单片机设计技术：第5章 单片机存储器扩展

1、5.1单片机系统扩展及结构 使单片机能运行的最少器件构成的系统，就是最小系统。无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路有ROM芯片：89c51等，不必扩展ROM，只要有复位、晶振电路第5章 单片机存储器扩展二、扩展使用的三总线地址总线：P0低8位 P2高8位数据总线：P0控制总线：RD、WR、 ALE、 PSEN (读、 写、地址锁存允许、 外程序存储器读选通）1.线选法 微型机剩余高位地址总线直接连接各存储器片选线。 2.译码片选法 微型机剩余高位地址总线通过地址译码器输出片选信号。多片存储器芯片组成大容量存储器连接常用片选方法。5.2 单片机存储器扩展与编址1. 线选法 P2

2、.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 ： 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 =C000H 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 DFFFH ： 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 =A000H 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 BFFFH ：0110 0000 0000 00000111 1111 1111 1111 =6000H7FFFH 2译码片选法 3-8 地址译码器：74LS138Y0、Y

3、1、Y2分别连接三片存储器的片选端CE1、CE2、CE3各片存储器芯片分配地址：AB13AB14AB15 +5V A Y0 B Y1 C Y2 G1 G2A.B Y774LS138CE1CE2CE3：0000H1FFFH：2000H3FFFH：4000H5FFFH二、扩展使用的三总线地址总线：P0低8位 P2高8位数据总线：P0控制总线：RD、WR、 ALE、 PSEN (读、 写、地址锁存允许、 外程序存储器读选通） 当单片机外接芯片较多，超出总线负载能力，必须加总线驱动器。单向驱动器74LS244用于地址总线驱动双向驱动器74LS245用于数据总线驱动3. 微型机总线扩展驱动 5.3.1

4、单片机程序存储器ROM概述 单片机应用系统由硬件和软件组成，软件的载体就是硬件中的程序存储器。对于MCS-51系列8位单片机，片内程序存储器的类型及容量如表5.1所示。表5.1 MCS-51系列单片机片内程序存储器一览表单片机型号片内程序存储器ROM类型容量/B8031 无 8051 ROM4K8751 EPROM 4K8951 Flash 4K 对于没有内部ROM的单片机或者当程序较长、片内ROM容量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此最大寻址范围为64 KB（0000HFFFFH）。 这里要注意的是，MCS-51单片机有一

5、个管脚 EA跟程序存储器的扩展有关。如果EA 接高电平，那么片内存储器地址范围是0000H0FFFH（4 KB），片外程序存储器地址范围是1000HFFFFH（60 KB）。如果EA 接低电平，不使用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000HFFFFH（64 KB）。 8031单片机没有片内程序存储器，因此 管脚总是接低电平。 扩展程序存储器常用的芯片是EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）型（紫外线可擦除型）， 如2716（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）、27128（16K8）、27256（32K8）、27512（

6、64K8）等。另外，还有+5 V电可擦除EEPROM，如2816（2K8）、2864（8K8）等等。如果程序总量不超过4 KB，一般选用具有内部ROM的单片机。 8051内部ROM只能由厂家将程序一次性固化，不适合小批量用户和程序调试时使用，因此选用8751、8951的用户较多。 如果程序超过4 KB，用户一般不会选用8751、8951，而是直接选用8031，利用外部扩展存储器来存放程序。 工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。 1. 掩膜ROM：不可改写ROM由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。 2. PRO

7、M：可编程ROM 用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。 3. EPROM：可光擦除PROM 用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。 4. EEPROM：可电擦除PROM 既可全片擦除也可字节擦除， 可在线擦除信息，又能失电保存信息，具备 RAM、ROM的优点。但写入时间较长。 一. 27xx的引脚 5.3.2. 只读存储器ROM芯片及其扩展1) EPROM 2716 2716是2K8位的紫外线擦除电可编程只读存

8、储器，单一+5 V供电，运行时最大功耗为252 mW，维持功耗为132 mW，读出时间最大为450 ns，封装形式为DIP24。2716有地址线11条（A0A10），数据线8条（O0O7）， CE 为片选线，低电平有效， OE 为数据输出允许信号，低电平有效，VPP为编程电源，VCC为工作电源。 2) EPROM 2764 2764是8K8位的EPROM，单一+5 V供电，工作电流为75 mA，维持电流为35 mA，读出时间最大为250 ns，DIP28封装。2764A有13条(A0A12)地址线，数据输出线O0O7， 为片选线， 为数据输出允许线， 为编程脉冲输入端，VPP为编程电源，VCC

