(101010)第8章 89C51单片机扩展存储器的设计

1Leabharlann 8.1系统扩展结构
89C51系统扩展结构如图 89C51系统扩展结构如图8-1所示。 系统扩展结构如 所示。
89C51的系统扩展结构 图8-1 89C51的系统扩展结构
2
由图8 可以看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部 由图8-1可以看出，系统扩展主要包括存储器扩展和I/O接口部 存储器扩展 件扩展。 件扩展。 外部存储器扩展又包括程序存储器扩展和数据存储器扩展。 外部存储器扩展又包括程序存储器扩展和数据存储器扩展。 又包括程序存储器扩展 89C51采用的是哈佛结构 89C51采用的是哈佛结构(程序存储器空间和数据存储器空间截 采用的是哈佛结构( 然分开) 扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。 然分开)。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。 两个并行的外部存储器空间 89C51单片机采用并行总线结构，大大增加了系统的灵活性， 89C51单片机采用并行总线结构，大大增加了系统的灵活性， 单片机采用并行总线结构 使 扩展易于实现，各扩展部件只要符合总线规范， 扩展易于实现，各扩展部件只要符合总线规范，就能很方便地接入 系统。 系统。 由于系统扩展是以89C51单片机为核心，通过总线把89C51与各 由于系统扩展是以89C51单片机为核心，通过总线把89C51与各 89C51单片机为核心 89C51 扩展部件连接起来。因此，要进行系统扩展首先要构造系统总线。 扩展部件连接起来。因此，要进行系统扩展首先要构造系统总线。 首先要构造系统总线
第8 章
89C51单片机扩展存储器的设计 89C51单片机扩展存储器的设计
单片机片内资源有限，在许多情况下， 单片机片内资源有限，在许多情况下，根据单片机应用系 统的功能要求，片内资源还不能满足要求， 统的功能要求，片内资源还不能满足要求，需要对单片机进行 拓展。 拓展。 外扩存储器和 接口部件。 单片机的系统扩展主要是外扩存储器 I/O接口部件 单片机的系统扩展主要是外扩存储器和I/O接口部件。 扩展外部存储器包括扩展程序存储器和数据存储器。 扩展外部存储器包括扩展程序存储器和数据存储器。 包括扩展程序存储器和数据存储器 I/O接口部件的扩展在第9章介绍。 I/O接口部件的扩展在第9章介绍。 接口部件的扩展在第
5
P2口的口线作为高位地址线 2. 以P2口的口线作为高位地址线 P2口的全部8位口线用作高位地址线，再加上P0口经地址 P2口的全部8位口线用作高位地址线，再加上P0口经地址 口的全部 P0 锁存器提供的低8位地址，便形成了完整的16位地址总线（ 锁存器提供的低8位地址，便形成了完整的16位地址总线（见 完整的16位地址总线 64KB。 图8-2），使寻址范围达到64KB。 ），使寻址范围达到64KB
12
（2）74LS139 74LS139是 74LS139是双2-4译码器。两个译码器完全独立，分别有 译码器。两个译码器完全独立， 完全独立 各 自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端。 自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端。其引 脚如图 脚如图8-4所示，真值表如表8-2所示（见P138）。 所示，真值表如表 所示（ P138）。
6
3．控制信号线 除了地址线和数据线之外，还要有系统的控制总线 系统的控制总线。 除了地址线和数据线之外，还要有系统的控制总线。这些信 号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3 P3口第二功能信 号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功能信 号。其中包括： 其中包括： PSEN信号作为外扩程序存储器的读选通控制信号。 信号作为外扩程序存储器 （1）/PSEN信号作为外扩程序存储器的读选通控制信号。 RD和 WR信号作为外扩数据存储器和I/O接口的 信号作为外扩数据存储器 接口的读 （2）/RD和/WR信号作为外扩数据存储器和I/O接口的读、写选通 控制信号。 控制信号。 ALE信号作为 信号作为低 位地址的锁存控制信号。 （3）ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。 EA信号作为 信号作为内 外程序存储器的选择控制信号。 （4）/EA信号作为内、外程序存储器的选择控制信号。 可看出，尽管89C51单片机有4个并行的I/O 89C51单片机有 I/O口 32条口线 条口线， 可看出，尽管89C51单片机有4个并行的I/O口，共32条口线， 但由于系统扩展的需要，真正作为数字I/O使用的，就剩下P1 I/O使用的 P1口和 但由于系统扩展的需要，真正作为数字I/O使用的，就剩下P1口和 P3口的部分口线了 口的部分口线了。 P3口的部分口线了。
10
2．译码法 使用译码器对89C51的高位地址进行译码， 使用译码器对89C51的高位地址进行译码，将译码器的译码输 89C51的高位地址进行译码 出作为存储器芯片的片选信号。 出作为存储器芯片的片选信号。是最常用的地址空间分配的方 法，它能有效地利用存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。 它能有效地利用存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。 常用的译码器芯片有74LS138（ 常用的译码器芯片有74LS138（3-8译码器）、74LS139（双 译码器）、74LS139（ ）、74LS139 2译码器）。 4译码器）、74LS154（4-16译码器）。若全部高位地址线都参加 译码器）、74LS154（ 16译码器）。若全部高位地址线都参加 ）、74LS154 译码，称为全译码；若仅部分高位地址线参加译码，称为部分译 译码，称为全译码；若仅部分高位地址线参加译码，称为部分译 全译码 部分译码存在着部分存储器地址空间相重叠的情况。 码。部分译码存在着部分存储器地址空间相重叠的情况。
