第八章扩展存储器

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1、8.1概述 8.2系统总线及总线构造 8.3地址空间分配和外部地址锁存器 8.4程序存储器的扩展 8.5静态数据存储器的扩展 8.6 EPROM和RAM的综合扩展 8.7ATMEL 89C 51/89C55单片机的片 内闪烁存储器 第8章 MCS-51的扩展存储器的设计 【学习目标】 1.理解单片机的系统总线 2.理解3种译码方法 3.理解外部ROM、RAM的扩展 【重点内容】 1.掌握全译码方法 2.掌握外部数据存储器和程序存储器的扩展方法 8.1 概述 片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能部 件：系统扩展问题，内容主要有： (1)外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存储器

2、和 外部数据存储器） (2) I/O接口部件的扩展。 本章介绍MCS 51单片机如何扩展外部存储器，I/O接 口部件的扩展下一章介绍。 系统扩展结构如下图: MCS-51单片机外部存储器结构:哈佛结构（程序存储器和数据 存储器空间截然分开） 。 MCS-96单片机的存储器结构:普林斯顿结构（也称冯诺伊曼 结构，是一种将程序存储器和数据存储器合并在一起的存 储器结构 ）。 MCS-51数据存储器和程序存储器的最大扩展空间各为64KB。 系统扩展首先要构造系统总线。 8.2 系统总线及总线构造 8.2.1 系统总线 总线：连接计算机各部件的一组公共信号线。 按其功能通常把系统总线分为三组： 1.地

3、址总线（Adress Bus,简写AB） 2.数据总线(Data Bus，简写DB) 3.控制总线（Control Bus，简写CB） 8.2.2 构造系统总线 系统扩展的首要问题: 构造系统总线，然后再往系统总线上“挂”存储器芯片或 I/O接口芯片，“挂”存储器芯片就是存储器扩展，“挂 ”I/O接口芯片就是I/O扩展。 MCS-51由于受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线复用。 为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般 CPU相类似的片外三总线，见图8-2。 地址锁存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址总线的扩 展电路如下图(图8-3)。 1.以P0口作为低8位

4、地址/数据总线。 2以P2口的口线作高位地址线。 3.控制信号线。 *使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 *以PSEN*信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 *以EA*信号作为内外程序存储器的选择控制信号。 *由RD*和WR*信号作为扩展数据存储器和I/O口的 读选通、写选通信号。 思考题： 请问执行 MOVX A,DPTR指令时，RD和WR引脚的状态？ 8.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器 8.3.1 存储器地址空间分配 存储器空间分配除考虑地址线连接外，还讨论各存储器芯片在整个 存储空间中所占据的地址范围。 单片机地址总线为16条，可寻址的最大空间为64KB，用户可根据

5、系统的 需要确定扩展存储器容量的大小。 存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题，即给存储单元分配地址。 存储器通常由多块芯片组成，编址分为两个层次：芯片内部存储单元编 址和存储器芯片编址。要完成这种功能，必须进行两种选择： “片选 ”和 “单元选择”。片选用高位地址（片外地址）单元选择用地位地 址（片内地址）。 （举例：教室编号） 00 01 10 11 #0楼 00 01 10 11 #1楼 常用的存储器地址分配的方法有3种：全译码、部分译码和线 选法。 1. 全译码 利用系统的全部的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口 芯片）的片选信号。 特点：地址与存储单元一一对应，地址空间的利用率高

6、。 例8-1： 利用全译码为80C51扩展16KB的外部数据存储器，存 储芯片选用SRAM6264，要求外部数据存储器占用从0000H开 始的连续地址空间。 这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关的地址线连线， 电路如下图。 地址范围分析： 1#:0000H 1FFFH; 2# :2000H3FFFH 例如：把外部RAM的1000H单元的数据传送到外部RAM的2000H单 元，程序编制为： MOV DPTR,#1000H MOVX A,DPTR MOV DPTR,#2000H MOVX DPTR,A 例8.2 利用全译码为80C51扩展40KB的外部数据存储器，存储 器芯片选用SRAM626

7、4.要求外部数据存储器占用从6000H开 始的连续地址空间。 分析：需要使用5片6264芯片： 1#芯片地址：6000H7FFFH 2#芯片地址：8000H9FFFH 3#芯片地址：A000HBFFFH 4#芯片地址：C000HDFFFH 5#芯片地址：E000HFFFFH 扩展的芯片较多时，译码电路需使用专用译码器，3-8 译码器74LS138是一种常用的地址译码器： 2. 部分译码 利用系统的部分高位地址线作为译码电路的输入信号进 行译码。 缺点：地址与存储单元不是一一对应的，而是一个单元对 应多个地址。即在部分译码电路中，有若干条地址线不参 与译码，会出现地址重叠现象，造成地址空间的浪费

8、。 优点：译码电路简单，设计方便。 例8.3 分析下图中的译码方法，写出存储器芯片SRAM6264占 用的地址范围。 分析：6264芯片的地址为：010000000000000B-011111111111111B P2.5是无关位。 无关位为为0时时的地址为为基本地址:4000H5FFFFH ； 无关位为为1时时的地址为为重叠地址:6000H7FFFFH ； 思考题题：分析P2.6作为为无关位时时的基本地址和重叠地址。 3. 线选法 直接利用系统的高位地址线中的某一条线作为芯片的片 选信号。 优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小， 成本低。 缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连

