单片机存储器扩展
MCS-51单片机存储器的扩展
第八章MCS-51单片机存储器的扩展第一节MCS-51单片机存储器的概述(一)学习要求1、熟悉MCS-51 单片机的系统总线及系统总线扩展结构2、掌握常用的片选方法：线选法和全地址译码法。
（二）内容提要1、三总线的扩展方法单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。
为此，应扩展其功能。
MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展。
三总线是指地址总线、数据总线、控制总线。
1）地址总线MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，寻址范围为64K。
地址信号：P0 作为地址线低8 位，P2 口作为地址线高8 位。
2）数据总线MCS-51 单片机的数据总线宽度为8 位。
数据信号：P0 口作为8 位数据口，P0 口在系统进行外部扩展时与低8 位地址总线分时复用。
3）控制总线主要的控制信号有/WR 、/RD 、ALE 、/PSEN 、/EA 等。
2、系统的扩展能力MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，因此它可扩展的程序存储器和数据存储器的最大容量是64K（２１６）。
１）线选法线选法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。
一定会有一些这样的地址线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。
每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。
缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。
２）全地址译码法由于线选法中一根高位地址线只能选通一个部件，每个部件占用了很多重复的地址空间，从而限制了外部扩展部件的数量。
采用译码法的目的是减少各部件所占用的地址空间，以增加扩展部件的数量。
３）译码器级连当组成存储器的芯片较多，不能用线选法片选，又没有大位数译码器时，可采用多个小位数译码器级连的方式进行译码片选．４）译码法与线选法的混合使用译码法与线选法的混合使用时，凡用于译码的地址线就不应再用于线选，反之，已用于线选的地址线就不应再用于译码器的译码输入信号．（三）习题与思考题1. 简要说明MCS-51 单片机的扩展原理。
第5章 单片机存储器扩展
11000000000000000~1101111111111111，即C000H~DFFFH；
11100000000000000~1111111111111111，即E000H~FFFFH。
•采用地址译码器的多片程序存储器的扩展（译码法）
例3 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地
21×210 = 211
地址空间： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0000H 07FFH
最高地址： １
MCS-51单片机寻址范围：64KB
26×210 = 216即16位地址线
地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7··A0 单片机 ·· ·· × × × × × A10A9A8A7··A0 6116 ·· ·· 2KB
25 = 32
上式中：“×”表示0或1。
即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪 2KB不能确定——地址浮动。 只有限定A15··A11的取值才能确定6116在系统中的地址 ·· ·· 范围。如，P2.5 = 1 ，选中6116的/CS线。设P2.7 P2.5 P2.4 P2.3 假定全为1
例2 使用两片2764扩展16 KB的程序存储器，采用线选法选
中芯片。扩展连接图如图所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，
选中2764(1)；当P2.7=1时，选中2764(2)。因两根线(A13、A14)
