第七章单片机存储器的扩展..
第7章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
74LS138是”3-8”译码器，具有3个选择输入端， 可组成8种输入状态。8个输出端，分别对应8种输 入状态中的1种，0电平有效。
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
7.2 数据存储器的扩展
MCS-51单片机内部有128B的RAM存储空间。
内部RAM通常作为工作寄存器、堆栈、软件标志 和数据缓冲区。
第七章 单片机的系统扩展
2864有四种工作方式，如表7-2所示。
第七章 单片机的系统扩展
7.1.3 程序存储器的扩展方法
1. 总线的连接与时序
第七章 单片机的系统扩展
图7-5为MCS-51单片机程序存储器的操作时序。
第七章 单片机的系统扩展
2.单片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
3.多片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
8255A的控制字
（1）工作方式控制字
第七章 单片机的系统扩展
（2）置位／复位控制字
第七章 单片机的系统扩展
例如，若将07H写入控制字 功能：PC3置位
若将08H写入控制字
功能：PC4复位
【例】 要求A口工作在方式0输入，B口为方式1输出， C口高4位PC7~PC4为输入，C口低4位PC3~PC0为 输出。设8255控制器地址为FFFDH MOV DPTR, ＃0FFFDH
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
2. 8255A芯片的控制字及其工作方式
方式0——基本输入/输出方式。 方式1——选通输入/输出方式。 方式2 ——双向传送方式。
端口A可工作于方式0、1、2，端口 B只可工作于 方式0、1，端口C只可工作于方式0。
第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
（2）数据线
2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。P0口作 为地址/数据线分时复用。
（3）控制线
CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对 2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作， 不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线 实现的。2732控制线的连接有以下几条：
2.硬件电路 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
3.连线说明
• 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、P2.2 共11根；
• 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7；
• 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线；
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
• 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚 EA跟程序存 储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范 围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。
1. 芯片选择
单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K×8 位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。
根据题目容量的要求我们选用SRAM6116，采 用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL兼容，具有 低功耗操作方式，管脚如图7-3所示。
单片机原理及应用(李桂林)章 (7)
第 7 章 单片机并行扩展技术 图 7－1 8031 最小应用系统
第 7 章 单片机并行扩展技术
8031 芯片本身的连接除了 EA 必 须 接地 地外(选择外 部存储器),其他与 80C51 / 89C51 最小应用系统一样,也必须 有复位及时钟电路。
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 2 总线扩展及编址方法
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 1 单片机的最小系统
