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。
8051单片机存储器扩展
8051单片机存储器扩展摘要：在一个单片机应用系统中通常包含有信息输入与输出、数据的存储与处理等。
虽然MCS-51单片机自身具有存储器和I/O接口部件，但是当其用于控制功能强大或特殊的工业测控系统却往往显得资源不足，不能满足需要。
因此，考虑到这方面的因素，便提供了易于实现的系统扩展方案，以实现外部存储器和I/O接口部件的扩展。
系统扩展可分为并行扩展和串行扩展两种方式。
关键词：8051单片机，存储器，扩展，电原理图，PCB板，元件封装，元件库等。
一、设计方案设计都是根据现实的需要而来，当单片机自身的内部资源不够时，便需要对其进行扩展。
这里使用的是系统并行扩展的三总线构造。
其中选用了地址锁存器74LS373、程序存储器2764和数据存储器6264。
二、电路原理芯片6264占用系统地址空间为：(0000~1FFFH)or(2000~3FFFH)or(4000H~5FFFH)or(6000H~7FFFH)其原理图如下：整个扩展口电路用线选法完成，其电路原理图如下：三、单元电路及芯片功能介绍MCS-51单片机的引脚功能：1.电源引脚Vcc接+5V，GND接地；2.时钟信号引脚X1，X2为外部时钟信号引脚；3.控制线RST/Vpd作为RST使用时为复位输入端，作为Vpd使用时可接备用电源保持信息不丢失。
EA/Vpp引脚，EA为访问内部或外部程序存储器的选择信号，Vpp可接21V编程电压；PSEN引脚为外部程序存储器读选通控制信号，低电平有效。
4.输入/输出口线程序存储器2764主要引脚有；地址线(A0-A12)、数据线（O0-O7）、控制线OE/ Vpp，输出使能信号/编程电压；正常操作时，低电平允许数据输出，通常与单片机的PSEN信号相连，固化程序时，此引脚接编程电压、片选线CE，低电平允许芯片工作，高电平禁止工作。
四、参考文献[1]潘永雄.电子线路CAD使用教程.西安：西安电子科技大学出版社，2001[2]赵广林.轻松跟我学Protel99DXP电路设计与实例精解.北京：人民邮电出版社，2006[3]吴培明.电子技术虚拟实验.北京：机械工业出版社，1999电原理图PCB板顶层底层元件清单。
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。
单片机实验-扩展存储器读写实验
实验一：扩展存储器读写实验一.实验要求编制简单程序，对实验板上提供的外部存贮器（62256）进行读写操作。
二.实验目的1．学习片外存储器扩展方法。
2．学习数据存储器不同的读写方法。
三.实验电路及连线将P1.0接至L1。
CS256连GND孔。
四.实验说明1．单片机系统中，对片外存贮器的读写操作是最基本的操作。
用户藉此来熟悉MCS51单片机编程的基本规则、基本指令的使用和使用本仿真实验系统调试程序的方法。
用户编程可以参考示例程序和流程框图。
本示例程序中对片外存贮器中一固定地址单元进行读写操作，并比较读写结果是否一致。
不一致则说明读写操作不可靠或该存储器单元不可靠，程序转入出错处理代码段（本示例程序通过熄灭一个发光二极管来表示出错）。
读写数据的选用，本例采用的是55（0101，0101）与AA（1010，1010）。
一般采用这两个数据的读写操作就可查出数据总线的短路、断路等，在实际调试用户电路时非常有效。
用户调试该程序时，可以灵活使用单步、断点和变量观察等方法，来观察程序执行的流程和各中间变量的值。
2．在I状态下执行MEM1程序，对实验机数据进行读写，若L1灯亮说明RAM读写正常。
3．也可进入LCA51的调试工具菜单中的对话窗口，用监控命令方式读写RAM，在I状态执行SX0000↓ 55，SPACE，屏幕上应显示55，再键入AA，SPACE，屏幕上也应显示AA，以上过程执行效果与编程执行效果完全相同。
注：SX是实验机对外部数据空间读写命令。
4．本例中，62256片选接地时，存储器空间为0000~7FFFH。
五.实验程序框图实验示例程序流程框图如下：六.实验源程序：ORG 0000HLJMP STARTORG 0040HSTART:MOV SP,#60HMOV DPTR,#0000H ;置外部RAM读写地址MOV A,#55H ;测试的数据一MOV B,AMOVX @DPTR,A ;写外部RAMMOVX A,@DPTR ;读外部RAMXRL A,B ;比较读回的数据JNZ ERRORMOV A,#0AAH ;测试的数据二MOV B,AMOVX @DPTR,AMOVX A,@DPTRXRL A,BJZ PASS ;测试通过ERROR: SETB P1.0 ;测试失败,点亮LEDSJMP $PASS: CPL P1.0 ;LED状态(亮/灭)转换MOV R1,#00H ;延时DELAY: MOV R2,#00HDJNZ R2,$DJNZ R1,DELAYLJMP START ;循环测试END实验二P1口输入、输出实验一.实验要求1.P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。