未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。它们分别为
用两片2764 EPROM的扩展连接图
则: 6116地址范围是B800H ~ BFFFH。
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。
哈工大51单片机存储器扩展
并行接口特点
串行接口特点
串行接口具有数据传输速度较慢、数 据总线宽度较小等缺点，但电路连接 简单、占用引脚少。
并行接口具有数据传输速度快、数据 总线宽度大等优点，但电路连接复杂。
51单片机存储器的访问方式
01
02
03
直接寻址方式
直接寻址方式是指直接给 出存储单元的地址，通过 该地址访问存储器中的数 据。
通过哈工大51单片机的外部存 储器接口，将存储器芯片与单 片机连接。
根据存储器芯片的规格书，设 计相应的电路和连接方式。
根据实际需求，编写相应的程 序来读写扩展的存储器。
05 扩展存储器的应用与优化
扩展存储器在系统中的应用
数据存储
01
扩展存储器用于存储大量数据，如传感器采集的数据、用户数
据等。
程序存储
02
扩展存储器用于存储应用程序的代码，以支持更复杂的功能和
更大的程序。
缓存
03
扩展存储器可以作为高速缓存，提高系统的整体性能。
扩展存储器的性能优化
读写速度
通过优化硬件设计和软件算法，提高扩展存储器的读写速度。
可靠性
采用错误检测和纠正技术，提高扩展存储器的可靠性。
兼容性
确保扩展存储器与主控制器和其他组件的兼容性，以实现无缝集 成。
间接地址映射
扩展存储器的地址通过特 定的寄存器映射到单片机 的地址空间，可以实现更 灵活的地址管理。
段地址映射
将扩展存储器分成若干段， 每段独立映射到单片机的 地址空间，可以实现较大 的存储空间扩展。
04 哈工大51单片机存储器扩 展方案
扩展方案的比较与选择
方案一：并行扩展 优点：扩展速度快，适用于对速度要求较高的应用。
存储器的扩展
28 27 26 25 24 23 22
2764 21
20 19 18
17 16 15
Vcc PGM
N.C A8 A9 A11
OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
整理课件
15
P1.7
P2.7
P1.6
P2.6
P1.5
P2.5
/OE1 O0～O7
/CE7
A12 A8 A7
8K×8
A0
/OE1 O0～O7
0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 4000H～5FFFH 6000H～整7理F课F件FH
8000H～9FFFH A000H～BFFFH C000H～DFFFH E000H～FFFFH 22
例：要求用 2764 芯片扩展 8051 的片外程序存储器空间, 分配的地 址范围为 0000H~3FFFH。
单片机型号
8031 8051 8751 8951
片内程序存储器
类型
容量/B
无
—
ROM
4K
EPROM
4K
Flash
4K
➢ 如何选择程序存储器 ➢ 如何连接单片机和ROM芯片 ➢ 取指令时序
整理课件
12
1、ROM种 类（1）掩模ROM （2）可一次性编程ROM（PROM） （3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM） （4）电擦除可改写ROM（EEPROM） （5）快擦写ROM（flash ROM）
➢ I/O接口的编址方法： （1）独立编址 （2）统一编址 ：MCS-51单片机采用了统一编址方式， 即I/O端口地址与外部数据存储单元 地址共同使用0000H～FFFFH（64KB）。 当MCS-51单片机应用统扩展较多外部 设备和I/O接口时，要占去大量的数 据存储器的地址。
四 MCS-51单片机存储器系统扩展
74LS373引脚
1、控制位OE： OE=0时，输出导通 2、控制位G： 接ALE 3、Vcc=+5V 4、GND接地
1 74LS373为8D锁存器，其主要特点在于：
控制端G为高电平时，输出Q0～Q7复现输入D0～ D7的状态；G为下跳沿时D0～D7的状态被锁存在Q0 ～Q7上。
MOV DPTR, #0BFFFH ;指向74LS373口地址
MOVX A, @DPTR ;读入
MOV @R0， A
;送数据缓冲区
INC R0
;修改R0指针
