单片机第9章外部存储器的应用
轻轻巧巧第9章
方法2：软件模拟开发系统 基于Proteus（Keil）仿真软件的设计与开发工具
第9章单片机应用系统的设计与开发
9.1单片机系统的设计开发过程 9.2单片机系统的可靠性技术 9.3单片机系统设计开发应用举例 9.4单片机串行扩展单元介绍
第9章单片机应用系统的设计与开发
智能仪器是一种依靠嵌入式计算机技术发展的新型电子测控 单元，其基本功能是根据传感器的实时信号和仪器设定的目 标参数进行测量与控制。
第9章单片机应用系统的设计与开发
一个完整的单片机应用系统由单片机最小应用系统、前向 通道、后向通道、人机交互通道与计算机相互通道组成。
第9章单片机应用系统的设计与开发
单片机最小系统 最小应用系统——具有最简单配置的单片机系统
P2.7 P2.0 CE A15
～ ～
～
A8 A7
803 1
地址 锁存器 P0.7 P0.0 PSEN
S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
U4 C1
3 Q0 30pF
RP1 C2
30pF
1
C1/->
VCC
&
1D 4 5 6 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCC
X1
19 CRYSTAL
U1
XTAL1 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 P30 P31 P32 2 P20 PNP P21 P36 P22 P23 P37 2 3 4 5 6 7 8 9 19 1
AT89S52单片机外部存储器的扩展
使单片机系统的寻址范围达到64KB。
图8-2 单片机扩展的片外三总线
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3．控制信号线 除地址线和数据线外，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口第二功 能信号。包括： （1）PSEN*作为外扩程序存储器的读选通控制信号。 （2）RD*和WR*为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制 信号。 （3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号。 （4）EA*为片内、片外程序存储器的选择控制信号。
（2）数据总线（Data Bus，DB）：用于单片机与外部存储器 之间或与I/O接口之间传送数据，数据总线是双向的。
（3）控制总线（Control Bus，CB）：控制总线是单片机发出 的各种控制信号线。
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如何来构造系统的三总线。 1．P0口作为低8位地址/数据总线 AT89S51受引脚数目限制，P0口既用作低8位地址总线，又用 作数据总线（分时复用），因此需增加一个8位地址锁存器。 AT89S51访问外部扩展的存储器单元或I/O接口寄存器时，先发 出低8位地址送地址锁存器锁存，锁存器输出作为系统的低8位 地址（A7~ A0）。随后，P0口又作为数据总线口（D7~ D0），如 图8-2所示。 2．P2口的口线作为高位地址线 P2口用作系统的高8位地址线，再加上地址锁存器提供的低8 位地址，便形成了系统完整的16位地址总线。
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
1122
址线，“片选”都是使用高位地址线。实际上，16条地址线 中的高、低位地址线的数目并不是固定的，只是习惯上把用 于 “单元选择”的地址线，都称为低位地址线，其余的为高 位地址线。
常用的存储器地址空间分配方法有两种：线性选择法（简 称线选法）和地址译码法（简称译码法），下面介绍。 1．线选法
单片机存储器扩展
单片机存储器扩展在单片机的应用中，常常会遇到内部存储器容量不足的情况。
这时候，就需要对单片机的存储器进行扩展，以满足系统对存储容量的需求。
单片机的存储器可以分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储单片机运行的程序代码，而数据存储器则用于存储程序运行过程中的数据。
当单片机内部的存储器无法满足应用需求时，就需要通过外部扩展来增加存储容量。
在进行存储器扩展之前，我们需要了解单片机的存储器寻址方式。
不同的单片机可能有不同的寻址方式，但通常都包括直接寻址、间接寻址和变址寻址等。
了解寻址方式对于正确进行存储器扩展至关重要。
对于程序存储器的扩展，常用的方法是使用外部只读存储器（ROM），如 EPROM（可擦除可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）等。
扩展时，需要将外部 ROM 与单片机的地址总线、数据总线和控制总线正确连接。
地址总线用于指定存储器的地址，数据总线用于传输数据，控制总线则用于控制存储器的读写操作。
