补充总线外部扩展

第三章MCS-51单片机的外部存储器扩展单片机与应用内容概要许多情况，片内的存储器资源还不能满足需要，为此需AT89S51单片机进行外部程序存储器和外部数据存储器的扩展。由于有时需要扩展多片芯片，首先介绍AT89S51单片机的两个外部存储器空间的地址分配的两种方法，即线选法和译码法。最后介绍扩展外部程序存储器和外部数据存储器的具体设计。256BMax

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程序存储器的扩展2.5.2存储器资源的扩展

数据存储器的扩展256BMax

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64KBAT89S51单片机采用总线结构，使扩展易于实现，AT89S51单片机系统扩展结构如图所示图1AT89S51单片机的系统扩展结构1、系统扩展结构系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口扩展。AT89S51单片机的存储器扩展即包括程序存储器扩展又包括数据存储器扩展。AT89S51单片机采用程序存储器空间和数据存储器空间截然分开的哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。系统扩展是以AT89S51为核心，通过总线把单片机与各扩展部件连接起来。因此，要进行系统扩展首先要构造系统总线。系统总线按功能通常分为3组。（1）地址总线（AddressBus，AB）：用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的选择。（2）数据总线（DataBus，DB）：用于单片机与外部存储器之间或与I/O接口之间传送数据，数据总线是双向的。（3）控制总线（ControlBus，CB）：控制总线是单片机发出的各种控制信号线。三组系统总线：如何来构造系统的三总线。1．P0口作为低8位地址/数据总线AT89S51受引脚数目限制，P0口既用作低8位地址总线，又用作数据总线（分时复用），因此需增加一个8位地址锁存器。AT89S51访问外部扩展的存储器单元或I/O接口寄存器时，先发出低8位地址送地址锁存器锁存，锁存器输出作为系统的低8位地址（A7~A0）。随后，P0口又作为数据总线口（D7~D0），如图2所示。2．P2口的口线作为高位地址线P2口用作系统的高8位地址线，再加上地址锁存器提供的低8位地址，便形成了系统完整的16位地址总线。使单片机系统的寻址范围达到64KB。

图2AT89C51单片机扩展的片外三总线3．控制信号线除地址线和数据线外，还要有系统的控制总线。这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功能信号。包括：（1）

作为外扩程序存储器的读选通控制信号。（2）

和

为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制信号。（3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号。（4）

为片内、片外程序存储器的选择控制信号。可见，AT89S51的4个并行I/O口，但进行外部总线扩展时，真正作为数字I/O用，就剩下P1和P3的部分引脚了。 本节讨论如何进行存储器空间的地址分配，并介绍用于输出低8位地址的常用的地址锁存器。2.1存储器地址空间分配

实际系统设计中，既需要扩展程序存储器，又需要扩展数据存储器，如何把片外的两个64KB地址空间分配给各个程序存储器、数据存储器芯片，使一个存储单元只对应一个地址，避免单片机发出一个地址时，同时访问两个单元，发生数据冲突。这就是存储器地址空间分配问题。2、地址空间分配和常用芯片AT89S51单片机发出的地址码用于选择某个存储器单元，在外扩存储器芯片的应用中，单片机必须进行两种选择：

a、选中该存储器芯片，这称为“片选”，未被选中的芯片不能被访问。 b、在“片选”的基础上再根据单片机发出的地址码来对“选中”芯片的某一单元进行访问，即“单元选择”。为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同时也都有多条地址线引脚，以便进行单元选择。注意，“片选”和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地址信号来完成选择。存储器地址空间分配有两种方法:线选法和译码法。a.线选法（会浪费部分地址空间且地址空间不连续）

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。

线选法：地址范围：0xC000~0xDFFF地址范围：0xA000~0xBFFF存储器地址空间分配有两种方法:线选法和译码法。b.译码法（可以利用全部地址空间）

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：…地址范围：0x0000~0x1FFF地址范围：0x2000~0x3FFF

一般“片选”使用高位地址线，芯片内部单元选择使用低位地址线。WHY？常用的译码器芯片有74LS138（3线-8线译码器）、74LS139（双2线-4线译码器）和74LS154（4线-16线译码器）。2.2常用地址译码和锁存芯片常用的锁存器芯片有74LS373（8位锁存器）、74LS573（8位锁存器）等。373和573功能完全一样，仅引脚排列不同。2.2常用地址译码和锁存芯片3、程序存储器的扩展单片机的地址总线为16位，扩展的片外ROM的最大容量为64KB，地址为0000H～FFFFH。扩展片外RAM的最大容量为64KB，地址也为0000H～FFFFH