RETI
;返回
用74LS273和74LS244扩展输入输出接口
地址允许信号ALE与外部地址锁存信号G相连；
单片机端的EA与单片机的型号有关;
存储器端的CE与地址信号线有关。
P... 2.7 P2.0
ALE 8031
P... 0.7 P0.0
EA
PSEN
外部地址
G
锁存器
I...7
O... 7
I0 O0
A... 15
CE
A8
外部程序
存储器
A... 7 A0
D7. . . D0 OE
6264的扩展电路图
图中CS（CE2）和CE引脚均为6264的片选信号，由于该扩展电路 中只有一片6264，故可以使它们常有效，即CS（CE2）接+5V ，CE接地。6264的一组地址为0000H～1FFFH。
存储器地址编码
SRAM6264：“64”—— 8K×8b = 8KB 6264有13根地址线。 地址空间： A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH MCS-51单片机寻址范围：64KB 26×210 = 216即16位地址线 地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7······A0 单片机
STC89C52单片机存储器扩展
8.1 系统扩展结构 8.2 地址锁存与地址空间分配 8.3 程序存储器的扩展 8.4 数据存储器的扩展 8.5 EPROM和RAM的综合扩展
8.1 系统扩展结构
为减少连接线，简化组成结构，可把具有共性的连线归并成 一组公共连线，即总线——传送信息的公共通道（BUS）。
STC89C52为减少引脚数量，采用了复用P0口方案，即P0口兼作数据 线和低8位地址线，为了将地址和数据信息区分开来，需要在P0口外 部增加地址锁存器，即将地址信息的低8位锁存后输出。
STC89C52RC的4个并行I/O口，由于系 统扩展的需要，能够真正作为数字I/O使用， 就剩下P1和P3的部分口线了。
STC89C52单片机发出的地址码用于选择某个存储器 单元，在这个过程中单片机必须进行两种选择：一是选 中该存储器芯片，称为“片选”，未被选中的芯片不能 被访问。二是在“片选”的基础上再根据单片机发出的 地址码来对“选中” 芯片的某一单元进行访问，即“单 元选择”。为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同 时也都有多条地址线引脚，以便进行单元选择。注意， “片选”和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发 出的地址信号来完成选择的。
I/O口方式（非总线方式 ）
例如：MOVX A, @DPTR
I/O口方式——采用片内RAM
（片外RAM 0～0FFFFH） 指令访问外设
例如：MOV A,P0
STC89C52单片机没有专用总线引脚，而是采用了I/O引脚兼
作总线引脚的方案。
STC89C52单片机的存储器扩展即包括程序存储 器扩展又包括数据存储器扩展。AT89S51单片 机采用程序存储器空间和数据存储器空间截然 分开的哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并 行的外部存储器空间。
单片机存储器的扩展(part 1 80C51)
在软件中，可用数据查询方式检测写操作中”页存 储周期“是否完成。“页存储”期间，如果对2864执行 读操作，那么读出的是最后写入的字节，若芯片的转储 工作未完成，则读出数据的最高位是原来写入字节最高 位的反码。据此，CPU可判断芯片的编程是否结束。如 果CPU读出的数据与写入的数据相同，表示芯片已完成 编程，CPU可继续向芯片加载下一页数据。
/OE：数据输出允许信号
6116共有四种工作方式：未选中、禁止、读出、写入（见教材 P127表5-4/表6.2）。
5.4.4数据存储器扩展举例 在 80C51 的扩展系统中，片外数据存储器一般由随 机存取存储器组成，最大可扩展64KB。数据存储器扩展 与程序存储器扩展在数据线、地址线的连接上是完全相 同的。所不同的只在于控制信号，程序存储器使用 /PSEN作为读选通信号，而数据存储器则使用/RD和/WR 分别作为读、写选通信号 1、单片数据存储器扩展 例：见图所示（或见教材P127图5.11/图6.9）。这里使用 了一片 6116 实现了 2KB RAM 扩展。在扩展连接中，以 /RD 信号接芯片的 /OE 端，以 /WR 信号接 /WE 端，进行 RAM芯片的读写控制。由于假定系统只有一片 6116，因 此没有使用片选信号，而把/CE端直接接地。这种情况下， 6116的地址范围是0000~07FFH。 与程序存储器相比较，数据存储器的扩展连接在数 据线、地址线的连接方法上是一致的，所不同的只是在 控制信号线上的差别。