以常见的 8051 单片机为例，它的地址总线为 16 位，可以寻址64KB 的存储空间。
如果要扩展 32KB 的程序存储器，我们可以选用一片容量为 32KB 的 EPROM 芯片，如 27256。
将 EPROM 的地址线 A0A14 与单片机的地址总线 A0 A14 相连，数据线 D0 D7 与单片机的数据总线 D0 D7 相连。
控制总线中的片选信号（CS）通常通过地址译码器来产生，以确保在特定的地址范围内选中该 EPROM 芯片。
在数据存储器的扩展方面，常用的是外部随机存取存储器（RAM），如静态 RAM（SRAM）和动态 RAM（DRAM）。
SRAM 速度较快，但价格相对较高；DRAM 价格较低，但需要不断刷新。
同样以 8051 单片机为例，如果要扩展 8KB 的数据存储器，可以选用一片 6264 SRAM 芯片。
连接方式与程序存储器扩展类似，地址线和数据线分别与单片机的对应总线相连。
单片机原理及接口技术课后习题第9章 答案
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。
外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。
2. 简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种各有什么特点在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。
在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。
条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。
在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。
传输完数据后，返回原来的程序继续执行。
直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。
4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。
第9章 单片机的指令系统说明
计算机总是把操作数当作有符号数（补码形式）看待 并影响PSW的相关标志位。影响情况如下： 进位/借位标志CY： 两数和的D7位有进位时，（CY）=1，否则，（CY）=0。 半进位/借位标志AC： 两数和的D3位有进位时，（AC）=1，否则，（AC）=0。 溢出标志OV： 两数和的D7，D6位只有一位有进位时，（OV）=1；否则， （OV）=0，即OV=C6⊕C7。 奇偶标志P： 当累加器A中“1”的个数为奇数时，（P）=1；为偶数 时（P）=0。
例2 把片外RAM的36H单元中的数据送到片外RAM的 1200H单元。 〈分析〉（36H）→（1200H） 程序如下： MOV R1，#36H MOVX A ，@R1 MOV DPTR，#1200H MOVX @DPTR， A <想一想>下面的程序可以实现吗？ MOV DPTR， #1200H MOV R1，#36H MOV @DPTR，@R1 注意：片外RAM之间不能直接传送数据，必须经过累加器 A
例5 试分析8051单片机执行下述指令后，累加器A和PSW各标 志位的变化。 MOV A，#0A5H ADD A,#0CFH 解： （A）=10100101B + Data=11001111B CY 01110100B C7 C6 AC （CY）=C7=1；（AC）=1；溢出标志（OV）=C7⊕C6=1⊕0=1,有 溢出；（P）=0。执行结果：（A）=74H。 若为无符号数运算， （CY）=1，表示结果超出（0～255） 范围。若为带符号数运算，因（-49）+（-91）=-140，超出了 （-128～+127）的范围，所以OV=1溢出。
半字节交换 XCHD A，@Ri SWAP A
；（A3～0）（（Ri）3～0） ；（A3～0）（A7～4）
第9章 80C51单片机系统扩展技术
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9.2.2 地址锁存器芯片
1. 锁存器74LS373
74LS373的结构及引脚
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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 ，8282的引脚如下图。
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引脚的排列为绘制印刷 电路板时的布线提供了方便。
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地址总线(AB): 由P2口提供高8位地址线, 此口具有输出锁存 的功能, 能保留地址信息。 由P0口提供低8位地址线。
