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1、51单片机扩展 存储器的设计,第8章,8.1 概述,MCS51系统扩展的内容主要有外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存储器和外部数据存储器）和IO接口部件的扩展。,8.2 系统总线及总线构造,8.2.1 系统总线 定义: 连接计算机各部件的一组公共信号线。 MCS51使用的是并行总线结构，按其功能通常把系统总线分为三组，即： 1地址总线（Address BuS，简写 AB） 2数据总线（DataBus，简写 DB） 3控制总线（COntrol Bus，简写CB）,MCS5l单片机受引脚数目的限制，数据线和低8位地址线是复用的，由P0口线兼用。为了将它们分离出来，需要在单片机外部增加地址
2、锁存器，从而构成与一般CPU相类似的片外三总线，如图82所示。,8.2.2 构造系统总线,8.2.3 单片机系统的串行扩展技术,串行扩展技术具有显著的优点: 一般地说，串行接口器件体积小，因而，所占用电路板的空间，仅为并行接口器件的10，明显地减少了电路板空间和成本。 串行接口器件与单片机接口时需要的IO口线很少（仅需 34根），极大地简化了器件之间的连接，进而提高了可靠性。 串行扩展是通过串行接口实现的，这样可以减少芯片的封装引脚，降低成本，简化系统结构，增加系统扩展的灵活性。,8.3 读写控制、地址空间分配 和外部地址锁存器,8.3.1 存储器扩展的读写控制 RAM的特点: 外扩的RAM芯
3、片既能读出又能写入，所以通常都有读写控制引脚，记为 和 。外扩RAM的读、写控制引脚分别与MCS5l的 和 引脚相连。 EPROM的特点:外扩的EPROM在正常使用中只能读出，不能写入，故 EPROM芯片没有写入控制引脚，只有读出引脚，记为 ，该引脚与MCS51单片机的 相连。,8.3.2 存储器地址空间分配,存储器的地址空间的分配问题 在实际的单片机应用系统设计中，既需要扩展程序存储器，往往又需要扩展数据存储器。在MCS51扩展多片的程序存储器、数据存储器芯片的情况下，如何把外部各自的64 KB空间分配给各个芯片，并且使程序存储器的各个芯片之间，数据存储器（IO接口芯片也作为数据存储器一部分
4、）各芯片之间，地址不发生重叠，从而避免发生数据冲突。 存储器的地址空间分配，实际上就是通过地址线，与存储器芯片的地址引脚适当连接，最终达到一个存储器单元对应一个地址的要求。,MCS51发出的地址是用来选择某个存储器单元，在外扩的多片存储器芯片中，MCS51要完成这种功能，必须进行两种选择：一是必须选中该存储器芯片（或IO接口芯片），这称为片选，只有被选中的存储器芯片才能被MCS51读出或写入数据。二是必须选择该芯片的某一单元，称为单元选择。为了芯片选择（片选）的需要，每个存储器芯片都有片选信号引脚，因此芯片选择的实质就是如何通过MCS5l的地址线来产生芯片的片选信号。 常用的存储器地址分配的方
5、法有两种：线性选择法（简称线选法）和地址译码法（简称译码法）。,1线选法 线选法就是直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或IO接口芯片）的片选信号。只需要把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接连接即可。,6116（1）的地址变化范围为：E000HEFFFH 6116（2）的地址变化范围为：D000HDFFFH 2732（2）的地址变化范围为： B000HBFFFH 2732（1）的地址变化范围为：7000H7FFFH,2译码法 (全译码、部分译码) 介绍几种常用的译码器芯片 （1） 74LS138,（2）74LS139 (双2线4线译码器),【例题】下面我们以 74LS138为例，来介绍如
6、何进行地址分配。例如要扩8片8 KB的RAM 6264，如何通过74LS138把64 KB空间分配给各个芯片？,地址译码关系图,如果用74LS138把64 KB空间全部划分为每块4 KB，如何划分呢？,8.3.3 外部地址锁在器,MCS51单片机受引脚数的限制，数据线和地址线是复用的，由P0口线兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机片外的扩展芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器。目前，常用的地址锁存器芯片有：74LS373、8282、74LS573等。下面就这几种地址锁存器进行介绍,1锁存器74LS373,其引脚说明如下： D7D0：8位数据输入线。 Q7Q0：8位数据输出线。 G：
7、数据输入锁存选通引脚，高电平有效。当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。 ：数据输出允许引脚，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。,74LS373功能表,74LS373 的用法,2. 锁存器8282,8282各引脚的功能如下： D7D0：8位数据输入线。 Q7Q0：8位数据输出线。 STB：数据输入锁存选通引脚，高电平有效。当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存。该引脚相当于74LS373的G端。 ：数据输出允许引脚，低电平有效。当该信号为低电平时，锁存器中