第8章 单片机存储器扩展
译码法的另一个优点是若译码器输出端留 有剩余端线未用时，便于继续扩展存储器或I/O 口接口电路。
译码法和线选法不仅适用于扩展存储器(包 括外RAM和外ROM)，还适用于扩展I/O口(包括各 种外围设备和接口芯片)。
译码有两种方法：部分译码法和全译码法。
部分译码：存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺 次相接后，剩余的高位地址线仅用一部分参加译码。部分 译码使存储器芯片的地址空间有重叠，造成系统存储器空 间的浪费。 部分译码法的一个特例是线译码。所谓线译码就是 直接用一根剩余的高位地址线与一块存储器芯片的片选 信号CS相连，同时通过非门与另一块存储器芯片的片选 信号CS相连。 全译码：存储器芯片的地址线与单片机系统的地址线顺次 相接后，剩余的高位地址线全部参加译码。这种译码方法 存储器芯片的地址空间是唯一确定的，但译码电路相对复 杂。
2 2764
8031
CE GND
EA Vss
上图为8XX51单片机扩展单片程序存储器2764的电路 图。
其8个重叠的地址范围为如下： 0000000000000000~0001111111111111，即：0000H~1FFFH； 0010000000000000~0011111111111111，即：2000H~3FFFH； 0100000000000000~0101111111111111，即：4000H~5FFFH； 0110000000000000~0111111111111111，即：6000H~7FFFH； 1000000000000000~1001111111111111，即：8000H~9FFFH； 1010000000000000~1011111111111111，即：A000H~BFFFH； 1100000000000000~1101111111111111，即：C000H~DFFFH； 1110000000000000~1111111111111111，即：E000H~FFFFH。
单片机EPROM程序存储器扩展实例
单片机EPROM程序存储器扩展实例图为扩展8KB×8的程序存储器27C64与单片机的连接电路。
该电路也称为8031的最小系统。
要通过对这个系统的分析，把握存储器扩展电路的连接与单片机外部程序存储器操作时序的关系，即单片机的数据总线D0～D7、地址总线A0～A15和掌握信号、、ALE与外扩EPROM、74LS373的信号连接关系以及74LS373在电路中的作用。
图中74LS373是带三态输出的8D锁存器，三态掌握接地。
G端与8031的ALE连接，每当ALE下跳变时，74LS373锁存低8位地址信号，并输出供系统使用。
27C64是8KB×8位EPROM器件，有13根地址线A0～A12输入，它能区分13位二进制地址信息。
这13根地址线分别与8031的P2口和P2.0～P2.4连接，当8031系统发出13位地址信息时，分别选中27C64片内8KB存储器中的各单元。
数据线的连接：存储器的8位数据线D0～D7接P0口（P0.0～P0.7）。
单片机规定指令码和数据都由P0口读入，数位对应相连即可。
27C64的引脚为片选信号输入端，低电平有效，表示选中该27C64芯片。
该片选信号打算了27C64这块芯片的8KB存储器在整个8031扩展程序存储器64KB空间中的位置。
该系统中只有一片27C64，现将接地，表示常有效。
依据上述电路接法，27C64占有的扩展程序存储器空间为0000H～1FFFH地址空间。
掌握线的连接：（外部程序存储器取指信号）接（存储器读信号）。
ALE地址锁存允许信号，通常接至地址锁存器锁存信号。
（单片机内/外程序存储器选择信号）当采纳8031、8032时，而应接地。
此外，27C64的和Vpp端及端可组合成27C64的各种工作方式（读、待机、写即编程、校对等），图中的方式处于读和待机两种状态。