数据总线(DB): 由P0口提供。 此口是双向、 输入三态控制的 8位通道口。
控制总线(CB): 扩展系统时常用的控制信号为:
ALE——地址锁存信号, 用以实现对低8位地址的锁存。
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9.2.1 数据存储器芯片
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。
6116：2KB 6264：8KB 62128：16KB 62256：32KB
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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，与锁存 器8282一样，为绘制印刷电路板时的布线提供了方便。
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9.2.3 数据存储器的扩展电路
需要考虑与80C51相连的存储芯片引脚：
80C51 CPU
存储芯片
(1)地址总线P0.0-P0.7 74LS373 (2)地址总线P2.0-P2.n-9 (3)数据总线的P0.0-P0.7
51单片机C语言应用与开发(第9章)
4. 具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的 能力，改善了程序的可读性；
5. 提供的库包含许多标准子程序，具有较强的 数据处理能力； 6. 由于具有方便的模块化编程技术，使已编好 程序可容易地移植；
C51程序结构
预处理命令 全局变量说明； 函数1说明； …… …… 函数n说明；
main（） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； 函数1（形式参数说明） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； } …… …… 函数n（形式参数说明） { 局部变量说明； 执行语句； 函数调用（实际参数表）； }
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片内RAM，间接寻址，共256字节。
片外RAM，分页间址，共256字节。（MOVX ＠Ri）
xdata
code
16
16
片外RAM，间接寻址，共64k字节。（MOVX ＠DPTR）
ROM区域，间接寻址，共64k字节。（MOVC ＠DPTR）
访问片内RAM比访问片外RAM的速度要快得 多，所以对于经常使用的变量应该置于片内 RAM中，即用bdata、data、idata来定义；对 于不经常使用的变量或规模较大的变量应该置于 片外RAM中，即用pdata、xdata来定义。例如：
/* IP */ sbit PS = 0xBC; sbit PT1 = 0xBB; sbit PX1 = 0xBA; sbit PT0 = 0xB9; sbit PX0 = 0xB8; /* P3 */ sbit RD = 0xB7; sbit WR = 0xB6; sbit T1 = 0xB5; sbit T0 = 0xB4; sbit INT1 = 0xB3; sbit INT0 = 0xB2; sbit TXD = 0xB1; sbit RXD = 0xB0; /* SCON */ sbit SM0 = 0x9F; sbit SM1 = 0x9E; sbit SM2 = 0x9D; sbit REN = 0x9C; sbit TB8 = 0x9B; sbit RB8 = 0x9A; sbit TI = 0x99; sbit RI = 0x98; #endif
单片机的存储器结构
位地址
7CH 74H 6CH 64H 5CH 54H 4CH 44H 3CH 34H 2CH 24H 1CH 14H 0CH 04H
7BH 73H 6BH 63H 5BH 53H 4BH 43H 3BH 33H 2BH 23H 1BH 13H 0BH 03H
7AH 72H 6AH 62H 5AH 52H 4AH 42H 3AH 32H 2AH 22H 1AH 12H 0AH 02H
单片机原理及应用
51单片机的存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储 器（RAM）。
程序存储器ROM（Read Only Memory），即只读存储 器，其特点是在程序正常运行时，CPU对ROM存储器只能进 行读操作。它通常用来存储固定不变的程序和数据，如引导 程序、基本输入输出系统程序等。系统掉电后，ROM中的信 息不会丢失。
片内数据存储器可使用8位地址进行访问，其最大可寻址的范围为256个地址单元。 访问片外数据存储器采用间接寻址方式，间接寻址寄存器有以下两种：
➢ R0或R1：二者都是8位寄存器，寻址范围最大为256个单元。 ➢ DPTR：16位地址指针，寻址范围可达64KB。
在访问片外数据存储器时，寻址范围如果超过了256B，就不能用R0或R1作为间接寻 址寄存器了，这时必须使用DPTR寄存器作为间接寻址寄存器。
