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1、第第8 8章章 MCSMCS- -5151单片机扩展存储器扩展技术单片机扩展存储器扩展技术 8 81 MCS-511 MCS-51单片机扩展系统的基本电路单片机扩展系统的基本电路 8 81 11 MCS-511 MCS-51单片机扩展的必要性单片机扩展的必要性 8 81 12 2 单片机扩展系统的总线配置单片机扩展系统的总线配置 8 81 13 3 地址锁存器地址锁存器 8 81 14 MMCS-514 MMCS-51单片机扩展接口的编址方法单片机扩展接口的编址方法 8 82 2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 8 82 21 1 紫外光擦除可编程的紫外光擦除可编程的EPROMEPROM程序
2、存储器的扩展程序存储器的扩展 8 82 22 2 电擦除可编程的电擦除可编程的E2PROME2PROM程序存储器的扩展程序存储器的扩展 8 82 23 Flash3 Flash存储芯片介绍存储芯片介绍 8 83 3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 8 83 31 1 常用的常用的SRAMSRAM芯片芯片 8 83 32 2单片机与静态数据存储器的接口单片机与静态数据存储器的接口 8 84 4 单片机与外部数据存储器单片机与外部数据存储器( (或或I IO O芯片芯片) )数据交换数据交换 8 85 5 超过超过64KB64KB的外部数据存储空间的扩展的外部数据存储空间的扩展 8 86 6 扩
3、展存储器扩展存储器(I(IO O口口) )接口电路综合应用实例接口电路综合应用实例本章定位本章定位 知识提高知识提高第第8 8章章 MCSMCS- -5151单片机扩展存储器扩展技术单片机扩展存储器扩展技术8.1 8.1 MCS-51MCS-51单片机扩展系统的基本电路单片机扩展系统的基本电路8.1.1 8.1.1 必要性必要性片内的资源如片内的资源如不满足不满足需要，需外扩存储器和需要，需外扩存储器和I/OI/O功能部件：功能部件：系统扩展系统扩展问题，内容主要有：问题，内容主要有：(1)(1)外部存储器的扩展外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存储器（外部存储器又分为外部程序存储器和
4、外部数据存储器）和外部数据存储器）(2)(2) I/O I/O接口部件的扩展接口部件的扩展。本章介绍本章介绍MCS 51MCS 51单片机如何扩展外部存储器，单片机如何扩展外部存储器，I/OI/O接口接口部件的扩展第部件的扩展第9 9章有介绍。章有介绍。 系统扩展结构如下图系统扩展结构如下图: :MCS-51MCS-51单片机外部存储器结构单片机外部存储器结构: :哈佛结构哈佛结构 。MCS-51MCS-51数据存储器和程序存储器的数据存储器和程序存储器的最大扩展空间各为最大扩展空间各为6464KBKB。系统扩展首先要系统扩展首先要构造系统总线构造系统总线。8.8.1.2 1.2 系统总线配置
5、系统总线配置系统总线系统总线按其功能通常把系统总线分为三组：按其功能通常把系统总线分为三组： 1. 1.地址总线地址总线（AdressAdress Bus, Bus,简写简写ABAB） 2.2.数据总线数据总线( (Data BusData Bus，简写简写DB)DB) 3.3.控制总线控制总线（Control BusControl Bus，简写简写CBCB） 构造系统总线构造系统总线 系统扩展的首要问题系统扩展的首要问题: : 构造系统总线，然后再往系统总线上构造系统总线，然后再往系统总线上“挂挂”存储器存储器芯片或芯片或I/OI/O接口芯片，接口芯片，“挂挂”存储器芯片就是存储器存储器芯片
