNDOOOAAAAAAAA21001234567345671098OOOOOPGM/CEAOEVppAAVcc2716A10A0：11位地址；O7O0：数据线； ：片选/编程控制信号；正常使用片选（低电平有效），编程时，引入编程脉冲； ：输出允许

12、信号，低电平有效。PGM/CEOE22工作方式工作方式编程禁止编程禁止程序检验程序检验编程编程未选中未选中读出读出低低低低正脉冲正脉冲高高低低高高低低高高低低 V25V25V25V5V5 高阻高阻程序读出程序读出程序写入程序写入高阻高阻程序读出程序读出PGM/CEOEVpp07OO方方式式引脚引脚235种工作方式种工作方式1）读方式读方式： 均为低电平，被寻址单元内容经数据线读出；OE,CE2）未选中方式未选中方式： 为高电平，数据线输出呈高阻状态；CE3）编程方式编程方式：Vpp加25V电压， 加TTL高电平。进行数据重新写入；OE4）程序检验方式程序检验方式：Vpp=25V， 均为低电平O

13、E,CE5）编程禁止：编程禁止： Vpp已接编程电压，但因 无效，故不能进行编程操作。该方式用于多片EPROM并行编程不同的数据的场合。 CE247-3-3 程序存储器扩展示例程序存储器扩展示例线选法编址扩展示例线选法编址扩展示例373LS7407AA07OOPSENOE7 . 2P2 . 2P1 . 2P0 . 2P10A9A8ACE27168031EAALEG所谓线选法，即是将单根的高位地址线连接到外围接口芯片的片选端，以获得一确定的地址信号，由此选通该芯片。252716是2k8（位）EPROM，11根地址线示例中，2716的地址范围是：最低地址最低地址：A15A14A13A12A11A1

14、0A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0000，0000，0000（8000H）最高地址最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0111，1111，1111（87FFH）A14A13A12A11（P2.6P2.3)的状态与芯片寻址无关的状态与芯片寻址无关26A14A13A12A11的所有16种组合（00001111）都不会影响该芯片的寻址。1， 000，0000，0000 1 ， 111，1111，1111那么：8000H87FFH、88008FFFH、9000H97FFH、9800H9FFFHF000HF7FFH、F8

15、00HFFFFH都是该芯片的寻址范围。该2716有16个地址映像区地址映像区，在这些地址范围内都能访问该芯片。27多芯片存储器扩展多芯片存储器扩展PSEN7.2P8031EAALE0.24.2PPOEOE812A812A07A07A07O07OCECE373G27642764当P2.7=0时，选中1号片，地址为：B1111,1111,1111, 10B0000,0000,0000, 00 FFFH1H0000即即当P2.7=1时，选中2号片，地址为：B1111,1111,1111, 11B0000,0000,0000, 01 FFFH9H8000即即28译码法编址示例译码法编址示例ABC7 .

16、 2P6 . 2P5 . 2P07A07A07A07O07O07O812A812A812A373LS740 . 07 . 0P0 . 24 . 2PPSENCECECEOEOEOE0Y1Y7Y13812764027647276421EE3EV5 译码法：译码法：对( 高位)地址线进行译码译出的信号作为( 片选信号) 。 292764EPROM：8k8位27640地址范围地址范围：0000H1FFFH0000,0000,0000,00000001,1111,1111,111127641地址范围地址范围：2000H3FFFH0010,0000,0000,00000011,1111,1111,111

17、127642地址范围地址范围：4000H5FFFH0100,0000,0000,00000101,1111,1111,111127647地址范围地址范围：E000HFFFFH1110,0000,0000,00001111,1111,1111,111130线选法示例线选法示例2：8031单片机，扩展1片2732；1片8255（可编程并行I/O接口；1片8279（键盘/显示接口）1片0809（8路A/D转换器）373LS7407AA07OOPSENOE7 . 2P2 . 2P1 . 2P0 . 2P10A9A8ACE27328031EAALEG3 . 2P11A8255827908094 . 2P

18、5 . 2P6 . 2P01AACSCSCS&4 . 2P5 . 2P6 . 2P7 . 2P312732的地址空间：F000HFFFFH（4k8位）8255地址：当P2.4位低电平时选中；8255的三个并行口PA、PB，PC以及控制字寄存器四个寄存器通过A1A0选中。因此8255的地址空间为：11,111000,1110 即即EFFCHEFFFH，或，或E000HE003H328279地址：当P2.5位低电平时选中，其地址为：B,1101 即即DFFFH或或D000H0809地址：当P2.6位低电平时选中，其地址为：B,1011 即即BFFFH或或B000H线选法编址造成多映像区重叠现象是线

19、选法编址的一大缺陷线选法编址造成多映像区重叠现象是线选法编址的一大缺陷337-4 数据存储器扩展数据存储器扩展7-4-1 随机存储器概述随机存储器概述随机存储器RAM（Random Access Memory），可以进行读写两种操作。随机存储器（RAM），分为静态（SRAM）和动态（DRAM）两种。静态RAM（SRAM）：加电即可保存信息；动态RAM（DRAM）：加电，不断进行周期性刷新（再生），才可保存信息；347-4-2 典型随机存储器芯片典型随机存储器芯片6116121110987654321131415161718192021222324GNDDDDAAAAAAAA2100123456

20、7345671098DDDDDCSAOEWEAAVcc6116A10A0：地址线D7D0：数据线 ：片选信号 ：数据输出允许信号 ：写选通信号CSOEWE356116工作方式工作方式写入写入读出读出禁止禁止未选中未选中状态状态0001CS101OE 011WE 数据写入数据写入数据读出数据读出高阻高阻高阻高阻07DD367-4-3 线选法线选法RAM扩展举例扩展举例07A07D810AOEWECS07A07D810AOEWECS373LS74RDWR0 . 22 . 2P0PALE3 . 2P4 . 2P611661163761161寻址范围：0001,0000,0000,0000 000 1

21、,0111,1111,1111即：即：1000H17FFH61162寻址范围：0000,1000,0000,0000 000 0,1111,1111,1111即：即：0800H0FFFH387-5 存储器综合扩展存储器综合扩展7-5-1 同时扩展同时扩展ROM和和RAM07A07D812AOECS07A07D812AOEWECS373LS74RDWR0 . 24 . 2P0PALE地地址址译译码码信信号号27646264地地址址译译码码信信号号PSENEA805139如果采用线选法选择芯片如果采用线选法选择芯片2764（ROM）接P2.7 地址范围：00，0000，0000，0000（0000

22、H） 到 0 1，1111，1111，1111（1FFFH）6264（RAM）接P2.6地址范围： 0 0，0000，0000，0000（0000H） 到 0 1，1111，1111，1111（1FFFH） 两组地址可能重合，如何理解。两组地址可能重合，如何理解。407-6 MCS-51单片机存储器系统特点和使用单片机存储器系统特点和使用7-6-1 MCS-51单片机存储器系统特点单片机存储器系统特点程序存储器与数据存储器同时存在并截然分开，各有各的地址空间、存取指令、和控制信号；内外存储器同时存在，分为4个物理空间；存储器地址空间重叠和连续程序存储器：程序存储器：内外连续编址形成完整地址空间（最大64K）。数据存储器：数据存储器