3. 用户RAM区（30H—7FH） 在片内RAM的低128单元中，通用寄存器占32个单元，位寻址区占16个单元，剩下 的80个单元为供用户使用的一般RAM区，其地址空间为30H～7FH。这部分区域的使用 没有任何规定和限制，但应注意的是，堆栈一般开辟在这个区域中。
12
单片机原理及应用
数据存储器RAM（Random Access Memory），即可 随机读写存储器。它用于存放程序运行期间的中间数据，可 随时进行读写操作。系统掉电时，数据会全部丢失。
51单片机外部存储器的扩展
一、地址线旳译码
存储器芯片旳选择有两种措施：线选法和译码法。
1、线选法。所谓线选法，就是直接以系统旳地址线作为 存储器芯片旳片选信号，为此只需把用到旳地址线与存储 器芯片旳片选端直接相连即可。 2、译码法。所谓译码法，就是使用地址译码器对系统旳 片外地址进行译码，以其译码输出作为存储器芯片旳片选 信号。译码法又分为完全译码和部分译码两种。
ALE
8051
LE OE
P0.7
8D 8Q
P0.6
7D 7Q
P0.5
6D 6Q
P0.4
5D 5Q
P0.3
4D 4Q
P0.2
3D 3Q
P0.1
2D 2Q
P0.0
1D 1Q
74HC573 地址总线扩展电路
OE：输出允许端，为0
时芯片有效。
A7
LE：锁存控制端，高电
A6 平时，锁存器旳数据输出端
A5 Q旳状态，与数据输入端D
（1）完全译码。地址译码器使用了全部地址线，地址与存储 单元一一相应，也就是1个存储单元只占用1个唯一旳地址。
（2）部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存 储单元不是一一相应，而是1个存储单元占用了几种地址。
❖ 二、扩展存储器所需芯片数目旳确定
❖
若所选存储器芯片字长与单片机字长
一致，则只需扩展容量。所需芯片数目按下式
07~00 I0~I7
× 8 ）
扩
锁存器
展
74 HC 573 D0~D7
8位数据
RD
OE
WR
GND WE
图2.2-13 8031与6264的连接
单片机原理与应用
单片机原理与应用一、引言单片机作为一种高度集成的微型计算机系统，具有体积小、成本低、功能强、可靠性高等优点，广泛应用于工业自动化、智能仪器、消费电子、家用电器等领域。
本文将详细介绍单片机的原理及其在各行各业中的应用。
二、单片机原理1.单片机概述单片机（MicrocontrollerUnit，MCU）是一种将微处理器、存储器、定时器/计数器、输入/输出接口等集成在一块芯片上的微型计算机系统。
它具有处理能力强、体积小、功耗低、成本低等特点，便于应用于各种嵌入式系统。
2.单片机结构单片机主要由中央处理器（CPU）、存储器（包括程序存储器和数据存储器）、输入/输出接口（I/O口）、定时器/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU负责执行程序和数据处理，存储器用于存储程序和数据，I/O口负责与外部设备通信，定时器/计数器用于实现定时和计数功能，中断系统用于处理各种中断请求。
3.单片机工作原理单片机的工作原理可以分为取指令、译码、执行、存储等阶段。
在取指令阶段，CPU从程序存储器中读取指令；在译码阶段，CPU对指令进行解码，确定操作类型和操作数；在执行阶段，CPU根据指令执行相应的操作；在存储阶段，CPU将执行结果存储到数据存储器中。
三、单片机应用1.工业控制单片机在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、温度控制器、电机控制器等。
通过编程，单片机可以实现复杂的逻辑控制和运算功能，提高生产效率和产品质量。
2.智能仪器单片机在智能仪器领域中的应用包括数字电压表、数字频率计、示波器等。
利用单片机的处理能力和I/O口功能，可以实现对各种信号的采集、处理、显示和控制。
3.消费电子单片机在消费电子领域中的应用包括方式、电视、洗衣机、空调等。
通过编程，单片机可以实现各种功能，如用户界面控制、信号处理、通信等。
4.家用电器单片机在家用电器领域中的应用包括微波炉、电饭煲、豆浆机等。
利用单片机的控制功能，可以实现温度控制、定时控制、故障检测等功能。
单片机原理与应用系统设计 第09章 单片机应用系统设计实例
9.1.3 控制程序：总体设计
系统上电
中断服务程序入口 保护现场 清除中断标志 TF2
上电初始化
启动定时器
读取 AD转换的结果
读 P1口数据
CPU工作指示 启动 AD转换 计算控制量
根据 P1口数据查 表，得到 Kp,Kv,Ka Ki四个增益参数
N
停机？
更新 PWM脉宽 恢复现场 中断服务程序返回
率管GS极上导通电压14.3V，关断电压为-0.7V。关断负压的设计可以使得
功率管可靠地截止。此外，栅极驱动电阻取为20Ω。
9.1.2 电路设计：驱动与吸收保护电路