8、数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。,8282的用法,8282和74LS373在实际应用中的区别,3锁存器 74LS573,74LS573各引脚的功能如下： D7D0：8位数据输入线。 Q7Q0：8位数据输出线。 G：数据输入锁存选通引脚。该引脚 与74LS373 G端的功能相同。 ：数据输出允许引脚，低电平有效。当该信号为低电平时，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。,8.4 程序存储器EPROM的扩展,8.4.1 常用 EPROM芯片介绍 EPROM的典型芯片是27系对产品，例如，2716（2 KB8）、2732（4 KB8）、2764（
9、8KB8）、27128（16KB8）、27256（32 KB8）、27512（64 KB8）。型号名称“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”后面的数字为“128”，1288=16 KB。,1常用的 EPROM芯片,2EPROM芯片的工作方式 EPROM一般都有5种工作方式，由 、 、 各信号的状态组合来确定。,8.4.3 典型的 EPROM接口电路,地址范围为: 00003FFFH 00 ,1使用单片EPROM的扩展电路,地址范围为:,2使用多片EPROM的扩展电路,地址范围为:,8.5 静态数据存储器的扩展,8.5.1
10、 常用的静态RAM（SRAM）芯片,单片机系统中常用的SRAM芯片的典型型号有： 6116（2K8）， 6264 （8K8）， 62128（16K8）， 62256（32K8）。 它们都用单一+5 V电源供电，双列直插封装 。,静态SRAM存储器有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制如表86所示。,几种RAM芯片的主要技术特性见表87,8.5.2 外扩数据存储器的读写操作时序,MCS5l对外扩RAM读和写两种操作时序的基本过程是相同的。所用的控制信号有ALE、 （读）和 （写）,1读片外RAM操作时序,电路的连接: 8031单片机若外扩一片RAM，应将其 引脚与RAM芯片的 引
11、脚连接， 引脚与芯片 引脚连接。ALE信号的作用与8031外扩EPROM作用相同，即锁存低8位地址。,2写片外RAM操作时序,8.5.3 典型的外扩数据存储器的接口电路,1、线选法：,地址译码关系图,2、用译码选通法扩展8051的外部数据存储器,地址译码关系图,4、单片62256与8051的接口电路,地址范围为0000H7FFFH。,【例81】编写程序将片外数据存储器中5000H50FFH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 （00H是循环256 FFH=2
12、56） CLR A LOOP： MOVX DPTR，A ；给一单元送“00H” 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 ；(DPH）=50H， (DPL)=00H CLR A LOOP：MOVX DPTR，A INC DPTR MOV R7，DPL CJNE R7，0，LOOP；与末地址+1比较 HERE： SJMP HERE,8.6 EPROM和RAM的综合扩展,【例
13、82】采用线选法扩展2片8 KB的RAM和2片8 KB的EPROM。RAM芯片选用2片 6264，EPROM芯片选用2片2764，共扩展4片存储器芯片。,（l）控制信号及片选信号 （2）各芯片地址空间分配,8.6.1 综合扩展的硬件接口电路,IC1和IC3占用地址范围为4000H5FFFH,共8KB IC2和IC4占用地址空间为2000H3FFFH,共8 KB,地址译码关系图,【例83】采用译码器法扩展2片8 KB EPROM，2片8 KB RAM。 RPROM选用2764，RAM选用6264。共扩展4片芯片。,地址范围:,（l）控制信号及片选信号 （2）各芯片地址空间分配,地址译码关系图,8
14、.6.2 外扩存储器电路的 工作原理及软件设计,为了弄清楚单片机与扩展的存储器软、硬件之间的关系，结合下图所示译码电路，说明片外读指令和从片外读、写数据的过程。,1单片机片外程序区读指令过程 2单片机片外数据区读写数据过程,当一接通电源，单片机上电复位。复位后程序计数器PC=0000H，PC是程序指针，它总是指向将要执行的程序地址。CPU就从0000H地址开始取指令，执行程序。在取指令期间，PC地址低8位送往P0口，经锁存器锁存到A0A7地址线上。 PC高8位地址送往P2口，直接由P2.0P2.4锁存到A8A12地址线上，P2.5P2.7输入给74LS139进行片选。这样，根据P2、P0口状态
15、则选中了第一个程序存储器芯片IC1（2764）的第一个地址0000H。然后当 端变为低电平时，把0000H中的指令代码经P0口读入内部RAM中，进行译码从而决定进行何种操作。取出一个指令字节后PC自动加1，然后取第二个字节，依次类推。当：PC=1FFFH时，从IC1最后一个单元取指令，然后PC=2000H，CPU向P0、P2送出2000H地址时则选中第二个程序存储器IC2，IC2的地址范围2000H3FFFH，读指令过程同IC1，不再赘述。,1单片机片外程序区读指令过程,当执行程序中，遇到“MOV”类指令时，表示与片内RAM交换数据；当遇到“MOVX”类指令时，表示对片外数据区寻址。片外数据区
16、只能间接寻址。 例如，把片外1000H单元的数据送到片内RAM 50H单元中，程序如下： MOV DPTR，1000H MOVX A，DPTR MOV 50H，A 先把寻址地址1000H送到数据指针寄存器DPTR中，当执行 MOVX A，DPTR时，DPTR的低8位（00H）经P0口输出并锁存，高8位（50H）经P2直接输出，根据P0、P2状态选中IC3（6264）的1000H单元。当读选通信号为低电平时，片外1000H单元的数据经P0口送往A累加器。当执行指令MOV 50H，A时则把该数据存入片内50H单元。,2单片机片外数据区读写数据过程,向片外数据区写数据的过程与读数据的过程类似。 例如，把片内50H单元的数据送到片外1000H单元中，程序如下
