51单片机外部存储器的扩展

1. 片内带程序存储器的最 小应用系统 片内带程序存储器 的8051、 8751本身即可构 成一片最小系统，只要将 单片机接上时钟电路和复 位电路即可, 同时EA 接高 电平, ALE、PSEN 信号不 用， 系统就可以工作。 (1) 系统有大量的I/O线可供用户使用: P0、 P1、 P2、 P3四个口都可以作为I/O口使用。 (2) 内部存储器的容量有限, 只有128 B的RAM和4 KB的程序存储器。
8051单片机的总线扩展 8051单片机的总线扩展
系统扩展概述
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。
口作为高8位的地址总线 二、以P2口作为高 位的地址总线 口作为高
P0口的低 位地址加上 的高 位地址就可以形成 位的 口的低8位地址加上 的高8位地址就可以形成 口的低 位地址加上P2的高 位地址就可以形成16位的 的寻址能力。 地址总线，达到64KB的寻址能力。 地址总线，达到 的寻址能力 实际应用中，往往不需要扩展那么多地址， 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 口来使用。 多少口线，剩余的口线仍可作一般 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。 ：地址锁存信号，用以实现对低 位地址的锁存 位地址的锁存。 PSEN：片外程序存储器读选通信号。 ：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 ：程序存储器选择信号。 低电平时，访问外部程序存储 外部 高电平时，访问内部程序存储器。 内部程序存储器 器；为高电平时，。 RD：片外数据 ： 存储器读选通信 号。 P2 ALE P0 8051 PSEN WR RD A8~A15 地址 A0~A7 锁存器 D0~D7 地址总线
A0~A12 6264 CE WE OE A0~A12 6264 CE WE OE A0~A12 6264 CE WE OE
ALE
P2.5 P2.6 P2.7 WE RD
74LS138 A Y0 B Y1 C Y2
6264扩展24KB数据存储器 6264扩展24KB数据存储器 扩展24KB
解：根据公式可得
数据总线 控制总线
8051扩展的三总线 8051扩展的三总线
地址锁存器74HC573与单片机 口连接，扩展地址总线。 与单片机P0口连接 扩展地址总线。 地址锁存器 与单片机 口连接， 74HC573是有输出三态门的电平允许 位锁存器。 是有输出三态门的电平允许8位锁存器 是有输出三态门的电平允许 位锁存器。 ALE 8051 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 LE OE 8D 8Q 7D 7Q 6D 6Q 5D 5Q 4D 4Q 3D 3Q 2D 2Q 1D 1Q 74HC573 地址总线扩展电路 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 OE：输出允许端，为0 ：输出允许端， 时芯片有效。 时芯片有效。 LE：锁存控制端，高电 ：锁存控制端， 平时， 平时，锁存器的数据输出端 Q的状态，与数据输入端 的状态， 的状态 与数据输入端D 相同， 锁存器是透明的； 相同，即锁存器是透明的； 当LE端从高电平返回到低电 端 平时（下降沿后）， ），输入端 平时（下降沿后），输入端 的数据就被锁存在锁存器中 数据输入端D的变化不再 ，数据输入端 的变化不再 影响Q端 影响 端。
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。 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 、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， 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。 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 、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， 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。 信号。译码法又分为完全译码和部分译码两种。 完全译码 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 完全译码。地址译码器使用了全部地址线， 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。 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。 部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线， （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。 储单元不是一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。
扩展程序存储器常用EPROM芯片： 扩展程序存储器常用EPROM芯片： EPROM芯片 2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 × 位、 、 、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。 、 、 。 扩展数据存储器常用静态 芯片： 扩展数据存储器常用静态RAM 芯片： 静态 6264（8K×8位）、 （ × 位）、62256（32K×8位）、 （ × 位 628128（128K×8位）等。 （ × 位
MCS-51系统外部总线的扩展
口作低8位地址及 一、以P0口作低 位地址及 位数据的复用总线 口作低 位地址及8位数据的复用总线
复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。 复用，即一段时间内作两种或两种以上用途。 在这里指P0口在每个 周期的前半个周期输出低8 在这里指 口在每个CPU周期的前半个周期输出低 口在每个 周期的前半个周期输出低 位地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替P0口 位地址，由地址锁存器锁存，然后由地址锁存器代替 口 输出低8位地址 后半个周期进行 位数据的输入输出。 位地址。 进行8位数据的输入输出 输出低 位地址。后半个周期进行 位数据的输入输出。
MCS-51存储器的扩展
MCS-51系列单片机片外数据存储器的空间可 系列单片机片外数据存储器的空间可 达64KB，而片内数据存储器的空间只有 ，而片内数据存储器的空间只有128B或 或 256B。如果片内的数据存储器不够用时，则需进 。如果片内的数据存储器不够用时， 行数据存储器的扩展。 行数据存储器的扩展。 MCS-51系列单片机片内外程序存储器的空 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 间可达 ， 4KB。如果片内的程序存储器不够用时，则需 。如果片内的程序存储器不够用时， 进行程序存储器的扩展。 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 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。 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， 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： 存储器的编址分为两个层次： 存储器芯片的选择和 即存储器芯片的选择和存储器芯片内部 存储单元的选择。 存储单元的选择。
MCS-51存储器的扩展
8031与外部程序存储器的连接 8031与外部程序存储器的连接
MCS-51存储器的扩展
07~ ~00
I0~I7
A15~A8 P2.0~P2.7 P0.0~P0.7
数 据 存 储 器 扩 展
P2.0~P2.4 P0 74HC573 D Q LE
A8~A12 D0~D7 A0~A7
2. 片内无程序存储器 的最小应用系统
片内无程序存储器的芯片 构成最小应用系统时, 必须在 片外扩展程序存储器。 由于 一般用作程序存储器的 EPROM芯片不能锁存地址, 故扩展时还应加1个锁存器, 构成一个3片最小系统。该图 中 74LS373 为 地 址 锁 存 器 , 用于锁存低8位地址。
单片机的三总线结构 当单片机最小系统不能满足系统功能的要求 时, 就需要进行扩展。 为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接, 常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机3总 线结构形式。 对于MCS-51系列单片机, 其3总线 由下列通道口的引线组成: 地址总线: 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: 由P0口提供。 此口是双向、 输入 三态控制的8位通道口。
芯片数目= =3片 芯片数目= 24KB = 片 8KB
MCS-51系统扩展的实现 外部总线的扩展 存储器的扩展 程序存储器的扩展 数据存储器的扩展
MCS-51系统外部总线的扩展
通常，微机的 外部都有单独的并行地 通常，微机的CPU外部都有单独的并行地 外部都有单独的并行 址总线、数据总线、控制总线。 址总线、数据总线、控制总线。 MCS-51单片机由于引脚的限制，数据总 单片机由于引脚的限制， 单片机由于引脚的限制 线和地址总线是复用的。 线和地址总线是复用的。 地址需要锁存： 地址需要锁存：为了能把复用的数据总线 和地址总线分离出来以便同外部的芯片正确 的连接， 的连接，需要在单片机的外部增加地址锁存 从而构成与一般CPU相类似的三总线结 器，从而构成与一般 相类似的三总线结 构。
二、扩展存储器所需芯片数目的确定
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确定： 则只需扩展容量。所需芯片数目按下式确定： 系统扩展容量 芯片数目= 芯片数目= 存储器芯片容量 若所选存储器芯片字长与单片机字长不一 致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所需 则不仅需扩展容量，还需字扩展。 芯片数目按下式确定： 芯片数目按下式确定： 系统字长 系统扩展容量 芯片数目= 芯片数目= × 存储器芯片容量 存储器芯片字长