由于51单片机采用不同的控制信号和指令进行访问，尽管ROM与RAM的地址是重叠的，也不会发生混乱。扩展外部程序存储器的地址指针为程序计数器PC和数据指针DPTR。

扩展的外部程序存储器多使用EPROM、EEPROM类型和FLASH类型EPROM芯片简介EPROM的典型芯片是27系列产品，例如，2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB）。型号“27”后面的数字表示其位存储容量。如果换算成字节容量，只需将该数字除以8即可。例如，“27128”中的“27”后的数字“128”，128/8

=16KB随着大规模集成电路技术的发展，大容量存储器芯片产量剧增，售价不断下降，性价比明显增高，且由于小容量芯片停止生产，使市场某些小容量芯片价格反而比大容量芯片还贵。所以，应尽量采用大容量芯片。芯片引脚功能：A0～A15：地址线引脚。它的数目由芯片的存储容量决定，用于进行单元选择。D7～D0：数据线引脚。

：片选控制端。

：输出允许控制端。

：编程时，编程脉冲的输入端。

VPP：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端。

VCC：+5V，芯片的工作电压。

GND

：数字地。

NC：无用端。外部程序存储器扩展电路：P2.0–P2.4ALE8051P0__EA_____PSENA8–A12A7:A02764A___CED0~D7___OEG___OED7:D074HC373Q7:Q0片外ROM的访问时序：4、数据存储器的扩展

外部数据存储器的寻址范围为64KB，地址0000H-FFFFH

地址总线为16位，由P2和P0组成；数据总线为8位，由P0组成；控制总线由ALE、/WR、/RD组成；外部RAM在64KB范围内寻址时，地址指针为DPTR。

数据存储器的扩展与程序存储器的扩展相类似,不同之处主要在于控制信号的接法不一样,不用/PSEN信号,而用/WR和/RD信号,且直接与数据存储器的/WE端和/OE端相连即可。在8位单片机应用系统中，外部扩展的数据存储器主要采用静态数据存储器（SRAM）。单片机系统中常用的RAM芯片的典型型号有6116（2KB

），6264（8KB），62128（16KB），62256（32KB）。6116为24脚封装，6264、62128、62256为28脚封装。这些RAM芯片的引脚如图8-15所示。SRAM芯片简介芯片引脚功能：A0～A14：地址输入线。D0～D7：双向三态数据线。

：片选信号输入线。对6264芯片，当24脚（CS）为高电平且

为低电平时才选中该片。

：读选通信号输入线，低电平有效。

：写允许信号输入线，低电平有效。VCC

—工作电源+5V。GND—地。数据存储器扩展电路G___OED7:D074HC373Q7:Q0P2.0–P2.4ALE8051P0__EA___RD___WRP2.7A8–A12A7:A06264D0~D7___OE___CE___WECS+5V外部RAM读时序为：外部RAM的读写时序外部RAM写时序为：外部RAM的读写编程KEIL-C中外部ROM、RAM空间的设置片外ROM地址范围片外RAM地址范围例：如图单片机AT89S51扩展了2片6264（8KBRAM）和2片2764（8KBROM）试写出访问地址。1、使用C语言进行编程，一般情况下，我们用到外部RAM时，只关心存储空间是否够大，而并不关心所使用的存储单元的具体地址。这是只需要定义变量，并指定存储空间为外部RAM即可。例如：unsignedcharxdataucTable[255]；

…… for(i=0;i<255;i++) { ucTable[i]=I; } ……外部RAM读写的C语言编程2、在某些场合我们希望指定所使用的外部RAM的具体地址，这时可使用XBYTE关键字例如：XBYTE[0x5000]=0x25;

向地址0x5000的存储单元写入数据0x25或：#defineADDR1XBYTE[0x1FF0]……ADDR1=0x25;a=ADDR1;……

这种方法在单片机扩展外部IO资源和其他可编程资源时应用相当广泛，如可编程外围并行接口8255、外部锁存器、并行A/D、并行D/A等．外部RAM读写的C语言编程小结单片机扩展外部ROM和RAM的步骤：1、根据外部总线的连接原则，连接单片机和存储器芯片；重点是根据地址分配的要求，设计地址总线的连接。2、在Keil软件中，设置好外部ROM和RAM