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44/1第8章MCS-51单片机扩展存储器的设计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。44/2•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。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。44/38.2系统总线及总线构造8.2.1系统总线按其功能通常把系统总线分为三组：1.地址总线（AdressBus,简写AB）2.数据总线(DataBus，简写DB)3.控制总线（ControlBus，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。44/4MCS-51由于引脚数目限制，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。44/5•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。ALE,PSEN*,EA*,RD*和WR*尽管MCS-51有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统扩展需要，真正作为数据I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口线。44/6•8.2.3单片机系统的串行扩展技术•优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/O口线很少（仅需3-4根），提高可靠性。SPI（SerialPeriperalInterface）I2C公用双总线•缺点:串行接口器件速度较慢(现也很快）在大多数应用的场合，还是并行扩展占主导地位。(仪表行业串行占主要）44/78.3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芯片：读写控制引脚，记为/OE和/WE，与MCS-51的/RD和/WR相连。EPROM芯片：只能读出，故只有读出引脚，记为/OE，该引脚与MCS-51的/PSEN相连。44/88.3读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器8.3.2存储器地址空间分配MCS-51发出的地址:用来选择某个存储器单元进行读写，要完成这种功能，必须进行两种选择：①“片选”和②“单元选择”。存储器空间分配①考虑地址线连接，②各存储器芯片在整个存储空间中所占据的地址范围。常用的存储器地址分配的方法有两种：线性选择法（简称线选法）地址译码法（简称译码法）。44/91.线选法直接利用系统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。例某一系统，需要外扩8KB的EPROM（2片2732），4KB的RAM（2片6116），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。地址映射表（高位）：2732(1):0111xxxxB2732(2):1011xxxxB6116(1):1101xxxxB6116(2):1110xxxxB44/102.译码法常用的译码器芯片：74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。全译码：全部高位地址线都参加译码；部分译码：仅部分高位地址线参加译码。(1)74LS138（3～8译码器）44/11(2)74LS139（双2-4译码器）引脚如下图。真值表如表8-2（P168）所示。44/12全地址译码方式，每次只能选中一个存储单元。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。例要扩8片8KB的RAM6264，如何通过74LS138把64KB（地址）空间分配给各个芯片？44/13如果用74LS138把64K空间全部划分为每块4KB，如何划分？44/148.3.3外部地址锁存器常用的地址锁存器芯片有:74LS373、8282、74LS573等。44/153．锁存器74LS573输入的D端和输出的Q端也是依次排在芯片的两侧，与锁存器8282一样，为绘制印刷电路板时的布线提供了方便。44/168.4程序存储器EPROM的扩展只读存储器，非易失性。（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）：OTP(onetimeprogrammable)ROM用独立的编程器写入。但PROM只能写入一次，且不能再修改。（3）EPROM：电信号编程，紫外线擦除。（4）E2PROM（EEPROM）：电信号编程，电信号擦除的ROM芯片。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）FlashROM：又称闪烁存储器，简称闪存。大有取代E2PROM的趋势。44/178.4.1常用EPROM芯片介绍典型芯片是27系列产品，“27”后面的数字表示其位存储容量。2764（8KB×8）27128（16KB×8）27256（32KB×8）27512（64KB×8）CE*：片选输入端/GOE*：输出允许控制端/EPGM*：编程时，加编程脉冲的输入端Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。(余地)44/182.EPROM芯片的工作方式（1）读出方式片选CE*（G）:低输出允许控制OE*（E）:低，Vpp:+5V。（2）编程方式Vpp端加上规定高压,CE*和OE*端加合适电平(不同的芯片要求不同)，就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元。（3）未选中方式片选控制线为高电平。（4）编程校验方式（5）编程禁止方式/OE为高输出呈高阻状态。