第七章 存储器扩展

7-1系统扩展及结构7-2存储器扩展及编址技术7-3程序存储器扩展

7-4数据存储器扩展7-5存储器系统的特点和使用

第7章单片机并行存储器扩展80c51的最小系统80c51/片内有4K的ROM/EPROM，因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。如图所示。

XTAL1

XTAL2

P0P1P2P3

8051

RESET

EA

GND

+5V

+5V8

8

88

该最小系统的特点如下：（1）由于片外没有扩展存储器和外设，P0、P1、P2、P3都可以作为用户I/O口使用。（2）片内用户数据存储器有128字节，地址空间00H~7FH，没有片外数据存储器。（3）内部有4KB程序存储器，地址空间0000H~0FFFH，没有片外程序存储器，EA应接高电平。（4）可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双工的串行通信接口，5个中断源。单片机芯片内具有CPU、ROM、RAM、定时器/计数器及I/O口。但在实际应用中、大多数情况下仅靠片内资源是不够的。

——资源性扩展：存储器扩展和I／O扩展。扩展方法：并行扩展和串行扩展

7-1系统扩展及结构

整个扩展系统以单片机为核心，通过总线把各扩展部件连接起来，各扩展部件“挂”在总线上。所谓总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。包括：地址总线（AB）；数据总线（DB）；控制总线（CB）。7.1.1系统扩展的结构MSC—51单片机系统的扩展结构如图所示，图中表现了单片机扩展的内容和方法。

扩展系统是以单片机为核心进行的；存储器扩展内容包括RAM和ROM，其余为I/O接口扩展；扩展是通过系统总线进行的，通过总线把各扩展部件连接起来，并进行数据、地址和控制信号的传送。7.1.2系统总线及总线结构51单片机使用的是并行总线，所谓总线，就是连接计算机各部件的一组公共信号线。1系统总线：为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，应将单片机的外部连接变为三总线结构形式。即地址总线、数据总线和控制总线。

(1)地址总线在地址总线上传送的是单向地址信号，用于存储单元和I/O端口的选择。地址信号只能由单片机向外送出。地址总线的数目决定着可以直接访问的存储单元的数目，例如n位地址，可以产生2^n次方个连续地址编码，即通常所说的寻址范围为2^n地址单元。MCS—51单片机地址总线有16条地址线，即2^16地址单元。(2)数据总线DB

数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I／o接口之间双向传送数据,如数据、状态、命令等.单片机系统数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致，例如51单片机是8位字长，所以数据总线的位数也是8位。

(3)控制总线CB

控制总线实际上是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其他部件传送给单片机的。对于一条具体的控制信号线来说，其传送的方向是单向的，但是由不同的方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向。

7.1.3单片机扩展的实现

1.扩展方法：(1)以P0口的8位口线作地址／数据线。复用技术——地址和数据进行分离。为此在构造地址总线时要添加一个8位锁存器。先把这低8位地址送锁存器暂存，然后就由地址锁存器给提供低8位地址，而把P0口线作为数据线使用。(2)以P2口的口线作高位地址线。由P2口提供高8位，再加上P0口提供的低8位——64KB。但实际应用系统中，地址高位并不固定为8位，而根据需要从P2口中引出。

(3)

构成扩展系统的控制总线。

1.ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址的锁存。

2.PSEN作扩展程序存储器的读选通信号。

3.EA作内外程序存储器的选通信号。

4.RD和WR作扩展数据存储器和I/O端口的读写选通信号。2.常用8位地址锁存器74LS373/573等。D7D6D5D4D3D2D1D0G74LS373GND+5VEQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

373引脚功能D0~D6数据输入

E输出允许

G数据输出

Q0~Q7使能端当E=0，G=1时，

输出Q=输入D(透明)；当E=0，G=0时，输出Q端不变（锁存）当E=1，输出高阻态ALE地址锁存地址锁存地址输出数据有效地址输出数据有效AD0～n数据采样数据采样R/W1.对于p0口采用分时复用技术,利用外加锁存器实现总线低8位地址和8位数据分离;2.对扩展系统操作先送地址,后进行读/写操作；利用ALE信号锁存地址数据3.锁存低8位地址与P2口高8位地址构成系统完整的16位地址。3总线扩展驱动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、74LS245用于地址总线驱动；双向驱动器74LS245用于数据总线驱动。7.2存储器扩展的编址技术所谓存储器编址，使用系统提供的地址线，通过适当的连接，最终达到一个编址唯一对应存储器中一个存储单元的目的。存储器编址分两个层次：存储芯片的选择；芯片内部存储单元的选择。研究各部分存储器映像在整个存储空间中所占据的地址范围，以便为存储器的使用提供依据。7.2.1存储器编址概述1.线选法直接以系统的地址位作为存储芯片的片选信号。优缺点：简单明了，且不需增加电路。但存储空间的使用是断续的，不能有效地利用空间，扩充容量受限，只适用于小规模系统的存储器扩展。