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
51单片机实验-实验五 存储器扩展实验
实验5 存储器扩展实验一、实验目的1.掌握PC存储器扩展的方法。
2.熟悉6264芯片的接口方法。
3.掌握8031内部RAM和外部RAM的数据操作二、实验设备PC机、星研Star16L仿真器系统+仿真头PODPH51(DIP)、EL-Ⅱ型通用接口板实验电路，PROTEUS仿真软件。
三、实验仿真：1）proteus仿真电路图2）实验程序;NAME T7_1_RAMORG 0000HSTART: MOV DPTR,#7000H ;起始地址送DPTRLOOP1: MOV A,#00H ;置数据初值LOOP: MOVX @DPTR,AADD A,#01H ;数据加一INC DPTR ;地址加一MOV R0,DPHCJNE R0,#80H,LOOP ;数据是否写完,没写完则继续SS: SJMP SSEND3）仿真结果运行上面的程序，由于设定起始地址为7000，而P2.0~P2.4分别作为地址线A8~A12，P2.5~P2.7分别接74ls138的ABC三个口，且38译码器的Y2接6264-U3的片选口CE，与接6264-U4的片选口CE，所以此时CBA为011，则选择的存储器为U4，将00~FF这组数据分别送到U4的以7000H为起始地址的单元中，并循环放置（即proteus仿真结果中的1000H 地址）；若将程序中的起始地址改为5000H，检验是否写完数据的数值#80H改为#60H，则此时CBA为010，此时选择的是U3存储器，结果与选择U4时一样。
证明这些地址都可用，如果不可用，则在写入数据时所有地址单元中的数值保持为FF。
四、实验台操作1）接线实验台已将内部线路接好，可用地址范围为4000~7FFFH2）实验结果实验结果基本与仿真结果一致。
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 ：
单片机与外部存储器交互 扩展存储空间的方法
单片机与外部存储器交互扩展存储空间的方法在现代电子设备中，单片机作为一种高度集成的控制器芯片，被广泛应用于各个领域。
然而，由于单片机的存储容量有限，为了满足复杂的应用需求，通常需要扩展存储空间。
本文将介绍单片机与外部存储器的交互原理以及几种常见的方法来扩展存储空间。
一、交互原理在单片机中，外部存储器通常指的是非易失性存储器，如EEPROM、Flash等。
通过与单片机进行数据的读写操作，可以实现数据的长期存储和共享。
外部存储器与单片机之间的交互主要依靠通信接口，如SPI、I2C、串口等。
下面将分别介绍这几种接口的原理。
1. SPI接口SPI（Serial Peripheral Interface）是一种全双工的串行通信接口，使用4根线（SCK、MOSI、MISO、CS）进行数据传输。
在SPI接口中，单片机作为主设备发起数据传输，而外部存储器作为从设备响应主设备的指令并传输数据。
通过SPI接口，单片机可以直接读写外部存储器中的数据，实现存储空间的扩展。
2. I2C接口I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种系列总线通信协议，通过两根线（SCL、SDA）进行数据传输。
在I2C接口中，单片机既可以作为主设备发送数据，也可以作为从设备接收数据。
通过I2C接口，单片机可以与多个外部存储器进行通信，实现存储空间的扩展。
3. 串口接口串口接口是一种常见的通信接口，通过TX（发送）和RX（接收）两根线进行数据传输。
在串口接口中，单片机通过发送和接收数据来与外部存储器进行通信。
虽然串口的传输速率较低，但它简单易用，适合与存储器进行简单的数据交互。
二、扩展存储空间的方法在了解了单片机与外部存储器的交互原理后，下面将介绍几种常见的方法来扩展存储空间。
1. 并行存储器并行存储器是一种传统的扩展存储空间的方法，它通常由存储芯片组成，通过地址线和数据线与单片机相连。
并行存储器的特点是读写速度快，但容量有限。