9、 续，地址不唯一。 例8.4 分析下图中的译码方法，写出各存储器芯 片SRAM6264占用的地址范围。 分析： 1#芯片地址范围围：C000HDFFFH 2#芯片地址范围围：A000HBFFFH 3#芯片地址范围围：6000H7FFFH 8.4 程序存储器的扩展 特点：采用只读存储器，非易失性。分类如下： （1）掩膜ROM 在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。 （2）可编程ROM（PROM） 用独立的编程器写入。但PROM只能写入一次，且不能再 （3）EPROM 电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。 （4）E2PROM（ EEPROM） 电信号编程，电信号擦除的ROM芯片。

10、读写操作与RAM几乎 没有什么差别，只是写入的速度慢一些。但断电后能够保 存信息。 （5）Flash ROM 又称闪烁存储器，简称闪存。非易失性，电擦除型，可快速 在线修改，大有取代E2PROM的趋势。 8.4.1 常用EPROM芯片介绍 典型芯片是27系列产品，例如， 2764（8KB8）、27128（ 16KB8）、27256（32KB8）、27512（64KB8）。 “27”后面的数字 表示其位存储容 量。扩展程序存 储器时，应尽量 用大容量的芯片 。 8.4.3 典型的EPROM接口电路 1.使用单片EPROM的扩展电路 下图为外扩8K字节的EPROM 2764的接口电路图 ，地址范围

11、为 ：2000H3FFFH。 下图为外扩16K字节的EPROM 27128的接口电路图 。 MCS-51外扩单片32K字节的EPROM 27256的接口。 2. 使用多片EPROM的扩展电路 MCS-51扩展4片27128。 补充：74LS139（双2-4译码器） 引脚如下图 8.5 静态数据存储器的扩展 8.5.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片 数据存储器分类：静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。 单片机系统中外扩的RAM都采用SRAM。 典型型号有:6116、6264、62128、62256。 各引脚功能如下: A0A14：地址输入线。 D0D7：双向三态数据线。 CE*：

12、片选信号输入。对于6264芯片，当26脚(CS)为高电平 时, 且CE*为低电平时才选中该片。 OE*：读选通信号输入线。 WE*：写允许信号输入线，低电平有效。 Vcc：工作电源+5V GND：地 8.5.2 外扩数据存储器的读写操作时序 1.读片外RAM操作时序 执行指令：MOVX A,DPTR 时： 2. 写片外RAM操作时序 写是CPU主动把数据送上P0口总线。故在时序上，CPU先 向P0口总线上送完8位地址后，在S3状态就将数据送到P0 口总线。执行指令：MOVX DPTR,A 时。 8.5.3 典型的外扩数据存储器的接口电路 图8-21给出了用线选法扩展8031外部数据存储器的电路

13、。 地址线为A0A12，故8031剩余地址线为三根。用线选法可 扩展3片6264。3片6264对应的存储器空间如下表。 译码选通法扩展,如下图所示。 各片62128地址分配如下： P2.6 P2.7 译码输出 选中芯片 地址范围 存储容量 0 0 YO* IC1 0000H-3FFFH 16K 0 1 Y1* IC2 4000H-7FFFH 16K 1 0 Y2* IC3 8000H-BFFFH 16K 1 1 Y3* IC4 C000H-FFFFH 16K 单片62256与8031的接口电路如图8-23所示。地址范围为0000H 7FFFH。 例8-1 编写程序将片外数据存储器中5000H5

14、0FFH单元全部清 零。 方法1：用DPTR作为数据区地址指针，同时使用字节计数器。 MOV DPTR，#5000H；设置数据块指针的初值 MOV R7，#00H ；设置块长度计数器初值 CLR A LOOP： MOVX DPTR，A ；把某一单元清零 INC DPTR ；地址指针加1 DJNZ R7，LOOP ；数据块长度减1，若不为0则继续清零 HERE： SJMP HERE ；执行完毕，原地踏步 方法2：用DPTR作为数据区地址指针，但不使用字节计数器， 而是比较特征地址。 MOV DPTR，#5000H CLR A LOOP：MOVX DPTR，A INC DPTR MOV R7，DP

15、L CJNE R7，#0，LOOP ；与末地址+1比较 HERE：SJMP HERE 8.6 EPROM和RAM的综合扩展 8.6.1 综合扩展的硬件接口电路 例8-2 采用线选法扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM 选6264，EPROM选2764。扩展接口电路见下图。 例8-3 采用译码器法扩展2片8KB EPROM，2片8KB RAM。EPROM 选用2764，RAM选用6264。共扩展4片芯片。扩展接口电路 见图8-25。 各存储器的地址范围如下： 译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的。 8.6.2 外扩存储器电路的工作原理及软件设计 1. 单片机片外程序区读指

16、令过程 2. 单片机片外数据区读写数据过程 例如：把片外1000H单元的数送到片内RAM 50H单元，程序如 下： MOV DPTR，#1000H MOVX A，DPTR MOV 50H，A 例如：把片内50H单元的数据送到片外1000H单元中，程序如 下： MOV A,50H MOV DPTR,#1000H MOVX DPTR,A 使用MOVX A,Ri和MOVX Ri,A。这时通过P0口输出Ri 中的内容（低8位地址），而把P2口原有的内容作为高8位 地址输出。 例8-4 将程序存储器中以TAB为首址的32个单元的内容依次 传送到外部RAM以7000H为首地址的区域去。 分析：DPTR指向标号TAB的首地址。R0既指示外部RAM的地址 ，又表示数据标号TAB的位移量。本程序的循环次数为32 ，R0的值：031，R0的值达到32就结束循环。程序