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2、器概述 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所示。MCS-51系列单片机片内程序存储器一览表 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 K
3、B）。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EA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（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
4、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。 6.1.2 程序存储器扩展实例 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 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
5、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，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所示。 (3) 芯片说明。 74LS373
6、。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（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
7、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，管脚如图所示。 其中，A0A11为地址线；O0O7为数据线；CE为片选线；OE/VPP为输出允许/编程高压。 除了12条地址线和8条数据线之外，CE为片选线，低电平有效。也就是说，只有当CE为低电平时，2732才被选中，否则，2732不工作。OE/VPP为双功能管脚，当2732用作程序存储器时，其功能是允许读数据出来；当对EPROM编程（也称为固化程序）时，该管脚用于高电压输入，不同生产厂家的芯片编程电压也有所不同。当我们把它作为程序存储器使用时，不必关心其编程电压。 (4) 扩展总线的
8、产生。 一般的CPU，像INTEL 8086/8088、Z80等，都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS-51系列单片机由于受管脚的限制，数据线与地址线是复用的，为了将它们分离开来，必须在单片机外部增加地址锁存器，构成与一般CPU相类似的三总线结构。 (5) 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
9、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： CE：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。OE：接8031的读选通信号端。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。 (6) 扩展程序存储器地址范围的确定。 单片机扩展存储
10、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：0000H0FFFH8031P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11 A10A9A8A7A6A5A4A3
11、A2A1A02732A11 A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 000000000000 000000000001 000000000010 000000000011 111111111111 (7) 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27
12、32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+PC6.2 数据存储器扩展6.3 6.2.1 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 Random Access MemorySRAM）和动态RAM（D
13、ynamic Random Access MemoryDRAM）两种。前者读/写速度高，一般都是8位宽度，易于扩展，且大多数与相同容量的EPROM引脚兼容，有利于印刷板电路设计，使用方便；缺点是集成度低，成本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是需要增加一个刷新电路，附加另外的成本。 MCS-51单片机扩展片外数据存储器的地址线也是由P0口和P2口提供的，因此最大寻址范围为64 KB（0000HFFFFH）。 一般情况下，SRAM用于仅需要小于64 KB数据存储器的小系统，DRAM经常用于需要大于64 KB的大系统。 6.2.2 SRAM扩展实例 1应用系统中只扩展一片RAM
14、例 在一单片机应用系统中扩展2 KB静态RAM。 (1) 芯片选择。 单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K8位）、6264（8K8位）、62256（32K8位）等。 根据题目容量的要求，我们选用SRAM 6116。它是一种采用CMOS工艺制成的SRAM，采用单一+5 V供电，输入/输出电平均与TTL兼容，具有低功耗操作方式。当CPU没有选中该芯片时（CE =1），芯片处于低功耗状态，可以减少80%以上的功耗。 6116有11条(A0A10)地址线；8条(I/O0I/O7)双向数据线；为片选线，低电平有效；为写允许线，低电平有效；为读允许线，低电平有效。6116的操作方式如表所示。 (2) 硬件电路。单片机与6116的硬件连接如图所示 (3) 连线说明。 6116与单片机的连线如下： 地址线：A0A10连接单片机地址总线的A0A10，即P0.0P0.7、P2.0、P2.1、P2.2共11根。 数据线：I/O0I/O7连接单片机的数据线，即P0.0P0.7。控制线：CE片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15；OE读允许线连接单片机的读数据存储器控制线RD；写允许线WE连