最小应用系统,是指能维持单片机运行的最简单配置的系 统。这种系统成本低廉、结构简单,常用来构成简单的控制系 统,如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM / EPROM 的单片机,其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的 单个单片机。对于片内无 ROM / EPROM 的单片机,其最小系统 除了外部配置晶振、复位电路和电源外,还应当外接 EPROM 或 E2 PROM作为程序存储器使用。
第 7 章 单片机并行扩展技术
图 7－3 所示为线选法应用实例。图中所扩展的芯片地址 范围如表 7 －1 所示,其中 ×可以取“0 ”,也可以取 “ 1 ”,用十六进制数表示的地址如下:
2764 ( 1 ): 4000H~5FFFH ,或 C000H~DFFFH ,有地址重 叠现象。
2764 ( 2 ): 2000H~3FFFH ,或 A000H~BFFFH ,有地址重 叠现象。
第 7 章 单片机并行扩展技术
当然,最小系统有可能无法满足应用系统的功能要求。比 如,有时即使有内部程序存储器,但由于程序很长,程序存储器 容量可能不够;对一些数据采集系统,内部数据存储器容量也可 能不够等,这就需要根据情况扩展 EPROM 、 RAM 、 I / O 口 及其他所需的外围芯片。
第 7 章 单片机并行扩展技术
单片机内部RAM的扩展
STC单片机内部扩展RAM的应用作者：郭天祥来源：原创更新时间：2008-11-27 21:19:35 浏览次数：5803RAM是用来在程序运行中存放随机变量的数据空间，51单片机默认的内部RAM只有128字节，52单片机增加至256字节，STC89C52增加到512字节，STC89C54、55、58、516等增加到1280字节，对于编程者来说，一个芯片的RAM越多，写起程序来就越容易得心应手，不会总考虑RAM不够用而担心这担心那，连过多的变量都不敢定义。
在前面我们写程序时曾讲到过，如果定义一个变量后，不对这个变量进行初始化，这个变量默认的初值就是0，其实这个结论是需要一定的条件的，在用KEIL编写程序时，总程序中所有变量占用的字节之和小于128字节，并且存储器模式为small模式的前提下，对定义的变量不进行初始化时，编译器会默认将变量值设定为0。
一旦程序中的总变量超过128字节，必须对所有变量进行初始化，否则，没有被初始化的变量默认值将是不确定的。
当变量总和超过128字节时，必须还要在编译器中重新设定存储器的存储模式，存储器模式一共有3种，分别为small、compact和large模式，在KEIL编译器中有选项可进行选择，选项表如图4.4.1所示。
它决定了没有明确指定存储类型的变量、函数参数等数据的默认存储区域。
如果在某些函数中需要使用非默认的存储模式，也可以使用关健字直接说明。
下面对这三种模式分别做介绍。
1. small模式small模式中，所有缺省变量参数均装入单片机内部128字节RAM中，当定义类似如：uchar a; float b;等变量时，这些变量都装入内部128字节RAM中。
使用该模式的优点是访问速度快，缺点是空间有限，而且是对堆栈的空间分配比较少，难以把握，碰到需要递归调用的时候需要小心。
所以这种模式只适用于小程序。
2. compact模式compact模式中，所有缺省变量均位于单片机内部256字节RAM中，和在small模式中使用关健字pdata 来定义变量的效果相同，如：uchar pdata a[100];在该种模式下，程序总变量不得超过256字节，对于只有128字节的单片机，使用此模式定义变量超过128字节时，程序将出错。
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。
单片机外部存储器的扩展
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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。
系统扩展容量 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 芯片数目按下式确定：
芯片数目= 系统扩展容量 × 系统字长 存储器芯片容量 存储器芯片字长
扩展程序存储器常用EPROM芯片：
2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。
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。
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E A 接高 电平, ALE、P S E N 信号不 用， 系统就可以工作。
（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。