当选通信号为低电平，选通27C64，即读27C64中的程序或常数，当选通信号为高电平，即无效，则27C64处于低功耗待机状态。
第8章89C51单片机扩展存储器的设计
89C51与74LS373的连接如图8-9所示。
图8-7
引脚说明如下:
D7～D0: 8位数据输入线。
Q7～Q0: 8位数据输出线。
G:
数据输入锁存选通信号,
图8-8
OE*: 数据输出允许信号 图8-9
74LS373功能如表8-3所示。
表8-3 74LS373功能表 OE* G D Q 0111 0100 0 0 × 不变 1 × × 高阻态
CPU相类似的片外三总线，见图8-2。
图8-2
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（见图 8-2），使寻址范围达到64KB。 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。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。其中包括： （1）PSEN*信号作为外扩程序存储器的读选通控制信号。
图8-3
输
G1 G2A* G2B*
表8-1 74LS138译码器真值表
入
输出
CBA
Y7* Y6* Y5* Y4* Y3* Y2* Y1* Y0*
（2）74LS139 74LS139是双2-4译码器。两个译码器完全独立，分别有各自的
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8-4所示，真值表如表8-2所示（见P138）。
单片机扩展外部ROM或RAM读写时序
10
19
11
18
12
17
13
16
14
15
2764 27128 27256 27512
Vcc Vcc Vcc
Vcc
PGM PGM A14
A14
NC
A13 A13
A13
A8
A8
A8
A8
A9
A9
A9
A9
A11 A11 A11
A11
OE
OE
OE
OE/Vpp
A10 A10 A10
A10
CE
CE
CE
CE
Q7
Q7
Q7
Q7
Q6
Q6
Q6
Q6
Q5
Q5
Q5
Q5
Q4
Q4
Q4
Q4
Q3
Q3
Q3
Q3
EPROM存储器扩展电路：
P2.0-P2.4
ALE
P0
80C31
EA
74LS373
G OE
D7 Q7 :: :: D0 Q0
PSEN
A8-A12
A7
: :
2764A
A0
D0～D7
CE OE
2、EEPROM存储器及扩展
常用的EEPROM芯片有2864、2817等 。
由于80C51采用不同的控制信号和指令 ，尽管ROM 与RAM的地址是重叠的，也不会发生混乱。
80C51对片内和片外ROM的访问使用相同的指令，两 者的选择是由硬件实现的。
芯片选择现在多采用线选法，地址译码法用的渐少。 ROM与RAM共享数据总线和地址总线。
访问片外ROM的时序 ：
单片机并行口扩展和存储器扩展
单片机并行口扩展和存储器扩展
单片机并行口扩展和存储器扩展
1、单片机并行口扩展，扩展I/O口采用和数据存储器相同的寻址方式。
其方法有三种：
1)总线扩展，通过锁存器对P0口扩展，这一扩展方法只分时占用P0口，而不会影响P0口与其他扩展电路的连接作用。
2)串口扩展，通过串口的工作方式完成I/O口的扩展，多通过移位寄存器164/165实现，缺点明显，占用了串口，采用移位方式，速度较慢。
3)通过片内I/O口扩展，也就是不通过P0口而通过其他片内I/O口扩展，例如8255等。
2、单片机存储器扩展，包括程序存储器的扩展和数据存储器的扩展。
由于单片机中的程序存储器和数据存储器严格分开了，因此程序存储器扩展的操作时序有所不同，可分为执行MOVX命令和不执行两种，而数据存储器的扩展相对较为简单，扩展方法也很多。
此处不再赘述。
扩展阅读：51单片机模拟串口的三种方法。
第05讲 MCS-51单片机存储器的扩展
0000 0000 0000)
最高地址07FFH(A15 A14 A13 A12 A11 A10…A0 = 0000 0111 1111 1111)
6.2.1 扩展EPROM型程序存储器
由于P2.3~P2.6的状态与该芯片2716的寻址无关，所以 P2.3~P2.6可为任意状态，从0000至1111共有16种组合，因 此实际上该2716芯片可有16个地址范围。这种多地址范围的 重叠现象是线选法本身造成的，因此地址范围的非惟一性是 线选法的一大缺点。