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
单片机电子课件外部存储器的扩展
SPI接口采用主从模式，有一个主设备和一个或多个从设备。 主设备通过SCK信号线控制数据传输，从设备根据主设备的 时钟信号进行数据读写。SPI接口具有高速、简单、易扩展等 优点，适用于多种类型的存储器扩展。
I2C接口
总结词
I2C接口是一种多主机总线，常用于连接单片机和各种外设。
详细描述
I2C接口采用两线制，分别是数据线SDA和时钟线SCL。多个设备可以共用这两 根线，通过地址码进行设备间的通信。I2C接口具有简单、灵活、可靠性高等优 点，适用于连接各种传感器、存储器等外设。
详细描述
例如IDE接口、USB接口等。这些接口技术各有特点，适用于不同的应用场景。IDE接口通常用于连接硬盘等大容 量存储设备，而USB接口则具有通用性高、易于扩展等优点。
05
扩展外部存储器的硬件设计
存储器芯片的选择
闪存芯片
闪存芯片具有非易失性，断电后 数据不会丢失，且容量大、体积
小，适合存储大量数据。
随着技术的发展，单片机逐渐发展成 为嵌入式系统的重要组成部分，广泛 应用于各种领域。
现代单片机
现代单片机采用32位或64位处理器，具 有更强大的计算能力和更丰富的外设接 口，能够满足更复杂的应用需求。
03
外部存储器概述
外部存储器的分类
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)：电可 擦除可编程只读存储器，可以通过电子方式擦
除和编程。
SRAM (Static Random-Access Memory)： 静态随机存取存储器，读写速度快，但价格较
高。
Flash Memory：闪存，是一种非易失性存储 器，可以在断电后保存数据。
51单片机外部存储器扩展
式。
二、地址译码器法 经过地址译码器，使用较少旳地址信号编码产生较多旳译码信
号，从而实现对多块存储器及I/O器件旳选择。
第410章章 M51单CS片-5机1单外片部机存系储统器功扩能展的扩展
10.3 外部存储器扩展 外部存储器旳扩展涉及程序存储器和数据存储器，这两种扩展
第410章章 M51单CS片-5机1单外片部机存系储统器功扩能展的扩展
10.1.1 I/O口扩展概述
因为MCS-51旳外部数据存储器RAM和I/O口是统一编址旳， 所以，顾客能够把外部64KB旳数据存储器RAM空间旳一部分作为 扩展外围I/O旳地址空间。这么，单片机就能够像访问外部RAM 存储器那样访问外部接口芯片，对其进行读/写操作。
第410章章 M51单CS片-5机1单外片部机存系储统器功扩能展的扩展
第10章 51单片机外部存储器扩展
10.1 外部I/O旳扩展 10.2 存储器概述 10.3 外部存储器扩展
第410章章 M51单CS片-5机1单外片部机存系储统器功扩能展的扩展
第10章 51单片机外部存储器扩展 10.1 外部I/O旳扩展
InteL企业常用外围器件如表10-1所示。
器件型号 8255A
8155/8156 8243 8279 8251 8253
器件名称 可编程外围并行接口 可编程RAM/IO扩展接口
I/O扩展接口 可编程键盘/显示接口
可编程通信接口 可编程定时/计时器
第410章章 M51单CS片-5机1单外片部机存系储统器功扩能展的扩展
SCL
起始/停止时序 写周期时序
SDA
ACK
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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第5章 单片机存储器扩展
5.2.2 程序存储器的扩展
程序存储器的特点是掉电后数据不丢失，常用来存放程 序和一些原始数据。按其制作原理可分为: (1) 掩膜ROM；(2) 可编程ROM(PROM)；(3) 可擦除ROM(EPROM或E2 PROM)。 程序存储器扩展时要用到控制线 PSEN ，通常是直接连 接到扩展存储器芯片的 OE 端。 下面用线选法和译码法分别介绍单片机程序存储器的扩 展方法。
第5章 单片机存储器扩展
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（例如3-8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。
第5章 单片机存储器扩展