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：
《单片机原理与应用及上机指导》第7章：80C51单片机系统扩展
表7.4 常用SRAM芯片的主要性能
表7.6 80C51与6264的线路连接
7.2 并行I/O扩展
MCS-51系列单片机共有4个并行I/O口，分别是P0、P1、 P2和P3。其中P0口一般作地址线的低8位和数据线使用； P2口作地址线的高8位使用；P3口是一个双功能口，其第 二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二 功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这 些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，所以难以满足复 杂的I/O操作要求。因此，在大部分MCS-5l单片机应用系 统的设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。 7.2.1 并行I/O扩展原理 7.2.2 常用的并行I/O扩展芯片
线选法
若系统只扩展少量的RAM和I/O口芯片，可采用线选法。 线选法是把单片机高位地址分别与要扩展芯片的片选端相连，控制选 择各条线的电路以达到选片目的，其优点是接线简单，适用于扩展芯 片较少的场合，缺点是芯片的地址不连续，地址空间的利用率低。
图7.7 片外RAM的读时序
图7.8 片外RAM的写时序
4．数据存储器芯片及扩展电路
(1) 数据存储器 数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用得较多的是 Intel公司的6116(容量为2KB)和6264(容量为8KB)， 其性能 如表7.4所示。 (2) 数据存储器扩展电路 80C51与6264的连接 如表7.6所示。
全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译 码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有 74LS139、74LS138、74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只 有唯一的一个系统空间地址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使 用是连续的，能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电 路较多，全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法 。
单片机存储器的扩展2
4、数据存储器的扩展连线
数据存储器的扩展连线步骤1：
数据存储器的扩展连线步骤2：
数据存储器的扩展连线步骤3：
数据存储器的扩展连线步骤4：
数据存储器的扩展连线步骤5：
数据存储器的扩展连线步骤6：
三、存储器扩展电路原理图
1.观察U1、U2、U3的连接原理图
2.U4 的数据线D0 ～D7与U3的数据线D0 ～D7对应相连
一、存储ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ扩展原理
1、程序存储器的扩展原理 MCS-51单片机扩展外部程序存储器的 硬件电路（如图1-1所示）
2、数据存储器的扩展原理 MCS-51单片机扩展外部数据存储器的硬 件电路（如图1-2所示）
程序存储器的扩展原理框图
数据存储器的扩展原理框图
二、存储器的扩展连线 1、常用存储器芯片比较
2、选用集成芯片引脚图
EPROM 27512
64KB
16根地址线
RAM 6264
8KB 13根地址线
地址锁存器 74LS373
3、程序存储器的扩展连线
程序存储器的扩展连线步骤1：
程序存储器的扩展连线步骤2：
程序存储器的扩展连线步骤3：
程序存储器的扩展连线步骤4：
程序存储器的扩展连线步骤5：
五、作业
• 1、用Protel99设计本示例的印刷图并用打 印机打印出来。 • 2、以本课题为基础制作单片机最小系统电 路板
3.U4 的地址线A0 ～A7与U3的地址线A0 ～A7对应相连
4.U4 的地址线A8 ～A12与U3的地址线A8 ～A12对应相连
5.U4与U1的连接
四、存储器的扩展小结
• 1、确定所用元器件； • 2、计算地址线； • 3、确定需画图的集成电路的位置； • 4、连接地址线和数据线及控制线； • 5、检查并整理线路； • 6、制作电路原理图。
单片机控制原理
6116
（2#） A0～A7 ～ D0～D7 ～
表 1 6116 的地址分配 QE P2.4 1 1 0 0 P2.3 P2.2~ P2.0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
二、程序存储器的扩展 1.程序存储器的扩展 程序存储器的扩展
