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1、第5章 MCS-51单片机 扩展存储器设计,5.1 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。 系统扩展主要内容有： (1)外部存储器的扩展（外部RAM、ROM） (2) I/O接口部件的扩展。 本章介绍如何扩展外部存储器， I/O接口部件的扩展下一章介绍。,返回,8051/8751最小应用系统,5.1.1 最小应用系统,8031最小应用系统,5.1.2 系统扩展的三总线结构,MCS-51 RAM和ROM的最大扩展空间各为64KB。 系统扩展首先要构造系统总线。 5.2 系统总线及总线构造 5.2.1 系统总线 按功能把系统总线分为三组： 1.地址总线（Adress Bus,
2、简写AB） 2.数据总线 (Data Bus，简写DB) 3.控制总线（Control Bus，简写CB）,5.2.2 构造系统总线,地址锁存器74LS373,1. 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 低8位地址锁存信号。 *PSEN* 扩展程序存储器读选通信号。 *EA* 内外程序存储器选择信号。 *RD*和WR* 扩展RAM和I/O口的读选通、 写选通信号。,5.2.3 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口线少, 可靠性提高。 缺点:串行接口器件速度较慢 在多数应用场合，还是并行扩展占主
3、导地位。 5.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器 5.3.1 存储器扩展的读写控制 RAM芯片：读写控制引脚OE*和WE* ，与RD*和WR*相连。 EPROM芯片：只有读出引脚，OE* ，与PSEN*相连。,5.3.2 存储器地址空间分配,直接用系统的高位地址线作RAM芯片的片选信号。 例: 外扩8KB EPROM （2片2732） 4KB RAM （2片6116）,线选法和地址译码法 1. 线选法,2732:4KB ROM，12根地址线A0A11，1根片选线 6116:2KB RAM，11根地址线A0A10，1根片选线 片选端低电平有效 地址范围： 2732（1）的地址范围：700
4、0H7FFFH; 2732（2）的地址范围: B000HBFFFH; 6116（1）的地址范围：E800HEFFFH; 6116（2）的地址范围：D800HDFFFH。 线选法特点 优点：电路简单，不需另外增加硬件电路，体积小，成本低。 缺点：可寻址的器件数目受限，地址空间不连续。 只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统,2. 译码法 常用译码器芯片： 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（38译码器） 当译码器的输入为某一个固定编码时
5、，其输出只有某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。,74LS138译码器真值表 输 入 输 出 G1 G2A* G2B* C B A Y7* Y6* Y5* Y4* Y3* Y2* Y1* Y0*,( 2) 74LS139（双2-4译码器） 真值表如表8-2（P168）所示。,采用全地址译码方式，单片机发地址码时，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RAM 6264，如何通过74LS138把64KB空间分配给各个芯片？,如果用74LS138把64K空间全部划分为每块4KB，如何划分？,5.3.3 外部地址锁存器,D7D0: 8位数据输入
6、线 Q7Q0: 8位数据输出线。 G:数据输入锁存选通信号 OE*: 数据输出允许信号,5.3.3 外部地址锁存器 常用地址锁存器芯片: 74LS373、8282、74LS573 1. 锁存器74LS373（带有三态门的8D锁存器）,2. 锁存器8282 功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚的排列与74LS373不同,3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8282一样，为绘制印刷电路板时的布线提供方便。,5.4 程序存储器EPROM的扩展 采用只读存储器，非易失性。 （1）掩膜ROM 在制造过程中编程,只适合于大批量生产。 （2）可编程ROM（P
7、ROM） 用独立的编程器写入，只能写入一次。 （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，电擦除。读写操作与RAM相似，写入速度稍慢。断电后能够保存信息。 （5）Flash ROM 又称闪烁存储器，简称闪存。电改写，电擦除，读写速度快（70ns），读写次数多（1万次）。,5.4.1 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。,1.常用的E
8、PROM芯片 电气参数见表8-4（P123）。引脚如下图。 引脚功能如下： A0A15：地址线引脚。数目决定存储容量。 D7D0：数据线引脚 CE*： 片选输入端 OE* ： 输出允许控制端 PGM*： 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 Vcc： +5V，芯片的工作电压。 GND： 数字地。 NC： 无用端,2. EPROM芯片的工作方式 （1）读出方式 片选控制线为低, 输出允许为低，Vpp为+5V，指定地址单元的内容从D7D0上读出。 （2）未选中方式 片选控制线为高电平。 （3）编程方式 Vpp端加规定高压, CE*和OE*端加合适电平，