第05讲 MCS-51单片机存储器的扩展
本讲要解决的问题？ 单片机作为一个芯片级的微型计算机，是工业测控领域 里广泛使用的一种机型，可谓“麻雀虽小，五脏俱全”，它 具备运行应用程序的基本条件，所提供的资源能够满足一般
应用系统的需求，然而对于一些特殊的情况，其内部资源也 显得不够用(比如，程序存储器的容量太小，不能容纳更大 的应用程序)，且必须通过在单片机芯片外围的扩展才能达 到应用系统的要求。那么，如何对单片机的资源进行扩展， 进行资源扩展过程中要注意哪些问题呢？
6.2.2 扩展EEPROM型程序存储器
EEPROM兼有程序存储器和数据存储器的特点，既可以作 为程序存储器，又可以作为数据存储器使用。 典型的EEPROM芯片有：2816（2K×8位）、2817（2K×8 位）、2864A（8K×8位）等。
6Hale Waihona Puke 2.2 扩展EEPROM型程序存储器
EEPROM对硬件电路无特殊要求，操作简便。早期设计的 EEPROM是依靠片外高电压进行擦写，近期已将高压电源集成 在芯片内，可以直接使用单片机系统的5V电源在线擦除和改 写；在芯片的引脚设计上，8KB的EEPROM 2864A与同容量的 EPROM 2764和静态RAM 6264是兼容的，给用户的硬件设计和 调试带来了极大的方便。 EEPROM具有ROM的非易失性，又具有RAM的随机读／写特 性，每个单元可以重复进行1万次改写，保留信息的时间可
单片机扩展电路(二)
单片机扩展电路（二）引言概述：在单片机应用中，扩展电路是必不可少的，它能够有效地提升单片机的功能和性能。
本文将介绍单片机扩展电路的设计原则和一些常用的扩展电路，旨在帮助读者更好地理解和应用单片机的扩展电路。
正文内容：一、IO扩展电路1. 使用74HC595芯片进行8位输出扩展2. 使用PCF8574芯片进行8位输入扩展3. 使用双向移位寄存器实现输入输出模式切换4. 使用IO扩展板实现大量IO口的扩展5. 使用IO扩展芯片实现I2C总线扩展二、ADC和DAC扩展电路1. 使用ADC0804芯片进行模拟量采集2. 使用MAX11615芯片进行多通道模拟量采集3. 使用DAC0832芯片进行模拟量输出4. 使用R-2R网络实现更高精度的模拟量输出5. 使用PWM信号和低通滤波器实现模拟量输出三、串口扩展电路1. 使用MAX232芯片进行RS232电平转换2. 使用USB转串口模块实现USB接口扩展3. 使用蓝牙模块实现无线串口扩展4. 使用WiFi模块实现无线串口扩展5. 使用以太网模块实现网络串口扩展四、定时器和计数器扩展电路1. 使用74HC161芯片进行多位计数2. 使用74HC4040芯片进行二进制计数3. 使用CD4541B芯片进行定时器功能扩展4. 使用定时器模块实现精确的时间测量5. 使用定时器和中断实现实时时钟功能五、存储器扩展电路1. 使用24CXX系列芯片进行I2C存储器扩展2. 使用AT24C256芯片进行大容量存储器扩展3. 使用SD卡进行存储器扩展4. 使用EEPROM芯片进行非易失性存储器扩展5. 使用Flash芯片进行可擦写存储器扩展总结：单片机扩展电路的设计具有很大的灵活性，可以根据具体应用需求选择不同的扩展电路。
本文对IO扩展电路、ADC和DAC扩展电路、串口扩展电路、定时器和计数器扩展电路以及存储器扩展电路进行了详细介绍，希望读者能够通过学习掌握单片机扩展电路的设计方法和应用技巧，为自己的项目开发提供更多的选择和可能性。
单片机课件8 单片机的存储器的扩展
MCS-51单片机的地址总线为16位，它的存储器最大的 扩展容量为216，即64K个单元。
2013-6-27
单片机原理及其应用
20
8.3 程序存储器扩展
8.3.2 外部程序存储器扩展原理及时序
（一） 外部程序存储器扩展使用的控制信号
（1）EA——用于片内、片外程序存储器配置， 输入信号。当EA=0时，单片机的程序存储器全部为扩 展的片外程序存储器；当EA=1 时，单片机的程序存 储器可由片内程序存储器和片外程序存储器构成，当 访问的空间超过片内程序存储器的地址范围时，单片 机的CPU自动从片外程序存储器取指令。 （2）ALE——用于锁存P0口输出的低8位地址。 （3）PSEN ——单片机的输出信号，低电平时， 单片机从片外程序存储器取指令；在单片机访问片内 2013-6-27 单片机原理及其应用 程序存储器时，该引脚输出高电平。