通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线和 通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线和高位地 低位地址线 址线， 片选”都是使用高位地址线。 址线，“片选”都是使用高位地址线。 实际上， 16条地址线中 条地址线中， 实际上，在16条地址线中，高、低位地址线的数目并不是固 定的，习惯上把用于存储器 单元选择”的地址线， 用于存储器“ 定的，习惯上把用于存储器“单元选择”的地址线，都称为低位 地 址线，其余都称为高位地址线。 址线，其余都称为高位地址线。 在进行各存储器芯片的地址分配时，注意： 在进行各存储器芯片的地址分配时，注意：同类存储器之 千万不能发生地址重叠。同类存储器， 间，千万不能发生地址重叠。同类存储器，是指程序存储器和程 序存储器之间、数据存储器和数据存储器之间（I/O接口芯片看作 序存储器之间、数据存储器和数据存储器之间（I/O接口芯片看作 是数据存储器）。 是数据存储器）。
3
8.1.1
系统总线及总线构造
按功能通常把系统总线分为三组， 按功能通常把系统总线分为三组，如图8-1所示。 所示。 Bus，AB） 1．地址总线（Adress Bus，AB） 地址总线（ 地址总线用于传送单片机发出的地址信号， 地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储 单元和I/O接口芯片中的寄存器选择。地址总线是单向传输的。 单元和I/O接口芯片中的寄存器选择。地址总线是单向传输的 I/O接口芯片中的寄存器选择 单向传输 2．数据总线(Data Bus，DB) 数据总线(Data Bus， 数据总线用于在单片机与存储器之间或与I/O端口之间传送 数据总线用于在单片机与存储器之间或与I/O端口之间传送 I/O 数据。数据总线是双向的 可以进行两个方向的传送。 数据。数据总线是双向的，可以进行两个方向的传送。 是双向 Bus，CB） 3．控制总线（Control Bus，CB） 控制总线（ 控制总线实际上就是单片机发出的各种控制信号线。 控制总线实际上就是单片机发出的各种控制信号线。
11
（1）74LS138 74LS138是 74LS138是3-8译码器，有3个数据输 译码器， 入端,经译码产生8种状态。其引脚如图 入端,经译码产生8种状态。其引脚如图 8-3所示，真值表如表8-1所示。 所示，真值表如表 所示。 由表8-1可见， 可见， 当 译码器的输入为某一 固定编码时， 固定编码时，其输出 仅有一个固定的引脚 输出为低电平， 输出为低电平，其余 的为高电平。 的为高电平。 而输出为低电平 的引脚就作为某一存 储器芯片的片选端的 控制信号。 控制信号。
7
8.2 地址空间分配和外部地址锁存器 8.2.1 存储器地址空间分配 如何把外部各自的64KB空间分配给各个程序存储器、 64KB空间分配给各个程序存储器 如何把外部各自的64KB空间分配给各个程序存储器、数据存 储器芯片（ 接口芯片），并且使程序存储器的各个芯片之间， ），并且使程序存储器的各个芯片之间 储器芯片（I/O接口芯片），并且使程序存储器的各个芯片之间， 数据存储器各芯片之间，一个存储单元对应一个地址， 数据存储器各芯片之间，一个存储单元对应一个地址，使地址不 发生重叠，从而避免发生数据冲突， 发生重叠，从而避免发生数据冲突，这就是存储器的地址空间的 分配问题。 分配问题。 外扩的多片存储器芯片中，89C51要完成这种功能，必须进行 外扩的多片存储器芯片中，89C51要完成这种功能， 要完成这种功能 两种选择： 两种选择： 一是必须选中该存储器芯片（ I/O接口芯片），这称为 接口芯片），这称为“ 一是必须选中该存储器芯片（或I/O接口芯片），这称为“片 只有被“选中”的存储器芯片才能被89C51读出或写入数据。 89C51读出或写入数据 选”，只有被“选中”的存储器芯片才能被89C51读出或写入数据。 为了片选的需要，每个存储器芯片都有片选信号引脚 片选信号引脚。 为了片选的需要，每个存储器芯片都有片选信号引脚。芯片的选 择实质上就是如何通过89C51的地址线来产生芯片的片选信号。 通过89C51的地址线来产生芯片的片选信号 择实质上就是如何通过89C51的地址线来产生芯片的片选信号。 二是在“片选”的基础上再选择该芯片的某一单元， 二是在“片选”的基础上再选择该芯片的某一单元，称为 “单元 8 选择” 选择”。
4
8.1.2 构造系统总线 系统扩展的首要问题: 构造系统总线。 系统扩展的首要问题: 构造系统总线。 系统总线上“ 存储器芯片或I/O接口芯片， I/O接口芯片 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 存储器扩展， I/O接口芯片就是I/O扩展 接口芯片就是I/O扩展。 片就是存储器扩展，“挂”I/O接口芯片就是I/O扩展。 1．以P0口作为低8位地址/数 P0口作为低8位地址/ 口作为低 据总线 受引脚数目的限制， 受引脚数目的限制，数据线 和 位地址线分时复用，需要外 低8位地址线分时复用，需要外 加 地址锁存器。 地址锁存器。 单片机运行时： 先把低8 单片机运行时：①先把低8 位 地址送锁存器锁存， 地址送锁存器锁存，地址锁存器 的输出作为单片机发出的低8 的输出作为单片机发出的低8位 地 随后，P0口又作为数据总 址；②随后，P0口又作为数据总