6、就是存储器扩展，扩展，“挂挂”I/OI/O接口芯片就是接口芯片就是I/OI/O扩展。扩展。MCS-51MCS-51由于受引脚数目的限制，数据线和低由于受引脚数目的限制，数据线和低8 8位地址线位地址线复用。复用。为了将它们分离出来，需要为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器外加地址锁存器，从而构，从而构成与一般成与一般CPUCPU相类似的片外三总线，见相类似的片外三总线，见8.1.38.1.3节节。 8.8.1.3 1.3 地址锁存器地址锁存器常用的常用的地址锁存器芯片有地址锁存器芯片有: 74: 74LS373LS373、82828282、74LS57374LS573等。等。1. 1. 锁存
7、器锁存器7474LS373LS373带有三态门的带有三态门的8 8D D锁存器锁存器, ,其引脚其内部结构如下图。其引脚其内部结构如下图。 引脚说明如下引脚说明如下: :D7D7D0:D0: 8 8位数据输入线。位数据输入线。Q7Q7Q0:Q0: 8 8位数据输出线。位数据输出线。G:G:数据输入锁存选通信号数据输入锁存选通信号, , OEOE* *: : 数据输出允许信号数据输出允许信号2. 2. 锁存器锁存器82828282功能及内部结构与功能及内部结构与7474LS373LS373完完全一样，只是其引脚的排列全一样，只是其引脚的排列与与7474LS373LS373不同不同 ，828282
8、82的引的引脚如下图。脚如下图。 地址锁存器地址锁存器常采用常采用7474LS373LS373，采用采用7474LS373LS373的地址总线的地址总线的扩展电路如下图的扩展电路如下图。+ 8.8.1.4 1.4 单片机扩展接口的编址方法单片机扩展接口的编址方法 1.1.以以P0P0口作为低口作为低8 8位地址位地址/ /数据总线。数据总线。 2 2以以P2P2口的口线作高位地址线。口的口线作高位地址线。 3. 3.控制信号线。控制信号线。* *使用使用ALEALE信号作为低信号作为低8 8位地址的锁存控制信号。位地址的锁存控制信号。* *以以PSENPSEN* *信号作为扩展信号作为扩展EP
9、ROMEPROM存储器的读选通信号。存储器的读选通信号。* *以以EAEA* *信号作为内外程序存储器的选择控制信号。信号作为内外程序存储器的选择控制信号。* *由由RDRD* *和和WRWR* *信号作为扩展数据存储器和信号作为扩展数据存储器和I/OI/O口的口的 读选通、写选通信号。读选通、写选通信号。 尽管尽管MCS-51MCS-51有有4 4个并行个并行I/OI/O口，共口，共3232条口线，但由于系统扩展需条口线，但由于系统扩展需要，要，真正作为数据真正作为数据I/OI/O使用的，就剩下使用的，就剩下P1P1口和口和P3P3口的部分口口的部分口线。线。简言之：简言之：A A）EPRO
10、MEPROM单独单独，RAMRAM和和I/OI/O统一统一。（讲述）（讲述）B)B) E E2 2PROM,RAMPROM,RAM和和I/OI/O统一统一。（简单）（简单）8.8.2 2 程序存储器程序存储器EPROMEPROM的扩展的扩展 采用只读存储器，非易失性。采用只读存储器，非易失性。（1 1）掩膜）掩膜ROMROM在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。在制造过程中编程。成本较高，因此只适合于大批量生产。（2 2）可编程）可编程ROMROM（PROMPROM）用独立的编程器写入。但用独立的编程器写入。但PROMPROM只能写入一次，且不能再修改。只能写入一次，且不能再修改
11、。（3 3）EPROMEPROM电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。（4 4）E E2 2PROMPROM（ EEPROM EEPROM）电信号编程，电信号擦除的电信号编程，电信号擦除的ROMROM芯片。读写操作与芯片。读写操作与RAMRAM几乎没有几乎没有什么差别，只是写入的速度慢一些。但断电后能够保存信息。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 5）Flash ROMFlash ROM又称闪烁存储器，简称闪存。又称闪烁存储器，简称闪存。大有取代大有取代E E2 2PROMPROM的趋势。的趋势。 8.8.2.1 EPROM2.