(1) 续流和吸收保护电路 电磁铁是感性元件，为此应使用快恢型二极管D1为电感L提供续流回 路，以防止MOSFET关断时漏极电位急剧上升而损坏功率管。图中，R、C、 D组成的吸收网络能够吸收MOSFET在开关时刻的电压和电流尖峰。其中，C 用于限制MOSFET的漏极-源极间电压突变，R用于限制MOSFET开通时C的放 电电流，D则便于在MOSFET关断时，C能迅速吸收MOSFET上的关断尖峰。
磁悬浮球演示系统是一个典型的嵌入式数字控制系统，由电磁铁、 铁磁性小球及控制部分组成，其电磁铁通电后产生磁场，吸引铁磁性小
球，动态调节电磁铁中的电流，可使其产生的电磁吸力等于小球的重量，
从而使小球悬浮在空中保持不动。这个动态调节的过程称为磁悬浮控制。 本例进行磁悬浮球演示系统的设计，首先介绍系统组成以及磁悬浮控制
9.1.1 组成及工作原理：悬浮控制原理
d0 , i0 线性化后，可得到系统的传递函数为：
G s d s Ki i s ms2 K d
设额定悬浮间隙为 d 0 ，额定电磁铁平均电流为i0 ，将上述模型在
第9章 单片机应用系统开发的一般方法
单片机应用系统开发的一般方法单片机应用系统是为完成某项任务而研制开发的用户系统，虽然每个系统都有很强的针对性，结构和功能各异，但其开发过程和方法大致相同。
这里介绍单片机应用系统开发的一般方法和步骤.1.确定任务单片机应用系统的开发过程由确定系统的功能与性能指标开始。
首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务与要求，综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益，拟订出合理可行的技术性能指标。
2.总体设计在对应用系统进行总体设计时，应根据应用系统提出的各项技术性能指标，拟订出性价比最高的一套方案。
总体设计最重要的问题包括以下三个方面：（1）机型选择根据系统的功能目标、复杂程度、可靠性要求、精度和速度要求来选择性能/价格比合理的单片机机型。
目前单片机种类、机型多，有8位、16位、32位机等，片内的集成度各不相同，有的机型在片内集成了WDT、PWM、串行EEPROM 、A/D、比较器等多种功能以及提供UART、I2C、SPI协议的串行接口，最大工作频率也从早期的0~12MHz增至33~40MHz。
在进行机型选择时应考虑：①所选机型性能应符合系统总体要求，且留有余地，以备后期更新。
②开发方便，具有良好的开发工具和开发环境。
③市场货源（包括外部扩展器件）在较长时间内充分。
④设计人员对机型的开发技术熟悉，以利缩短研制周期。
（2）系统配置选定机型后，再选择系统中要用到的其他外围元器件，如传感器、执行器件、人机接口、存储器等。
整个系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配，例如，选用晶振频率较高时，存储器的存取时间就短，应选择存取速度较快的芯片；选择CMOS型单片机构成低功耗系统时，系统中的所有芯片都应该选择低功耗产品。
如果系统中相关器件性能差异很大，系统综合性能将降低，甚至不能正常工作。
（3）软硬件分工在总体方案设计过程中，对软件和硬件进行分工是一个首要的环节。
原则上，能够由软件来完成的任务就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构，提高可靠性，但是可能会降低系统的工作速度。
51单片机外部存储器的扩展
一、地址线的译码
存储器芯片的选择有两种方法：线选法和译码法。
1、线选法。所谓线选法，就是直接以系统的地址线作为 存储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与存储 器芯片的片选端直接相连即可。 2、译码法。所谓译码法，就是使用地址译码器对系统的 片外地址进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片选 信号。译码法又分为完全译码和部分译码两种。
MCS-51系列单片机片内外程序存储器的空 间可达64KB，而片内程序存储器的空间只有 4KB。如果片内的程序存储器不够用时，则需 进行程序存储器的扩展。
MCS-51存储器的扩展
存储器扩展的核心问题是存储器的编址 问题。所谓编址就是给存储单元分配地址。
由于存储器通常由多个芯片组成，为此 存储器的编址分为两个层次：
扩展数据存储器常用静态RAM 芯片： 6264（8K×8位）、62256（32K×8位）、 628128（128K×8位）等。
MCS-51存储器的扩展
P2.7～P2.0
ALE P0.0～P0.7 8031
EA PSEN
A15～A8 高8位地址
CLK Q7～Q0 A7～A0 I0～I7 地址锁存器
D0～D 7
二、以P2口作为高8位的地址总线
P0口的低8位地址加上P2的高8位地址就可以形成16位的 地址总线，达到64KB的寻址能力。
实际应用中，往往不需要扩展那么多地址，扩展多少用 多少口线，剩余的口线仍可作一般I/O口来使用。
三、控制信号线 ALE：地址锁存信号，用以实现对低8位地址的锁存。 PSEN：片外程序存储器读选通信号。 EA：程序存储器选择信号。为低电平时，访问外部程序存储 器；为高电平时，访问内部程序存储器。