（4）从8031的P0.0～P0.7端口输出的低8位地址，先送到 74LS373(地址琐存器)，然后P0.0～P0.7端口再用来输出数据， 接到2764的D0～D7端口，高5位地址由P2.0～P2.4端口输出。 （5）图4-8中有地址重叠现象，只要保证P2.5引脚为低电 平，即可选中2764，故地址范围可以是0000H～1FFFH、或 者4000H～5FFFH、或者8000H～9FFFH、或者C000H～ DFFFH。 一般以0000H～1FFFH为基本地址范围。
第5章 单片机存储器扩展
图5-3 74LS373的结构示意图
第5章 单片机存储器扩展
（2） E2 PROM 2764
E PROM 2764双列直插式28引脚的标准芯片, 容量为 8K×8位, 其管脚如下图所示。
2
图5-4 2764的管脚图
第5章 单片机存储器扩展
（3）3—8译码器74LS138
第5章 单片机存储器扩展
第5章 单片机存储器扩展
5.1 存储器扩展基础知识 5.2 存储器的扩展 思考题
第5章 单片机存储器扩展
5.1 存储器扩展基础知识
5.1.1 最小应用系统 5.1.2 系统扩展的内容与方法 5.1.3 常用的扩展器件简介
第5章 单片机存储器扩展
5.1.1 最小应用系统
单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的, 故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上, 内部带有 程序存储器的8051或8751单片机本身就是一个最简单的 最小应用系统，许多实际应用系统就是用这种成本低和 体积小的单片结构实现了高性能的控制。对于目前国内 较多采用的内部无程序存储器的芯片8031来说，则要用 外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。
第5章 单片机存储器扩展
5.2.3 数据存储器的扩展
数据存储器RAM即随机存取存储器(Random Access Memory)，用于存放可随时修改的数据信息。它与ROM不 同，对RAM可以进行读、写两种操作。RAM为易失性存储 器，断电后所存信息立即消失。按其工作方式，RAM又分 为静态(SRAM)和动态(DRAM)两种。 数据存储器的扩展与程序存储器的扩展相类似，不同 之处主要在于控制信号的接法不一样，不用 PSEN信号，而 用 RD 和 WR 信号，且直接与数据存储器的 OE 端和WE端 相连即可。
第5章 单片机存储器扩展
5.2.4 同时扩展ROM和RAM
P2.5 P2.4－P2.0 ALE P0.7－P0.0 8031 74LS373
A0～A12 6264 CE
A0～A12 2764
3-8译码器74LS138为一种常用的地址译码器芯片， 其管脚图如图5-7所示。
图5-7 74LS138管脚图
第5章 单片机存储器扩展
表5-1 74LS138的译码关系
第5章 单片机存储器扩展
（4）总线驱动器74LS244、74LS245
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲 器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态 数据缓冲器。单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别 由控制端 1G和2G 2G 控制； 双向的有16个三态驱动器，每个 方向8个。在控制端 G 有效时( G 为低电平)，由DIR端控制 驱动方向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0” 时方向从右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如 图5-5所示。
第5章 单片机存储器扩展
控制总线：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。
PSEN —— 片外程序存储器ROM选通信号。 RD —— 片外数据存储器RAM读信号。
WR — 片外数据存储器RAM写信号。
图5-2为单片机扩展成3总线结构的示意图。这样一来, 扩 展芯片与主机的连接方法同一般3总线结构的微型计算机就完 全一样了。 对于MCS-51系列单片机而言，Intel 公司专门为 它们配套生产了一些专用外围芯片, 使用起来就更加方便。
Vcc
+5V
CE WE A12 2186 (8KB) RAM
~
5 8 8
~
A8 A7
~ 图5-12 8031和2186的连接
~
A0 D7 D0 Vss OE
~
第5章 单片机存储器扩展
说明：