12、1 EPROM程序存储器的扩展程序存储器的扩展1.1.常用常用EPROMEPROM芯片介绍芯片介绍典型芯片是典型芯片是2727系系列列产品，例如，产品，例如， 27642764（8 8KB8KB8）、）、2712827128（16KB816KB8）、）、2725627256（32KB832KB8）、）、2751227512（64KB864KB8）。）。 “27”“27”后面的数字关系其位存储容量。后面的数字关系其位存储容量。扩展程序存储器时，应尽量用扩展程序存储器时，应尽量用大容量大容量的芯片。的芯片。 常用的常用的EPROMEPROM芯片芯片 图见图见8-48-4（P115P115） （PP
13、TPPT下页下页） ， 参数见表参数见表8-38-3。引脚功能如下：引脚功能如下：A0A0A15A15：地址线引脚。地址线引脚。 数目取决于存储容量，数目取决于存储容量， 用来进行单元选择。用来进行单元选择。D7D7D0D0：数据线引脚数据线引脚CECE* *：片选输入端片选输入端OEOE* * ：输出允许控制端输出允许控制端PGMPGM* *：编程时，加编程脉冲的输入端编程时，加编程脉冲的输入端VppVpp：编程时，编程电压（编程时，编程电压（+12+12V V或或+25+25V V）输入端输入端VccVcc：+5V+5V，芯片的芯片的工作工作电压。电压。 GNDGND：数字地。数字地。 N
14、CNC：无用端无用端EPROMEPROM芯片的工作方式芯片的工作方式（1 1）读出方式）读出方式 片选控制线为低片选控制线为低, ,同时输出允许控制线为低，同时输出允许控制线为低，VppVpp为为+5+5V V，指定地址单元的内容从指定地址单元的内容从D7D7D0D0上读出。上读出。 （2 2）未选中方式）未选中方式 片选控制线为高电平。片选控制线为高电平。（3 3）编程方式）编程方式 VppVpp端加上规定高压端加上规定高压, , CECE* *和和OEOE* *端加合适电平端加合适电平( (不同的芯片要求不同不同的芯片要求不同) )，就能将数据线上的数据，就能将数据线上的数据写入到指定的地
15、址单元。写入到指定的地址单元。 （4 4）编程校验方式）编程校验方式 （5 5）编程禁止方式）编程禁止方式 输出呈高阻状态，不写入程序。输出呈高阻状态，不写入程序。2 2 单片单片EPROMEPROM扩展电路扩展电路使使用用单单片片EPROMEPROM的的扩扩展展电电路路时时，27162716、2732 2732 EPROMEPROM价价格格贵，容量小，且难以买到。贵，容量小，且难以买到。仅介绍仅介绍27642764、2712827128、2725627256、2751227512芯片的接口电路。芯片的接口电路。 例例8-18-1 8-58-5图为图为外扩外扩1616K K字节的字节的EPRO
16、M 27128EPROM 27128的接口电路图的接口电路图 。8-68-6图为图为外扩外扩1616K K字节的字节的EPROM 27256EPROM 27256的接口电路图的接口电路图 。8-78-7图为图为外扩外扩1616K K字节的字节的EPROM 27512EPROM 27512的接口电路图的接口电路图 。8-58-5图为图为外扩外扩1616K K字节的字节的EPROM 27128EPROM 27128的接口电路图的接口电路图图图8-6 MCS-518-6 MCS-51外扩单片外扩单片32K32K字节的字节的EPROM EPROM 2725627256的接口。的接口。 程序存储器所占的
17、地址空间。程序存储器所占的地址空间。3 3 多片多片EPROMEPROM的扩展电路的扩展电路常用的存储器地址分配的方法有两种：常用的存储器地址分配的方法有两种：线性选择法线性选择法（简称线选法）和（简称线选法）和地址译码法地址译码法（简称译码法）。（简称译码法）。1 1） 线选法线选法 直接利用直接利用系统的高位地址线系统的高位地址线作为存储器芯片（或作为存储器芯片（或I/OI/O接接口芯片）的片选信号。口芯片）的片选信号。 优点：优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小， 成本低。成本低。 缺点：缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连可寻址的
18、器件数目受到限制，地址空间不连 续，地址不唯一。续，地址不唯一。例例8-2 8-2 某一系统，需要外扩某一系统，需要外扩8 8KBKB的的EPROMEPROM（3 3片片62646264），），这些芯片与这些芯片与MCS-51MCS-51单片机地址分配有关的地址线连单片机地址分配有关的地址线连线如图线如图8-88-8。 放8-8放地址p121当要选中某个芯片时，单片机当要选中某个芯片时，单片机P2P2口对应的片选信号引脚应为低电口对应的片选信号引脚应为低电平，平，其它引脚一定要为高电平其它引脚一定要为高电平。线线选选法法特特点点：简简单单明明了了，不不需需另另外外增增加加硬硬件件电电路路。只只
19、适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统。适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统。2 2） 译码法译码法 最最 常常 用用 的的 译译 码码 器器 芯芯 片片 ： 7474LS138LS138（ 3-83-8译译 码码 器器 ）7474LS139LS139（双双2-42-4译译码码器器）。可可根根据据设设计计任任务务的的要要求求，产生片选信号。产生片选信号。全译码：全译码：全部高位地址线都参加译码；全部高位地址线都参加译码；部分译码：部分译码：仅部分高位地址线参加译码。仅部分高位地址线参加译码。 (1)74 (1)74LS138LS138（3 38 8译码器）译码器） 引引脚脚如如图图8-8-9