单片机与外部存储器的数据交互
单片机与外部存储器的数据交互在单片机系统中，外部存储器的数据交互是非常重要的。
单片机通常具有内部存储器，但其容量有限，不足以存储大量数据。
因此，需要与外部存储器进行数据交互，以扩展系统的存储容量。
一、单片机系统中的外部存储器外部存储器是指单片机系统中除了内部存储器之外的存储器设备，包括闪存、EEPROM、SD卡等。
这些外部存储器具有较大的容量，并可以长期保存数据。
在单片机系统中，外部存储器对于实现数据存储和读取起着重要的作用。
二、数据存储与读取的基本流程在单片机系统中，数据存储与读取的基本流程如下：1. 初始化外部存储器：首先，需要对外部存储器进行初始化设置，包括设置存储器的通信接口、地址线和数据线的连接方式等。
2. 写入数据：接下来，单片机将需要存储的数据通过数据线发送给外部存储器，同时发送相应的地址信息，以确定数据写入的位置。
外部存储器将数据存储后，发送写入完成的信号给单片机。
3. 读取数据：当需要读取外部存储器中的数据时，单片机通过发送相应的地址信息，并请求读取数据。
外部存储器将数据通过数据线发送给单片机，完成数据的读取过程。
三、数据交互的通信方式单片机与外部存储器之间的数据交互可以通过多种通信方式进行，例如SPI、I2C、USART等。
下面以SPI通信方式为例进行介绍。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种串行外围设备接口，主要用于单片机与外部设备之间的通信。
它使用四根信号线进行数据交互，包括时钟线、数据线、主片选线和从片选线。
在SPI通信中，单片机作为主设备，外部存储器作为从设备。
主设备通过时钟线控制数据传输的时序，通过数据线发送数据。
从设备在接收到主设备的请求后，通过数据线将数据发送给主设备。
主设备和从设备通过片选线来选择通信的对象。
四、外部存储器的读写操作在单片机中，与外部存储器的数据交互主要包括读写操作。
下面分别介绍外部存储器的写操作和读操作。
1. 外部存储器的写操作：（1）设置片选线：首先，单片机需要将需要进行数据交互的外部存储器的片选线拉低，以选择通信的对象。
单片机原理及应用教程
选择Cx51开发环境Project菜单，选择New Project菜单项来 建立一个新的工程。 2. 选择目标芯片 在工程建立完成后，器件选择窗口便会弹出，从器件库选 择单片机应用系统所使用的8051芯片 。 3. 创建并编写C51源文件 选择Cx51开发环境的File菜单的New菜单项，这时会出现 新建源程序编辑窗口，新建一个C语言源文件 。 4. 把源程序文件加入到工程中 在建立了源程序文件后，必须把源程序文件添加到工程中， 以构成一个完整的工程项目。 5. 为目标芯片添加启动代码 在main()函数执行前，首先应复位单片机内部RAM、完成 对硬件初始化等操作，即执行一段初始化代码。在Cx51 中，STARTUP.A51文件是启动代码文件，该文件适合大 多数8051及其派生系列的目标芯片。
void Process() { unsigned int lsdata; unsigned int keycode; lsdata=0xff; keycode=GetPressKey(); CONTROL=0; if(keycode==0xfe) { lsdata=0x7f; WriteData(lsdata); } if(keycode==0xfd) unsigned char i; for(i=0;i<8;i++)
6. 设置编译、连接环境 7. 对工程进行编译和连接 选择Cx51开发环境的Project菜单中的Build target菜单项，则 对工程中的文件进行编译、汇编和连接，生成二进制代码 的目标文件（.obj）、列表文件（.lst）、绝对地址目标文件、 绝对地址列表文件（.m51）、连接输入文件（.imp）。 8. 调试程序 选择Debug菜单的Start/stop Debug Session菜单项，即可进入 调试状态。在调试状态下，目标文件自动转换为HEX文件。 在调试中可以对单片机的寄存器、内存、所产生的汇编代 码、串口的输出情况等进行监视 9.4 Cx51应用程序设计举例 9.4.1 输入 单片机中的I/O口（即P0，P1，P2，P3）可以单独的作为输 入/输出口使用。在实际的开发过程中输入输出是单片机最 基本的功能。
单片机存储的原理及应用
单片机存储的原理及应用1. 介绍单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种集成了微处理器、内存、输入输出设备和时钟等功能于一体的集成电路芯片。
在单片机中，存储器是其核心组成部分之一，它用于存储程序代码、数据和临时结果。
本文将介绍单片机存储的原理及应用。
2. 单片机存储的原理在单片机中，存储器主要分为两种类型：程序存储器和数据存储器。
2.1 程序存储器程序存储器，也称为只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM），用于存储程序代码。