9、为工作电源。 3) EPROM 27128 27128是16K8位的EPROM，单一+5 V供电，工作电流为100 mA，维持电流为40 mA，读出时间最大为250 ns，DIP28封装。27128A有14条(A0A13)地址线，数据输出线O0O7， 为片选线， 为数据输出允许线， 为编程脉冲输入端，VPP为编程电源，VCC为工作电源。 常用EPROM芯片管脚图二. 常用EEPROM芯片1) EEPROM 2816A 2816A的存储容量为2K8位，单一+5 V供电，不需要专门配置写入电源。2816A能随时写入和读出数据，其读取时间完全能满足一般程序存储器的要求，但写入时间较长，需915 ms

10、。写入时间完全由软件控制。2816A的管脚如图6.9所示。图6.9 常用EEPROM管脚图 2) EEPROM 2864A 2864A是8K8位EEPROM，单一+5 V供电，最大工作电流160 mA，最大维持电流 60 mA，典型读出时间250 ns。由于芯片内部设有“页缓冲器”，因而允许对其快速写入。2864A内部可提供编程所需的全部定时，编程结束可以给出查询标志。2864A的封装形式为DIP28，其管脚如图6.9所示。 三. 单片机扩展EPROM典型电路紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储器。EPROM芯片上有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变

11、1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。 例5.1 在8031单片机上扩展4 KB EPROM程序存储器。 (1) 选择芯片。 本例要求选用8031单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序存储器（目前较少这样使用，但扩展方法比较典型、实用）。 在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。这样做的话，使用的芯片少，从而接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量也大。如估计程序总长3 KB左右，最好是扩展一片4 KB的EPROM 2732，而不是选用2片2716（2 KB）。 在单片机应用系统硬件设计中应注意，

12、尽量减少芯片使用个数，使得电路结构简单，提高可靠性，这也是8951比8031使用更加广泛的原因之一。 (2) 硬件电路图。 8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如图6.2所示。图6.2 单片机扩展2732 EPROM电路 (3) 芯片说明。 74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址。 EPROM 2732。EPROM 2732的容量为4 K8位。4 K表示有41024

13、（22210=212）个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位（A0A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0O7）。目前，除了串行存储器之外，一般情况下，我们使用的都是8位数据存储器。2732采用单一+5 V供电，最大静态工作电流为100 mA，维持电流为35 mA，读出时间最大为250 ns。2732的封装形式为DIP24，管脚如图6.3所示。 (4) 连线说明： 地址线。单片机扩展片外存储器时，地址是由P0和P2口提供的。图6.2中，2732的12条地址线（A0A11）中，低8位A0A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高4位A8A11直接与

14、P2口的P2.0P2.3连接，P2口本身有锁存功能。注意，锁存器的锁存使能端G必须和单片机的ALE管脚相连。 数据线。2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。因此，P0口是一个分时复用的地址/数据线。 控制线。CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作，不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线实现的。2732控制线的连接有以下几条： ：直接接地。由于系统中只扩展了一个程序存储器芯片，因此，2732的片选端直接接地，表示2732一直被选中。若同时扩展多片，需通过译码器来完成片选工作。 ：接8031的读选通

15、信号端。在访问片外程序存储器时，只要端出现负脉冲，即可从2732中读出程序。 (5) 扩展程序存储器地址范围的确定。 单片机扩展存储器的关键是搞清楚扩展芯片的地址范围，8031最大可以扩展64 KB（0000HFFFFH）。决定存储器芯片地址范围的因素有两个：一个是片选端的连接方法，一个是存储器芯片的地址线与单片机地址线的连接。在确定地址范围时，必须保证片选端为低电平。 本例中，2732的片选端总是接地，因此第一个条件总是满足的，另外，2732有12条地址线，与8031的低12位地址相连，编码结果如下： (6) EPROM的使用。 存储器扩展电路是单片机应用系统的功能扩展部分，只有当应用系统的

16、软件设计完成了，才能把程序通过特定的编程工具（一般称为编程器或EPROM固化器）固化到2732中，然后再将2732插到用户板的插座上（扩展程序存储器一定要焊插座）。 当上电复位时，PC=0000H，自动从2732的0000H单元取指令，然后开始执行指令。 如果程序需要反复调试，可以用紫外线擦除器先将2732中的内容擦除，然后再固化修改后的程序，进行调试。 如果要从EPROM中读出程序中定义的表格，需使用查表指令：MOVC A,A+DPTRMOVC A,A+PC图6.8 单片机扩展2764 EPROM电路 附: 用译码法扩展一片2764电路图6.7 单片机扩展27128 EPROM电路用线选法扩

17、展一片27128电路四. 单片机扩展EEPROM典型电路 电擦除可编程只读存储器EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器，它既有RAM可读可改写的特性，又具有非易失性存储器ROM在掉电后仍能保持所存储数据的优点。因此，EEPROM在单片机存储器扩展中，可以用作程序存储器，也可以用作数据存储器，至于具体做什么使用，由硬件电路确定。 EEPROM作为程序存储器使用时，CPU读取EEPROM数据同读取一般EPROM操作相同；但EEPROM的写入时间较长，必须用软件或硬件来检测写入周期。 例5.2 在8031单片机上扩展2KB EEPROM。 (1) 选择芯片。 2816A和2817