7.2.2存储器编址方法2764引脚功能A0~A12地址线

CE选片

OE读D0~D7数据线编程脉冲输入

PGM2764----8KEPROMVPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGMN.CA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D32764编程电源

Vpp例:用线选法寻址

扩展程序存储器图7.13用线选法实现片选

各芯片的地址范围如下:

2.译码法

对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为片选信号。高效率地利用存储空间，适用于大容量多芯片扩展。常用的译码芯片有：74LS139（双2-4译码器）、74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。

部分译码：所谓部分译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。部分译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空间的浪费。

全译码：所谓全译码就是存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。这种译码方法存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复杂。G1/G2A/G2B（使能端）：当G1=“1”，G2A=G2B=“0”时，3/8译码器进入译码状态，这时Y0～Y7只有一位是低电平，其余全为高电平。译码无效时，Y0～Y7全为高电平，无效。C、B、A：译码器输入（C为高位）。

Y0～Y7：译码器输出，低电平有效。使用译码器进行扩展上例子，Y0、Y1、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：Ⅰ：0000H～1FFFH；Ⅱ：2000H～3FFFH；Ⅲ：4000H～5FFFH。AB13AB14AB15+5VA Y0BY1CY2G1…

G2AY7G2B74LS138CE1CE2CE3

ABi：1514131211109876543210～1514131211109876543210Ⅰ：00000000

0000

0000～000111111111

1111=0000H～1FFFHⅡ：001000000000

0000～001111111111

1111=2000H～3FFFHⅢ：010000000000

0000～010111111111

1111=4000H～5FFFH

例:要求用2764芯片扩展片外程序存储器空间,分配的地址范围为:0000H~3FFFH。解：采用完全译码的方法,。①确定片数:片数为片数=

(末地址-首地址)+1

芯片容量

=

(3FFFH-0000H)+12000H=16k/8k=2(片)

7.3程序存储器扩展②分配地址范围:

第1组(1片8K)所占用的地址范围为:00000000

0000

00000000H……

000111111111

11111FFFH第2组(1片8K)所占用的地址范围为:001000000000

00002000H……

001111111111

11113FFFH③画出地址译码关系图:P2.7P2.6P2.5P2.4P2.0P0.7P0.0(A15)(A14)(A13)(A12)(A8)(A7)(A0)000XXXXXXXXXXXXX

第2组001XXXXXXXXXXXXX

第1组④设计外译码电路:

本例只介绍采用译码器芯片的设计方法,现采用3-8译码器74LS138。⑤画出存储器扩展连接图:扩展数据存储器电路常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)等。

7.4数据存储器扩展

数据存储器概述

数据存储器即随机存取存储器(RandomAccessMemory),简称RAM,用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不同,对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储器,断电后所存信息立即消失。按其工作方式,RAM又分为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。静态RAM只要电源加上,所存信息就能可靠保存。

数据存储器扩展举例数据存储器的扩展与程序存储器的扩展相似,不同之处主要在于控制信号的接法不一样,不用信号,而用和信号,且直接与数据存储器的端和端相连即可。图4―17为外扩1片6264的连接图。采用线选法片选信号CE与P2.7相连。其地址译码关系为：0XXXXXXXXXXXXXXXA15A14A13A12A11A10A0

由于A13,A14状态与寻址无关，可为任意状态，故6264有4组地址为：第1组0000H～1FFFH(A14A13=00)第2组2000H～3FFFH(A14A13=01)第3组4000H～5FFFH(A14A13=10)第4组6000H～7FFFH(A14A13=11)数据存储器的扩展图扩展一片RAM6264的连接图

哈佛（Har-yard）结构，即将程序和数据存储器截然分开，各有自已的寻址方式、寻址空间和控制信号。

5-6存储器系统的特点和使用1．存储器组成的特点单片机的内部虽然有了一定数的ROM和RAM

，但是在实际使用中外扩展存储器,形成了单片机系统既有内部存储器又有外部存储器，内部存储器有ROM和RAM之分，外部存储器也有ROM和RAM之分。5.6.1存储器系统的特点2．存储器地址空间两种类型的内外存储器，构成了单片机系统的4个物理存储空间，即片内程序存储空间、片外程序存储空间、片内数据存储空间及片外数据存储空间。 程序存储器来说，为了运行程序的需要，要求内外程序存储器连续编址，形成一个完整的地址空间； 数据存储器，为了使用的方便，要求内外数据存储器分开各自编址，都是从“o”单元开始。从而形成了用户使用角度上的3个逻辑存储空间，即片内外统一编址的64K字节的程序存储空间、256字节的片内数据存储空间以及64K字节的片外数据存储空间。图MCS—51存储器结构和地址空间4KB4KB60KB128B128B128B64KB5.6.2存储器地址空间的区分和衔接：①在物理上设有4个物理存储空间：程序存储器：片内程序存储器；片外程序存储器；数据存