ROM中存储的程序代码是在制造过程中被固化在芯片中的，无法被修改。
常见的ROM类型包括：•ROM：只读存储器，程序代码在制造过程中被固化，无法修改。
•PROM：可编程只读存储器，程序代码在制造过程后，使用特殊设备进行编程，一次性写入。
•EPROM：可擦写可编程只读存储器，通过紫外线照射来擦除存储的数据，然后使用特殊设备进行编程。
•EEPROM：可擦写可编程电可修改只读存储器，擦写和编程可以通过电气方式进行。
2.2 数据存储器数据存储器用于存储程序中使用的变量、常量和临时结果等数据。
数据存储器通常包括随机存储器（Random-Access Memory，简称RAM）和非易失性存储器（Non-Volatile Memory，简称NVM）两种类型。
•RAM：随机存储器，数据可以随机读写，但是断电后会丢失。
RAM 分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种类型。
•NVM：非易失性存储器，数据断电后不会丢失。
NVM包括闪存（Flash）、磁盘等多种形式。
3. 单片机存储的应用单片机存储器在各个领域都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用场景：3.1 嵌入式系统单片机广泛应用于嵌入式系统中。
嵌入式系统通常需要处理实时任务，如控制器、仪表盘、自动化设备等。
单片机通过程序存储器存储系统的控制程序，通过数据存储器存储实时数据，实现系统的功能。
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0001 0010 0010 01000 10000
AA1151234==11
2148000080000H0HH～～～2148707FFFFFFHFHH
不同片选2K内存地址分配表（高有效）
A15 A14 A13 A12 A11
00001 00010 00100 01000 10000
那么:该存储器的地址范围是3000H～37FFH 问题：如果要访问2716的第3210H单元，P0口和P2口分别送出的地址数据是什么？
线选方式地址分配表
二进制表示
A15 A14 A13 A12 A11 A10
…
0
…
芯片 Ⅰ
0
0
1 1 01
…
0
…
芯片 Ⅱ
0
0
1 0 11
…
0
…
芯片 Ⅲ
0
0
0 1 11
3．分配存储器的地址空间 根据单片机的寻址范围和系统要求： 1）分配ROM的地址空间 2）分配RAM的地址空间 3）兼顾I／O接口 4）兼顾外围设备 4．设计片选逻辑 按照地址空间： 1）确定片选信号的产生方式 2）设计其逻辑电路。
5．核算对系统总线的负载要求 单片机系统总线的负载能力是有限的，一般
送低8位地址时由
ALE打开“地址锁存
器” 、送8位数据时
由ALE关闭“地址锁 存器”
合
称
三
总
线
P0口+P2口构成16位地址总线：其中： P0口低8位、P2口高8位 P0口单独构成8位数据总线 ALE、/RD、/WR、/PSEN一起构成控制总线
首先让我们认识存储器
凹槽左边为第1脚，逆时针方向2、3、4…脚 “61”为半导体数据RAM、“27”为紫外线擦除ROM、“28”为电擦除 ROM A0～A10为地址总线（“16”代表容量为2KB） D0～D7为数据总线 / WE为写信号、/OE为读信号、/CE为片选信号，合称控制总线 VCC / VDD为电源+端、GND / VSS为电源地
现假设剩下的两根高位地址线A14、A15都为低电平，这样可得到3个芯片 的地址分配。
高位地址
基本地址
其中:P0.0对应A0 P0.1对应A1 P0.2对应A2 …… P0.5对应A5 P0.6对应A6 P0.7对应A7 P2.0对应A8 P2.1对应A9 P2.2对应A10 …… P2.5对应A13 P2.6对应A14 P2.7对应A15
EEPROM已经在智能仪表、检测控制系统和微机开发装 置中得到广泛应用。
右所示为 8051扩展2816A作 为外部程序存储 器的接口电路。 图中2816A的地址 线和数据线的连 接与EPROM情况相 同。
按能够带动几个标准TTL门电路来设计。 如果考虑了存储器和其他负载以后，总负载
超过了总线的负载能力，就要接入总线驱动器。
思考题
参照右图，直接写出8片 存储器的地址。
扩展程序存储器
常用程序存储器芯片介绍
1．EPROM芯片 常用的EPROM中 27系列芯片是Intel 公司的系列产品， 采用紫外线擦除。
有重叠现象、不能充分利用微处理器的内存空间。 原因是：用作片选信号的高位地址线的信号状态得不到
充分利用。
译码方式： 优点: 存储器芯片的地址空间连续，且唯一确定。不
存在地址重叠现象，能够充分地利用内存空间。 缺点：电路连接稍复杂 原因：增加硬件开销 ※当译码器输出端留有空余时，便于继续扩展存储
器或其他外围器件。
0
1
VPP
×
×
VPP
VCC
D7～D0
VCC VCC VCC VCC VCC
DOUT 高阻
DIN VOUT 高阻
2. EEPROM芯片
型号 性能
2816
存储容量/bit
2KB×8
读出时间/ns