芯片， 程序存贮器一般采用 ROM 或 EPROM 芯片，只能读出不 能写入。 芯片， 能写入。扩展用的程序存贮器芯片大多采用 EPROM 芯片，最 字节。 大可扩展到 64K 字节。 由于程序存储器扩展的芯片一般都使用 EPROM， ， 最常用的 打头的芯片， 2732(4KB） 2764(8KB） 芯片有 27 打头的芯片， 2716(2KB)、 如 、 ） 、 ） 、 27128（16KB） 、27256（32KB） 、27512（64KB） 产品价格相 ，产品价格相 （ ） 、 （ ） 、 （ ） ， 差不大，宜选用大容量芯片。 差不大，宜选用大容量芯片。 程序存储器扩展时使用的引线有： 地址线、 数据线和控制线。 程序存储器扩展时使用的引线有： 地址线、 数据线和控制线。
4. 扩展两片 EPROM
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7
A8 A9 A1 0 A1 1 A1 2 CE A8 A9 A1 0 A1 1 A1 2 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 CE
8051
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
G
Q0 Q1 Q2 A3 Q4 Q5 Q6 Q7
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
7.2 外部存储器扩展
7.2.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片
图7-10 常用RAM引脚
7.2.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片
RAM存储器有读出、写入、维持3种工作方式，见表7-5。
7.2.2 并行扩展RAM的扩展接口
访问外扩数据存储器，要由P2口提供高8位 地址，P0口提供低8位地址和8位双向数据总线。 AT89S51对片外RAM的读和写由AT89S51的RD* 和WR*信号控制，片选端CE*由地址译码器译码 输出控制。因此，接口设计主要解决地址。
7.2.5 单片机外扩数据存储器RAM6264的案例设计
程序说明：主程序中的共有两个for循环，第1个 for循环，完成将数据1~64写入起始地址0x0000的 64个字节，第2个for循环，完成将这64个字节数据 64~1反向复制到起始地址0x0080开始的64个单元中。
学习进步
7.2.4 并行扩展数据存储器的设计
表7-7 各62128芯片的地址空间分配
【例7-1】编写程序将片外数据存储器中的0x5000～0x50FF 的256个单元全部清“0”。参考程序：
xdata unsigned char databuf[256] _at_0x5000; void main(void) {
7.2.3 读写片外RAM的操作时序
1．读片外RAM的时序
AT89S51单片机若外扩一片RAM，应将其引脚与 RAM芯片的引脚连接，引脚与芯片引脚连接。ALE信号的 作用是锁存低8位地址。
AT89S51单片机读片外RAM的时序如图7-11所示。
7.2.3 读写片外RAM的操作时序
1．读片外RAM的时序
图7-13所示为用线选法扩展外部数据存储器的电路。数据 存储器选用6264，该芯片地址线为A0～A12，故AT89S51单 片机剩余地址线为3条。用线选法可扩展3片6264，3片6264 的存储器空间如表7-6所示。
第7章 MCS-51单片机常用接口
1）工作方式控制字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 志方 为式 1 控 有制 效标 如：A口为方式0输入，B口方式1 输出，C口高4位输出低4位输入 则控制字是多少？
2019/2/16 30
控制口地址7FFFH
B组
C口低半字节：1-输入 0-输出 B口：1-输入 0-输出
②数据总线：P0提供8位数据 ，分时复用地址/数据 ALE：锁存器
RD：外RAM读
③控制总线 WR：外RAM写 PSEN：外ROM读
2019/2/16 3
片内程序存储器 RAM和ROM不够用 时所进行的扩展
7.2 存储器扩展
7.2.1 存储器扩展概述
1.MCS51单片机的存储器扩展能力 可扩展的片外最大容量64KB，地址范围：0000H～FFFFH。 通过不同控制信号进行访问。
MOVX A，@DPTR
MOVX,@DPTR,A LJMP LOOP
2019/2/16 22
；读74LS244状态
；驱动二极管亮灭
7.3.2 可编程I/O接口扩展（8255A）
①是可编程芯片。编程设定其功能，软件决定器件。 ②是并行输入/输出芯片。 ③内部集成锁存、缓冲及与CPU联络控制逻辑。 ④与MCS-51一样是Intel公司生产的。 ① 并行I/O接口即A口、B口、C口可编程为输入/输出 ② 工作方式控制即A组和B组且有各自控制寄存器 ③ 数据总线缓冲器即D7-D0的8位数据线 8255A芯片特点 8255A内部结构