（1）2186是RAM，在片内集成了地址琐存器，容量为 8KB。因此，需要13根地址线与之相连，分别来自8031的P0 口和P2.0～P2.4。 （2）8031的ALE、P2.7、RESET三个引脚通过或门共同 来选通2186（CE引脚）。当三者的“或值”为低电平时，即 选通了2186芯片。 （3）由于2186片内集成了地址琐存器，故在该扩展系统 中不需要74LS373，低8位地址在ALE的下降沿时通过2186的 地址线A0～A7送到它的片内地址琐存器当中，然后低8位地 址线再用来传送数据，接到2186的D0～D7端口。
5.1.3 常用的扩展器件简介
（1） 8D锁存器74LS373
74LS373是一种带输出三态门的8D锁存器， 其结构示意 图如图5-3所示。其中： 1D～8D为8个输入端； 1Q～8Q为8个输出端。 G为数据打入端：当G为“1”时， 锁存器输出状态(1Q～ 8Q)同输入状态(1D～8D)；当G由“1”变“0”时，数据打入锁 存器中。
第5章 单片机存储器扩展
图5-2 单片机的3总线结构形式
第5章 单片机存储器扩展
2. 系统扩展的内容
（1）外部 ROM 的扩展; （2）外部 RAM 的扩展; （3）输入/输出接口的扩展; （4）管理功能器件的扩展(如定时/计数器、 键盘/显示器、 中断优先编码 单片机存储器扩展
图5-5 总线驱动器芯片管脚图 (a) 单向驱动器74LS244; (b) 双向驱动器74LS245
第5章 单片机存储器扩展
图5-6 总线驱动器的连接图 (a) P2口外接74LS244; (b) P0口外接74LS245
第5章 单片机存储器扩展
5.2 存储器的扩展
5.2.1 存储器扩展概述 5.2.2 程序存储器的扩展 5.2.3 数据存储器的扩展 5.2.4 同时扩展ROM和RAM
第5章 单片机存储器扩展
2）8031和2817的连接
+5V P1.0 WR RD PSEN P2.7 8031 P2.2 P2.1 P2.0 ALE P0.7 EA P0.0
RDY/BUSY
+5V WE OE CE A10 2817 A9 (2KB) A8 E 2PROM Vcc
74LS373
8031片内无ROM, 必须在片外扩展 ROM, 于是EA必 须接低电平
第5章 单片机存储器扩展
1）8031和2764的连接
P2.0 A8
线选法
CE
～
74LS373
～
P2.7 ALE P0.0 8031
A12 EPROM 2764 （8KB）
A0
～
A7 D0
～
～
P0.7
EA Vss
D7 OE
PESN
图5-8 8031扩展一片2764（线选法）
第5章 单片机存储器扩展
A7
～
～
8 8
A0 I/O7 I/O0 ～
GND
图5-11 8031和2817的连接
第5章 单片机存储器扩展
说明：
（1）2817是E2PROM，存储容量为2KB，图5-2中采用的 是线选法译码方式（即P2.7直接与2817的CE端相连），只要 P2.7为低电平，就可以选中2817的2KB存储空间。 （2）基本地址范围是 0000H～07FFH，只要保持P2.7为0， P0.0～P0.7以及P2.0～P2.2可以从00000000000～11111111111， P2.3～P2.6可以从0000～1111，因此地址范围总共有16组。 （3）P1.0口接2817的RDY/BUSY，是用来查询2817的写 入操作是否完成。
第5章 单片机存储器扩展
译码法又分为完全译码和部分译码两种： (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对 应，也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。 (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 一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。1根地址线不 接，一个单元占用2(21)个地址；2根地址线不接，一个单元 占用4(22)个地址；3根地址线不接，则占用8(23)个地址，依 此类推。
第5章 单片机存储器扩展
5.2.1 存储器扩展概述
MCS-51系列单片机具有64 KB的程序存储器空间，其 中8051、8751型单片机含有4 KB 的片内程序存储器, 而8031 型单片机则无片内程序存储器。当采用8051、8751型单片机 而程序超过4 KB，或采用8031型单片机时，就需要进行程序 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。