2013-6-27 单片机原理及其应用 11
8.2 半导体存储器
8.2.2 只读存储器 只读存储器（Read Only Memory，ROM），ROM 一般用来存储程序和常数。ROM是采用特殊方式写入 的，一旦写入，在使用过程中不能随机地修改，只能从 其中读出信息。与RAM不同，当电源掉电时，ROM 仍 能保持内容不变。在读取该存储单元内容方面，ROM 和RAM相似。只读存储器有掩膜ROM、PROM、EPROM、 E2PROM（也称EEPROM）、Flash ROM等。它们的区 别在于写入信息和擦除存储信息的方式不同。
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
第六章MCS-51单片机存储器的扩展
这些SRAM的引脚功能描述如下： A0~An：地址输入线;对6116，n=10;对6264,n=12;其他的类推。 D0~D7：双向数据线； CE：是片选输入线，低电平有效；6264的CS1为高电平，且CE为 低电平时才选中该芯片。 WE：写允许信号输入线，低电平有效； OE：读选通信号输入线，低电平有效； VCC：工作电源+5V。 GND：电源地。
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
CPU读取的指令有两种情况：一是不访问数据存储器的指令； 二是访问数据存储器的指令。因此，外部程序存储器就有两种操 作时序。
外部程序存储器的操作时序
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
外部程序存储器的操作时序
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
3.扩展多片EPROM的扩展电路 与单片EPROM扩展电路相比，多片EPROM的扩展除片选线CE外， 其它均与单片扩展电路相同。图中给出了利用27128扩展64k字节 EPROM程序存储器的方法。片选信号由译码选通法产生。
程 序 存 储 器 E P R O M 的 扩 展
所谓总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。 按其功能通常把系统总线分为三组：即地址总线、数据总线和控 制总线。
1. 地址总线（Address Bus） 地址总线用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单 元和I/O端口的选择。地址总线的数目决定着可直接访问的存储 单元的数目。例如n位地址，可产生2n 个连续地址编码，因此可 访问2n个存储单元，即通常所说的寻址范围为2n地址单元。MCS51单片机存储器扩展最多可达64kB，即216地址单元，因此，最多 可需16位地址线。这16根地址线是由P0口和P2口构建的，其中P0
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编址有两种方式
对I/O与存储器编址通常有两种方式： ☞ 独立编址方式： I/O与存储器分别编址 (例如IBM-PC) ☞ 统一编址方式： I/O与存储器合在一起编址(单片机应用系统)
扩展总线的组成
单片机是通过地址总线，数据总线和控制总线 与外部交换信息的。 扩展总线组成
低位地址线A0～A10实现片内寻址。 高位地址线A11～A13实现片选（A11～A13中只允许有一根 为低电平，另二根必须为高电平，否则出错）。 无关位A14、A15可任取，一般取“1”。
线选法三片存储器芯片地址分配表
二进制表示 无关位
A15 A14
片外地址线
A13 A12 A11
片内地址线
A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
MCS-51单片机的最小系统
MCS-51系列单片机的特点就是体积小，功
能全，系统结构紧凑，硬件设计灵活。对于
简单的应用，最小系统即能满足要求。 所谓最小系统，是指一个真正可用的单片 机最小配置系统。对于单片机内部资源已能满 足系统需要的，可直接采用最小系统。MCS-51 单片机根据片内有无程序存储器最小系统分两 种情况。
16进制表示
芯 片 Ⅰ 芯 片 Ⅱ 芯 片 Ⅲ
1 . 1 1 . 1 1
1 . 1 1 . 1 1 .