2.数据缓冲器74LS244管脚功能
8个输入端：D0～D7 8个输出端：Q0～Q7 74LS244
两个控制端：1G和2G
当两个控制端为低电平时，输入端 D0～D7的数据输出到Q0～Q7
7章I_O口扩展
① I/O接口的功能
I/O接口电路应满足以下要求： （1）实现和不同外设的速度匹配
大多数的外设的速度很慢，无法和µs量级的单片机 速度相比。
单片机只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提 下才能进行I/O操作。
想知道外设是否准备好，需I/O接口电路与外设之 间传送状态信息。
（2）输出数据锁存
由于单片机工作速度快，数据在数据总线上保留的时 间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。I/O电路 应具有数据锁存器，以保证接收设备接收。
双向，由软件决定。 由P软B件0 决~ 定PB。7 ：B口的输入输出信号线。该口是输入还是输出， 线P使C用0 ，~ 由PC软7件：决C口定。信号线。该口可作输入、输出、控制和状态
D0 ~ D7 ：双向数据信号线，用来传送数据和控制字。
RD：读信号线。 WR：写信号线。
PA3 PA2 PA1 PA0
I/O数据传送的几种传送方式是： （1）同步传送（2）异步传送（3）中断传送。
（1）同步传送方式（无条件传送） 当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传
送方式，最典型的同步传送就是单片机和外部数据存储 器之间的数据传送。 （2）查询传送方式（条件传送，异步式传送）
查询外设“准备好”后，再进行数据传送。 优点：通用性好，硬件连线和查询程序十分简单， 缺点：效率不高。
I/O接口：是指单片机与外设间的I/O接口芯片。 一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口， （1）数据口（2）命令口（3）状态口
I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。
I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址。
(1)独立编址方式 I/O寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址，但
需专门读写I/O的指令和控制信号。 （2）统一编址方式
单片机第7章习题答案
第7章习题答案1．通常8031给用户提供的I/O口有哪几个？为什么？答案：MCS-51系列单片机虽然有4个8位I/O口P0、P1、P2、P3，但4个I/O口实际应用时，并不能全部留给用户作系统的I/O口。
因为当单片机在外部扩展了程序存储器、数据存储器时，就要用P0和P2口作为地址/数据总线，而留给用户使用的I/O口只有P1口和一部分P3口。
(不做系统扩展，都可以用作I/O口)2．在MCS-51单片机应用系统中，外接程序存储器和数据存储器的地址空间允许重叠而不会发生冲突，为什么？外部I/O接口地址是否允许与存储器地址重叠？为什么？答案：因为单片机访问外部程序存储器与访问外部数据存储器（包括外部I/O口）时，会分别产生PSEN与RD/WR两类不同的控制信号，因此外接程序存储器和数据存储器的地址空间允许重叠而不会发生冲突。
外部扩展I/O口占用数据存储器地址空间，与外部数据存储器统一编址，单片机用访问外部数据存储器的指令来访问外部扩展I/O口。
因此外部I/O接口地址是否允许与程序存储器地址重叠不允许与数据数据存储器地址重叠。
3．在通过MOVX指令访问外部数据存储器时，通过I/O口的哪些位产生哪些控制信号？答案：MCS-51对外部数据存储器的访问指令有以下4条：1）MOVX A, @Ri2）MOVX @Ri, A3）MOVX A, @DPTR4）MOVX @DPTR, A访问外部数据存储器指令在执行前，必须把需要访问的存储单元地址存放在寄存器Ri （R0或R1）或DPTR中。
CPU在执行1）、2）指令时，作为外部地址总线的P2口输出P2锁存器的内容、P0口输出R0或R1的内容；在执行3）、4）指令时，P2口输出DPH内容，P0口输出DPL内容。
写时(/WR P3.6)有效；读时（/RD P3.7）有效。
4．外部存储器的片选方式有几种？各有哪些特点？答案：外部存储器的片选方式有线选法和译码法两种。
线选法的特点是连接简单，不必专门设计逻辑电路，但是各个扩展芯片占有的空间地址不连续，因而地址空间利用率低。
单片机系统扩展技术
§7-1 程序存储器旳扩展 §7-2 数据存储器旳护展 §7-3 MCS-51并行I/O口旳简朴扩展 §7-4 可编程接口电路旳扩展
前
言
单片机特点之一是在芯片内留有一定 数量旳数据存储器和程序存储器，但容量有
限。MCS-51系列旳CPU芯片内部只有很少字节 旳数据存储器；程序存储器旳数量很少，有