250
读操作电压/V 5
擦/写操作电压/V 21
字节擦除时间/ms 10
写入时间/ms
10
封装
DIP24
2816A 2817 2817A 2864A
下图为8031与3片EPROM连接的电路：
你能直接分别写出三块存储器的地址吗？
下图是采用译码方式对8051扩展3片2764EPROM的接口电路。图中 利用2根高位地址线P2．6和P2．7(A14和A15)，经2／4译码器后，3根 译码输出线分别接到3片2764的端。
你能直接分别写出三块存储器的地址吗？
11 11 01
1 1 11 1
1
1 1 1 11
1
1
11 1 1 1
10 11 11 11 11 11 11
1
11 1 1 1
0
11 1 1 1
1
01 1 1 1
1
10
111
1
11 0
11
1 11 1
01
1 11 1
10
下面是通过74LS138译码器的 /Y0、/Y1、/Y2分别作为３片6116的片选信号
/Y0=0时，芯片（1）被选通，即：A15=1、A14=0、A13=0、A12=0、A11=0 时才可以对芯片（1）进行读或写
/Y1=0时，芯片（2）被选通，可以进行读或写，即：A15=1、A14=0、 A13=0、A12=0、A11=1时才可以对芯片（2）进行读或写
/Y2=0时，芯片（3）被选通，可以进行读或写，即：A15=1、A14=0、 A13=0、A12=1、A11=0时才可以对芯片（3）进行读或写
问题：假设A12～A15均为高
芯 片（1）的地址范围是？ 芯 片（2）的地址范围是？
思考题
１、按下图所示，直接写出两片存储器的地址。
2．全译码方式
全译码方式是将片内寻址的地址线以外的高 位地址线，全部输入到译码器进行译码，利用译码 器的输出端作为各存储器芯片的片选信号。
常用的译码器有:
74LSl38(3／8译码器) 74LSl39(双2／4译码器) 74LSl54(4／16译码器) 这里介绍74LSl38译码器。
2KB×8 200/250 5 5 9～15 9～15 DIP24
2KB×8 2KB×8 8KB×8
250
200/250 250
5
5
5
21
5
5
10
10
10
10
10
10
DIP28 DIP28 DIP28
下图为2816／2816A、2817／2817A和2864A的引脚。
注意：1、这些芯片的读出时间较短，擦除和写入时间比较长 2、型号不带“A”的是早期产品，其擦／写操作电压高于5V 3、型号带“A”的改型芯片的擦／写操作电压为5V
为了便于理解我们将译码器简化成下图:
CBA
/Y
000
0
001
0
010
0
011
0
100
0
101
0
110
0
111
0
74LS138真值表
输入 允许
选择
输
出
1OE 2OE
×
1
0
×
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
CBA
××× ××× 000 001 010 011 100 101 110 111
YO Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
根据译码器的逻辑关系和存储器的片内寻址范围，可以 得到3个芯片的地址空间。
芯片Ⅰ 芯片Ⅱ 芯片Ⅲ
全译码方式实现片选的地址分配表
二进制表示 A15 A14 A13 A12 A11 A10 … A0
十六进制表示
1
0
0
0
0
0 … 0～
8000H～87FFH
1
0
0
0
0
1… 1
1
0
0
0
1
0 … 0～
8800H～8FFFH
EPROM与单片机的连接
注意：2732A的连接方式与RAM的连接方式基本相同，唯一区别是： 1、RAM：单片机的/RD、/WR分别接吧/OE、/WE 2、ROM：单片机的 /PSEN 接 /OE
2．扩展多片EPROM
当扩展一片EPROM不能满足要求时，可以采用扩 展多片EPROM的方法。这时所有芯片的片选端都必须适 当连接，也就是要使用片内寻址以外的高位地址线， 以线选或译码方式提供片选信号。
知识点：
三总线RAM存ຫໍສະໝຸດ 芯片及其扩展EPROM存储芯片及其扩展 EEPROM存储芯片及其扩展
通过第2章的学习我 们知道：
单片机内部配置的存储器
单片机外部可扩充的存储器
如何扩充外部存储器是本 章要解决的问题
为解决P0口一口两用，
单造成片数机据和扩地展址混成淆三总线的结构图
的问题，常用“地址
锁存器”加以区分：
…
十六进制 A0
0
1
3000H～37FFH
0
1
2800H～2FFFH
0
1
1800H～1FFFH
也可以用一根高位地址线 加一“非门”，对两片存储器实 现片选，如右图所示。图中当 A1l为低电平时选通芯片（1）， 当A1l为高电平时选通芯片（2）。 两芯片的地址空间为：（假设 A12～A15均为低）
芯 片 （1） 0000H～07FFH 芯 片 （2） 0800H～0FFFH
片选信号与地址分配的关系
片选信号：单片机使存储芯片进入工作状态的信号。
一个存储器芯片具有一定的地址空间。
例如：11根地址线的芯片，其地址空间为2KB(211=2048个单