1 1 1 . 1 0
1 . 1 0 . 0 1
0 . 0 1 . 1 1
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
① ALE：输出，用于锁存P0口输出的低8位地址信号， 与地址锁存器控制端G连接。
② PSEN：输出，用于外ROM读选通控制，与外ROM输出 允许端OE连接。 ③ EA：输入，用于选择读内/外ROM。EA=1，读内ROM； EA=0，读外ROM。一般情况下，有并且使用内ROM时， EA接Vcc；无内ROM或仅使用外ROM时，EA接地。 ④ RD：输出，用于读外RAM选通，执行MOVX读指令时， RD会自动有效，与外RAM读允许端OE连接。 ⑤ WR：输出，用于写外RAM选通，执行MOVX写指令时， WR会自动有效，与外RAM写允许端WE连接。
二、8031最小应用系统
8031片内无程序存储器片，因此，在构成最小应用 系统时，不仅要外接晶体振荡器和复位电路，还应外扩展 程序存储器。
高8位地址线 P2 ALE 8031 G 74LS 373 A15 ~ ~
A8 A7
A0 D7
CE
~
P0
D0 OE
2764
EA PSEN
该最小系统特点如下：
（1）由于P0、P2在扩展程序存储器时作为地址线和数据线， 不能作为I/O线，因此，只有P1、P3作为用户I/O口使用。 （2）片内数据存储器同样有128字节，地址空间00H~7FH， 没有片外数据存储器。 （3）内部无程序存储器，但片外扩展了程序存储器，其地 址空间随芯片容量不同而不一样。上图中使用的是2764芯 片，容量为8K字节，地址空间为0000H~1FFFH。由于片内没 有程序存储器，只能使用片外程序存储器，EA只能接低电 平。 （4）同样，可以使用两个定时/计数器T0和T1，一个全双 工的串行通信接口，5个中断源。
一、8051/8751的最小系统
8051/8751片内有4K的ROM/EPROM，因此，只需要外接 晶体振荡器和复位电路就可构成最小系统。
XTAL1 P0 8751 8051 P1 XTAL2 P2 8 8 8 8
RESET
EA P3 GND
+5V
+5V
该最小系统的特点如下： （1）由于片外没有扩展存储器和 外设，P0、P1、P2、P3都可以作为 用户I/O口使用。 （2）片内数据存储器有128字节， 地址空间00H~7FH，没有片外数据 存储器。 （3）内部有4KB程序存储器，地址 空间0000H~0FFFH，没有片外程序 存储器，EA应接高电平。 （4）可以使用两个定时/计数器T0 和T1，一个全双工的串行通信接口， 5个中断源。
编址/译码/寻址概念：
通过适当的地址线(或控制线，或I/O线), 在物理上形成某个或某些片选/使能等信号， 实现与接口对象的一一对应的过程。
站在单片机/计算机一侧来看待上述过程叫编址。 站在单片机/计算机外侧来看待上述过程叫译码。 通过软件与译码电路硬件实现对外设的片选 或使能控制过程叫寻址。
注意
⑴ 数据传送:由数据总线DB（D0～D7）完成； D0～D7由P0口提供 ⑵ 单元寻址:由地址总线AB（A0～A15）完成； 低8位地址线A0～A7由P0口提供 高8位地址线A8～A15由P2口提供。 ⑶ 交互握手:由控制总线CB完成。 控制线有PSEN、WR、RD、ALE、EA
MCS-51控制总线，有以下几条：
单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、 定时器、中断系统、存储器等计算机的基本 部件（即系统资源），但是对一些较复杂应 用系统来说有时感到以上资源中的一种或几 种不够用，这就需要在单片机芯片外加相应 的芯片、电路，使得有关功能得以扩充，称 为系统扩展（即系统资源的扩展）。 MCS-51单片机系统扩展包括程序存储器扩 展、数据存储器扩展、I/O口扩展、定时/计数 器扩展、中断系统扩展和串行口扩展。在本章 中只介绍应用较多的程序存储器扩展和数据存 储器扩展。
扩展芯片的寻址方式
存储器片内存储单元的地址： 由与单片机地址线直接连接的地址线确定； 存储器芯片地址： 由高位地址线产生的片选信号确定。
当存储器芯片多于一片时，为了避免误操作， 必须利用片选信号来分别确定各芯片的地址分配。 产生片选信号的方法有线选法和译码法两种。
1、线选法
高位地址线直接连到存储器芯片的片选端。 图中芯片是2K* 8位。
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
0 . 1 0 . 1 0
F000H ～ F7FFH E800H ～ EFFFH D800H
.
1
.
1
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0
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1
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1
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