（
），以8031送出旳地址信号选通芯片，一般用单片机旳低位地
址线接至存储器芯片旳地址输入端，而用余下旳高位地址线接片选端。
线选法旳连接措施有多种：一线二用、一线一选和综合线选方式。
在使用线选法时要注意如下旳问题：
1）地址浮动：
即在扩展芯片时，当芯片旳地址线没有16位时，除片选信号线对电 平信号有规定外，其他旳地址线应给于电平旳固定，否则芯片旳地址会 发生变化（浮动），对存储器旳访问会发生错误。
一、用三态口扩展8位并行输入口
当传送旳数据旳保持时间较长时，可用三态门扩展8们并行输入口。 图7-3是用74LS244芯片通过P0口扩展旳8位并行输入接口。74LS244是8位 三态缓冲器，当 、 端为低平时输出与输入相似；当其为高电平时 输出呈高阻态。
由图可知，当P2.7和 同步为低电平时74LS244才将由输入设备 输出旳数据送8031旳P0口.其中P2.7决定了74LS244旳地址.它旳地址 =0ⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹⅹB,可取7FFFH,该接口旳输入操作 程序如下:
▪
其电路联接如图7-5所示：
▪ §7-4 可编程接口电路旳扩展 返回 ▪ 当单片机应用系统中需要较为复杂旳I/O口时
不能采用§7-3所简介旳措施扩展I/O口，一般采 用可编程I/O接口芯片扩展I/O口。下面简介两种 常用原则可编程I/O接口及芯片扩展I/O口旳措施。
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。
单片机原理及应用第07章 单片机系统扩展 共91页
A[12..0]连接芯片地址 引脚，决定了访问该
芯片的单元地址
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
0 X X 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0
0 X X ……………………………………………………
7.2 地址译码 地址译码概念
CPU是通过地址对不同的接口或芯片加以区分的。把CPU送出的 地址转变为芯片选择的依据就是地址译码电路。
地址译码有3种方法
线选法 部分译码法 全译码法
7.2 地址译码
地址译码电路一般有两种结构形式
固定式端口地址译码电路：硬件电路不改动，译码输 出的地址或地址范围不变。
7.3.1 存储器扩展——存储器结构
数据存储器：从物理结构上分为片内数据存储器和片外数据存储 器。
片内数据存储器 MCS-51系列单片机的片内数据存储器除了RAM块外，还有特 殊功能寄存器（SFR）块。 对于51子系列 RAM块有128字节，编址为00H—7FH； SFR块也占128字节，编址为80H—FFH； 二者连续不重叠。 对于52子系列 RAM块有256字节，编址为00H—FFH； SFR块也有128字节，编址为80H—FFH； 后者与前者的后128字节编址重叠的。访问时通过不同 的指令相区分。
值随意
引脚，决定了访问该
按上图，2764的地址2 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0
X 0 0 ……………………………………………………
X 0 0 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1
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。
微控制器系统设计第2讲(存储器扩展)
51系列单片机三总线扩展结构图
74LS373是一种带三态门的8D锁存器
7.2.2 常用扩展器件介绍
1. 三态数据锁存器 锁存器74LS373 2. 三态数据缓冲器
总线驱动器74LS244（单向三态数据缓冲器） 总线驱动器74LS245（双向三态数据缓冲器）
3. 译码器
3-8译码器74LS138 、74LS139(双2-4译码器)
第7章 扩展技术
单片机最小应用系统 单片机扩展系统
单片机最小应用系统
MCS – 51的系统扩展结构
注意：每个芯片均有芯片选择信号，当CPU与某个芯 片通信时，必须先选中芯片，即片选信号先有效，再 通信。
7.2 系统总线扩展
7.2.1 系统总线扩展简介 一、什么是总线 二、总线扩展方法 1、并行总线扩展（三总线结构：AB、DB、CB） 2、串行总线扩展（3根或2根线）
存储器扩展应考虑的问题
3．地址线的连接及地址译码方式
根据需要选择存储器芯片的型号及数量。用低位地址线连接 存储器的片内地址输入端，用其余地址线作为存储器的片选 信号。在MCS-51的外部存储器设计中，片内地址线通常直 接或经过外部地址锁存器与对应存储器地址线相连的；片选 地址线通常和存储器芯片的片选端直接相连或经过地址译码 器输出后和它相连，也可以悬空不用。
5 5 8 8 A0～A7 A8～A12 OE 2764 CE D0～D7 8 8 5 A0～A7 A8～A12 OE 2764 CE D0～D7 8 A0～A7 A8～A12 CE 6264 RD D0～D7 WR 8 8 5