9、就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元。 （4）编程校验方式 （5）编程禁止方式 输出呈高阻状态，不写入程序。,5.4.2 程序存储器的操作时序（自学） 5.4.3 典型的EPROM接口电路 1.使用单片EPROM的扩展电路 2716、2732 EPROM价格贵，容量小，且难以买到。 仅介绍2764、27128、27256、27512芯片的接口电路。 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。,3. 使用多片EPROM的扩展电路 扩展4片27128。,5.5 静态数据存储器的扩展 5.5.1 常用的静态RAM（
10、SRAM）芯片 典型型号有:6116、6264、62128、62256。+5V电源供电，双列直插，6116为24引脚封装，6264、62128、62256为28引脚封装。 各引脚功能如下: A0A14：地址输入线。 D0D7：双向三态数据线。 CE*： 片选信号输入。对于6264芯片，当CS为高电平,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 有读出、写入、维持三种工作方式，操作控制如表8-6(P181)。,5.5.2 外扩数据存储器的读写操作时序 5.5.3 典型的外扩数据存储器的接口电路
11、图8-21 用线选法扩展8031外部数据存储器的电路。,地址线为A0A12，故剩余地址线为三根。用线选法可扩展3片6264。3片6264对应的地址空间如下。,译码选通法,各片62128地址分配见表8-9。 表8-9 各片62128地址分配 P2.7 P2.6 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0000H7F
12、FFH。,例8-1 编写程序将片外RAM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 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： M
13、OVX DPTR，A INC DPTR MOV R7，DPL CJNE R7，#0，LOOP ；与末地址+1比较 HERE： SJMP HERE,5.6 EPROM和RAM的综合扩展 5.6.1 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。,IC2和IC4占用地址空间为2000H3FFFH共8KB。同理IC1、IC3地址范围4000H5FFFH（P2.6=1、P2.5=0、P2.7=0）。线选法地址不连续，地址空间利用不充分。 例8-3 采用译码器法扩展2片8KB EPROM，2片8KB RAM。EPRO
14、M选用2764，RAM选用6264。共扩展4片芯片。,可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的。,5.6.2 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,MCS-51单片机读写片外数据存储器中的内容，除用MOVX A,DPTR和MOVX DPT
15、R,A外，还可使用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5-4 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：031，R0值达到32就结束循环。 MOV P2,#70H MOV DPTR,#TAB MOV R0,#0 AGIN: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOVX R0,A INC R0 CJNE R0,#32
16、,AGIN HERE: SJMP HERE TAB: DB ,5.7 E2PROM的扩展 保留信息长达20年，不存在日光下信息缓慢丢失的问题。 5.7.1 常用的E2PROM芯片 在芯片的引脚设计上， 2KB的E2PROM 2816与EPROM 2716和RAM 6116兼容 8KB的E2PROM 2864A与EPROM 2764和RAM 6264兼容2816、2817和2864A的读出时间均为250ns，写入时间10ms。 E2PROM的主要性能见表8-10（P191）。,5.7.3 MCS-51扩展E2PROM的方法 1.MCS-51外扩2817A 2817A既可作为外部的数据存储器，又可
17、作为程序存储器。通过P1.0查询2817A的RDY/BUSY*状态，来完成对2817A的写操作。片选信号由P2.7提供。,2.MCS-51外扩2864A 片选端与P2.7连接，P2.7=0才选中2864A，线选法决定了2864A对应多组地址空间，即: 0000H1FFFH 2000H3FFFH 4000H5FFFH 6000H7FFFH 2864A可作为RAM使用，但掉电后数据不丢失。,5.8 ATMEL89C51/89C55单片机的片内闪烁存储器 AT89C51/89C52/89C55是低功耗、高性能的片内含有4KB/8KB/20KB闪烁可编程/擦除只读存储器芯片。 89C51的主要性能 （
18、1）与MCS-51微控制器系列产品兼容。 （2）片内有4KB可在线重复编程的闪烁存储器 （3）存储器可循环写入/擦除1万次。 （4）存储器数据保存时间为10年。 （5）宽工作电压范围：Vcc可为+2.76V。 （6）全静态工作：可从0Hz16MHz。 （7）程序存储器具有3级加密保护。 （8）空闲状态维持低功耗、掉电状态保存存储器内容。,2. 片内闪烁存储器 E2PROM具有在线改写，掉电后仍能保存数据的特点，可为用户的特殊应用提供便利。但是，擦除和写入对于要有数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是E2PROM的主要缺陷。 表8-12(P197)，几种典型E2PROM芯片性能数据。 由表可见，字节擦除时间和写入时间10ms。,5.5.2 片内闪烁存储器的编程 芯片内有3个加密位，见表8-13（P198）。 对89C51片内的闪烁存储器编程，只需购买相应的编程器，按照编程器的说明进行操作。如想对写入的内容加密，只需按照编程器的菜单，选择加密功能选项既可。,