20、 9，译译码码功功能能如如表表8-8-5 5（P121P121）所所示示。当当译译码码器器的的输输入入为为某某一一个个固固定定编编码码时时，其其输输出出只只有有某某一一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。图图8-9 74LS138引脚引脚 7474LS138LS138译码器真值表译码器真值表 ( 2) 74( 2) 74LS139LS139（双双2-42-4译码器）译码器） 引脚如下图。真值表如表引脚如下图。真值表如表8-8-6 6（P122P122）所示。所示。下面以下面以7474LS138LS138为例为例, , 介绍如何进行地址分配。介绍如
21、何进行地址分配。例例8-38-3 要扩要扩2 2片片8 8KBKB的的RAM 6264RAM 6264，图图8-118-11。 4 4片片2712827128，图，图8-128-12。图8-113 3）部分译码法）部分译码法 可把空间划分的更细。可把空间划分的更细。例例8-48-4 如果如果用用7474LS138LS138把把6464K K空间全部划分为每块空间全部划分为每块4 4KBKB，如何划如何划分呢？见下图分呢？见下图8-138-13。还可放还可放两级两级译码译码8.8.3 3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展DRAM SRAMDRAM SRAM8.8.3.1 3.1 常用的静态常用的
22、静态RAMRAM（SRAMSRAM）芯片芯片典型型号有典型型号有: :61166116、62646264、6212862128、6225662256。+5+5V V电源供电，双列电源供电，双列直插封装，引脚如图直插封装，引脚如图8-188-18。各引脚功能如下各引脚功能如下: : A0 A0A14A14：地址输入线。地址输入线。 D0 D0D7D7：双向三态数据线。双向三态数据线。 CECE* *：片片选选信信号号输输入入。对对于于62646264芯芯片片，当当2626脚脚( (CS)CS)为为 高高电电平平时时, ,且且CECE* *为低电平时才选中该片。为低电平时才选中该片。 O OE E
23、* *：读选通信号输入线。：读选通信号输入线。 WE WE* *：写允许信号输入线。写允许信号输入线。 VccVcc：工作电源工作电源+5+5V V GNDGND：地地有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制有读出、写入、维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制如表如表8-8-9(P132)9(P132)。 8.5.8.5.2 2 典型的外扩数据存储器的接口电路典型的外扩数据存储器的接口电路例例8-8 8-8 单片单片6225662256与与80318031的接口电路的接口电路如图如图8-8-1919所示。地址范围所示。地址范围为为00000000H H7FFFH7FFFH。 例
24、例8-98-9 图图8-28-20 0给出了用线选法扩展给出了用线选法扩展80318031外部数据存储外部数据存储器的电路器的电路。 地址线为地址线为A0A0A12A12，故故80318031剩余地址线为三根。用线剩余地址线为三根。用线选法可扩展选法可扩展3 3片片62646264。3 3片片62646264对应的存储器空间如对应的存储器空间如下表。下表。例例8-108-10 译码选通法扩展译码选通法扩展, ,如下页图如下页图8-218-21所示。所示。各片各片62128地址分配见表地址分配见表8-11。 表表8-9 各片各片62128地址分配地址分配 P2.6 P2.7 译码输出译码输出 选
25、中芯片选中芯片 地址范围地址范围 存储容量存储容量 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 16K8.4 8.4 单片机与外部数据存储器单片机与外部数据存储器( (或或I/OI/O芯片芯片) )数据交换数据交换完完成成外外部部数数据据存存储储器器( (或或I/0I/0芯芯片片) )的的接接口口电电路路, ,给给出出存存储储单单元元地地址址后后, ,单单片片机机可可通通过过下下列列指指令令完完成成数数据交换。据交换。8.5
26、 8.5 超过超过64kB64kB的外部数据存储空间的扩展的外部数据存储空间的扩展 自学了解自学了解8.6 8.6 扩展存储器扩展存储器(I/O(I/O口口) )接口电路综合应用实例接口电路综合应用实例例例8-13 8-13 线选法应用实例。线选法应用实例。没某一单片机应用系统没某一单片机应用系统, ,需外扩需外扩4B4B的的EPR0M(EPR0M(一片一片2732),4KB2732),4KB的的RAM(RAM(两片两片6116),6116),还需外扩两片还需外扩两片82558255并行接口芯片。这些芯片与并行接口芯片。这些芯片与MCS51MCS51单片机的连接电路如单片机的连接电路如图图8-248-24所示。所示。