P2.4 ALE P0.0
～
8 8
P0.7 PSEN
8031
EA
A0～A7 A8～A12 RD CE 6264 D0～D7 WR 5
关于MCS的知识
第七章MCS-51单片机并行I/O扩展7.1 概述一、为什么要扩展I/O接口在单片机系统中主要有两类数据传送操作，一类是单片机和存储器之间的数据读写操作；另一类则是单片机和其它设备之间的数据输入／输出（I/O）操作。
存储器是半导体电路，与单片机具有相同的电路形式和信号形式，能相互兼容直接使用。
存储器与单片机之间的连接十分简单，主要包括地址线、数据线、读写选通信号。
单片机与控制对象或外部设备之间的数据传送却十分复杂。
其复杂性主要表现在以下几个方面：1、速度差异大慢速设备如开关、继电器、机械传感器等，每秒钟传送不了一个数据；而高速采样设备，每秒钟要传送成千上万个数据位。
面对速度差异如此之大的各类设备，单片机无法以一个固定的时序同它们按同步方式协调工作。
2、设备种类繁多单片机应用系统中的控制对象或外部设备种类繁多，它们既可能是机械式的，又可能是机电式的，还可能是电子式的。
由于不同设备之间性能各异、对数据的要求互不相同，因此无法按统一格式进行数据传送。
3、数据信号形式多种多样单片机应用系统所面对的数据形式也是多种多样的，例如既有电压信号，也有电流信号；既有数字形式，还有模拟形式。
二、扩展I/O接口电路的功能在单片机应用系统中，扩展I/O接口电路主要是针对如下几项功能：1.速度协调由于速度上的差异，使得单片机的I/O数据传送只能以异步方式进行。
设备是否准备好，需要通过接口电路产生或传送设备的状态信息，以此实现单片机与设备之间的速度协调。
2.输出数据锁存在单片机应用系统中，数据输出都是通过系统的公用数据通道（数据总线）进行的，单片机的工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速输出设备的需要。
在扩展I/O接口电路中应具有数据锁存器，以保存输出数据直至能为输出设备所接收。
3.输入数据三态缓冲数据输入时，输入设备向单片机传送的数据要通过数据总线，但数据总线是系统的公用数据通道，上面可能“挂”着多个数据源，工作比较繁忙。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
◆程序存储器的扩展
①程序存储器:用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。一般采
用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序（此特性成
为非易失性），系统上电后，CPU可取出指令予以重新执行。因此它的扩展 所采用的是只读存储器。 ② EPROM器件:单片机外部程序存储器扩展大多使用EPROM器件，用作单片 机外部程序存储器的EPROM器件主要是Intel公司生产的27系列，EPROM典型 产品有2764、27128、27256、27512等，容量分别为8KB、16KB、32KB、
◇地址分配
单片机通过地址总线发出地址，可以选择某一外部存储器单元并对其进行读 入或写出操作。要保证正确完成这种功能，需要经过两种选择：一是必须选 择该存储器芯片或I/O接口芯片，这称为片选；二是必须选择该芯片的某一存 储单元，称为字选。高位片选地址加上字选单元地址，构成一个地址。
常用的对存储器芯片的片选方式分两种： ◆线选方式 ◆地址译码方式
◆线选方式地址分配表
3个芯片的内部寻址A10～A0都是从0～0（共11位）到1～1（共11位） ，为2KB空间，通过不同的片选信号-高位地址线A11、A12、A13之中某 一根为0，来区分这3个芯片的地址空间。
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§7.1总线扩展及地址分配
◆地址译码方式
所谓地址译码方式通常是取扩展外围电路中最大容量芯片的 地址线位数，作为芯片的字选，用于确定片内地址，用译码 器对剩余的高位地址线进行译码，译出的信号作为片选线信 号。 片选线连接到扩展外围芯片的片选端上，当该口线为低电平 时，就选中该芯片。 根据剩余高位地址线是全部输入还是部分输入译码器参与译 码，地址译码方式又分为： ①全译码方式 ②局部译码方式
Bus，CB）
控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其他部件传送给 2018/10/14 3 单片机的。
§7.1总线扩展及地址分配
◇总线扩展
当单片机的最小系统不能满足系统功能要求时，就需要扩展RAM、 EPROM、I/O口以及其他所需要的外围芯片。
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4
§7.1总线扩展及地址分配
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§7.1总线扩展及地址分配