18、A均属于5 V电擦除可编程只读存储器，其容量都是2K8位。2816A与2817A的不同之处在于：2816A的写入时间为915 ms，完全由软件延时控制，与硬件电路无关；2817A利用硬件引脚 来检测写操作是否完成。 在此，我们选用2817A芯片来完成扩展2KB EEPROM，2817A的封装是DIP28，采用单一+5 V供电，最大工作电流为150 mA，维持电流为55 mA，读出时间最大为250 ns。片内设有编程所需的高压脉冲产生电路，无需外加编程电源和写入脉冲即可工作。 2817A在写入一个字节的指令码或数据之前，自动地对所要写入的单元进行擦除，因而无需进行专门的字节/芯片擦除操作。281

19、7A的管脚如图6.4所示。其中，A0A10为地址线；I/O0I/O7为读写数据线； 为片选线； 为读允许线，低电平有效； 为写允许线，低电平有效； 为低电平时，表示2817A正在写操作，处于忙状态，高电平时，表示写操作完毕；VCC为+5 V电源；GND为接地端。 2817A的读操作与普通EPROM的读出相同，所不同的只是可以在线进行字节的写入。图6.4 2817A的管脚 2817A的写入过程如下：CPU向2817A发出字节写入命令后，2817A便锁存地址、数据及控制信号，从而启动一次写操作。2817A的写入时间大约为16 ms左右，在此期间，2817A的脚呈低电平，表示2817A正在进行写操作

20、，此时它的数据总线呈高阻状态，因而允许CPU在此期间执行其它的任务。当一次字节写入操作完毕，2817A便将线置高，由此来通知CPU。 (2) 硬件电路图。 单片机扩展2817A的硬件电路图如图6.5所示。图6.5 单片机扩展2817A EEPROM电路 (3) 连线说明： 地址线。图6.5中，2817A的11条地址线（A0A10，容量为2K8位，211=21024=2K）中的低8位A0A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高3位A8A10直接与P2口的P2.0P2.2连接。 数据线。2817A的8位数据线直接与单片机的P0口相连。 控制线。单片机与2817A的控制线连接采用了将外部数据存储

21、器空间和程序存储器空间合并的方法，使得2817A既可以作为程序存储器使用，又可以作为数据存储器使用。 单片机中用于控制存储器的管脚有以三个： 控制程序存储器的读操作，执行指令的取指阶段和执行MOVC A,A+DPTR指令时有效； 控制数据存储器的读操作，执行MOVX DPTR,A和MOVX Ri,A时有效； 控制数据存储器的写操作，执行MOVX A,DPTR和MOVX A,Ri时有效。 在图6.5中，2817A控制线的连线方法如下： ：直接接地。由于系统中只扩展了一个程序存储器芯片，因此片选端直接接地，表示2817A一直被选中。 ：8031的程序存储器读选通信号和数据存储器读信号经过“与”操作

22、后，与2817A的读允许信号相连。这样，只要、中有一个有效，就可以对2817A进行读操作了。也就是说，对2817A既可以看作程序存储器取指令，也可以看作数据存储器读出数据。 ：与8031的数据存储器写信号相连，只要执行数据存储器写操作指令，就可以往2817A中写入数据。 ：与8031的P1.0相连，采用查询方法对2817A的写操作进行管理。在擦、写操作期间， 脚为低电平，当字节擦、写完毕时， 为高电平。 其实，检测2817A写操作是否完成也可以用中断方式实现，方法是将2817A的反相后 与8031的中断输入脚 相连。当2817A每擦、写完一个字节，便向单片机提出中断请求。 图6.5中，2817

23、A的地址范围是0000H07FFH（无关的管脚取0，该地址范围不是惟一的）。 (4) 2817A的使用。 按照图6.5连接好后，如果只是把2817A作为程序存储器使用，使用方法同EPROM相同。EEPROM也可以通过编程器将程序固化进去。 如果将2817A作为数据存储器，读操作同使用静态RAM一样，直接从给定的地址单元中读取数据即可。向2817A中写数据采用MOVX DPTR,A指令。 5.4 数据存储器扩展 5.4.1 单片机RAM概述 RAM是用来存放各种数据的，MCS-51系列8位单片机内部有128 B RAM存储器，CPU对内部RAM具有丰富的操作指令。但是，当单片机用于实时数据采集或处理大批量数据时，仅靠片内提供的RAM是远远不够的。此时，我们可以利用单片机的扩展功能，扩展外部数据存储器。 常用的外部数据存储器有静态RAM（Static Rand