44/198.4.2程序存储器的操作时序访问程序存储器的控制信号:（1）ALE（2）PSEN*（3）EA*1:片内0：片外如果指令是从片外EPROM中读取，ALE用于低8位地址锁存，PSEN*接外扩EPROM的OE*脚。P0口:分时低8位地址总线和数据总线，P2口:高8位地址线。44/202.操作时序(1)应用系统中无片外RAM与P0、P2相关，从ROM读取指令44/21(2)应用系统中接有片外RAM与P0、P2相关，1）从ROM读取指令2）外部RAM地址、数据44/228.4.3典型的EPROM接口电路1.使用单片EPROM的扩展电路2716、2732EPROM价格贵，容量小，且难以买到。介绍2764、27128、27256、27512芯片的接口电路。44/23外扩16K字节的EPROM27128的接口电路图44/24MCS-51外扩单片32K字节的EPROM27256的接口。44/253.使用多片EPROM的扩展电路MCS-51扩展4片27128各片62128地址分配表P2.6P2.7译码输出选中芯片地址范围存储容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K44/268.5静态数据存储器的扩展8.5.1常用的静态RAM（SRAM）芯片典型型号有:6116、6264、62128、62256。+5V电源供电，双列直插封装，6116为24引脚封装，6264、62128、62256为28引脚封装。各引脚功能如下:A0～A14：地址输入线。D0～D7：双向三态数据线。/CS1、CS2：片选信号输入。对于6264芯片，当26脚(CS2)为高电平时,且/CS1为低电平时才选中。OE*：读选通信号输入线。WE*：写允许信号输入线，低电平有效。44/27626444/28Vcc：工作电源+5VGND：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。44/298.5.2外扩数据存储器的读写操作时序1.读片外RAM操作时序44/302.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。44/318.5.3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。44/32地址线为A0～A12，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。44/33•各片62128地址分配表P2.6P2.7译码输出选中芯片地址范围存储容量00YO*IC10000H-3FFFH16K01Y1*IC24000H-7FFFH16K10Y2*IC38000H-BFFFH16K11Y3*IC4C000H-FFFFH16K译码选通法扩展。44/34单片62256与8031的接口电路如图8-23所示。地址范围为0000H～7FFFH。44/35•例8-1编写程序将片外数据存储器中5000H～50FFH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。MOVDPTR，#5000H；设置数据块指针的初值MOVR7，#00H；设置块长度计数器初值CLRALOOP：MOVX@DPTR，A；把某一单元清零INCDPTR；地址指针加1DJNZR7，LOOP；数据块长度减1，若不为0则继续清零HERE：SJMPHERE；执行完毕，原地踏步44/36•例8-1编写程序将片外数据存储器中5000H～50FFH单元全部清零。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。MOVDPTR，#5000HCLRALOOP：MOVX@DPTR，AINCDPTRMOVR7，DPLCJNER7，#0，LOOP；与末地址+1比较HERE：SJMPHERE44/378.6EPROM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。（1）各芯片地址空间分配、片选信号（2）控制信号IC2和IC4地址：2000H～3FFFH（P2.6=0、P2.5=1）IC1、IC3地址：4000H～5FFFH（P2.6=1、P2.5=0）。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。44/38例8-3采用译码器法扩展2片8KBEPROM，2片8KBRAM。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：44/398.6.2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RAM50H单元，程序如下：MOVDPTR，#1000HMOVXA，@DPTRMOV50H，A例如，把片内50H单元的数据送到片外1000H单元中，程序如下：MOVA,50HMOVDPTR,#1000HMOVX@DPTR,A44/408.6.2外扩存储器电路的工作原理及软件设计MCS-51单片机读写片外数据存储器中的内容，除用MOVXA,@DPTR和MOVX@DPTR,A外，还可使用MOVXA,@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。44/41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。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：0～31，R0的值达到32就结束循环。程序如下：MOVP2,#70hMOVDPTR,#TABMOVR0,#0AGIN:MOVA,R0MOVCA,@A+DPTRMOVX@R0,AINCR0CJNER0,#32,AGINHERE:SJMPHERETAB:DB……44/428.7E2PROM的扩展保留信息长达20年，不存在EPROM在日光下信息缓慢丢失的问题。8.7.1常用的E2PROM芯片在芯片的引脚设