◆局部译码方式实现片选的接口电路
§7.2 AT89系列单片机外部存储器的扩展
◆外部存储器扩展的方法
外部存储器扩展的主要设计步骤如下： 1．确定存储器的类型和容量 2．选择合适的存储器芯片 3．分配存储器的地址空间
4．设计片选逻辑
5．核算对系统总线的负载要求
10
§7.1总线扩展及地址分配
◆全译码方式实现片选的接口电路
图中芯片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是 2K×8 位。地址线 A10 ～ A0 用于片内寻址。高位地址线
A13、A12、A11接到74LS138的选择输入端C、B、A。
§7.1总线扩展及地址分配
◆芯片地址空间范围
全译码方式的电路连接稍复杂，它的优点是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；能够充分利用内存空间；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。
指定的27128存储单元内容送到P0口，在 上升沿，将数据送入
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单片机CPU内。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
27128为16K x 8的EPROM芯片，用于存放程序和常数。它有 14 根 地 址 线 A13 ～ A0 ， 地 址 范 围 为 0000H ～ 3FFFH 。 当
64KB。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
◆单片EPROM的扩展电路
图中由 AT89S52、74LS373和 27128构成单片机最小系统。74LS373的三态控制端
接地，以保持输出畅通；G端与AT89S52的ALE连接。
§7.3 外部存储器扩展电路及编程
27128为16K x 8的EPROM芯片，用于存放程序和常数。它有14
◆数据总线（Data
Bus，DB)
数据总线用于在单片机与存储器或I/O之间传送数据。单片机数据总线的位数与单 片机处理数据的字长一致。
◆地址总线（Address
Bus，AB）
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。 ◆控制总线（Control
单片机原理与应用电子课件
第 7 章 单片机存储器的扩展
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本章主要内容：
7.1 总线扩展及地址分配
7.2 外部存储器扩展的方法
7.3 存储器扩展电路及编程
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§7.1总线扩展及地址分配
◇系统总线
总线（Bus）：计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干 线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类， 计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线。
根地址线A13～A0，可选择214=16283个存储单元，A13～ A0
分别接 P2 口的 P2.5 ～ P2.0 和 P0 口的 P0.7 ～ P0.0 ，地址范围为
0000H～3FFFH。当AT89S52发送14位地址信息时，可分别选 中27128片内地址为0000H～3FFFH中的任何一个单元。27128 芯片的 端接地表示选中该芯片， 端由AT89S52的 引脚信号控 制，当 引脚信号由高电平变为低电平时，允许27128输出，所
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§7.1总线扩展及地址分配
什么是线选方式 ？
地址译码 方式？
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§7.1总线扩展及地址分配
◆线选方式
所谓线选法通常是把P2口的一根高位地址线接到扩展的存储器芯片的片选端 上，低电平时，就选中该芯片，如图所示。
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§7.1总线扩展及地址分配
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§7.1总线扩展及地址分配
①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个存储器芯片的片选信号。
②局部译码方式
所谓局部译码方式，就是除了片内寻址的地址线外，其余高位地址线中只有
部分输入译码器参与译码，这种译码方式称为局部译码方式。