存储器扩展电路的设计与制作
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PSEN RD WR P2
控制线
8031
高8位地址 A 15 ~ A 8 低8位地址 A7 ~ A0
ALE
EA
P0
锁存器
数据线
单片机总线扩展结构图
单片机存储器结构
MCS-51系列单片机存储器有四个部分：
1）片内ROM（部分有，8031无片内ROM）； 2）片外ROM（可扩展到64KB）； 3）片内RAM（51系列单片机都有，256字节）； 4）片外RAM（可扩展到64KB,独立） RAM、ROM都可以扩展至64K。
单片机存储器结构
程序存储器映象
数据存储器映象
单片机扩展存储器编址及映像 存储器编址技术：
将地址线进行适当连接，使得存储器中每一个存 储单元可唯一地对应一个编址。
1、线选法
以系统的高位地址作为存储器的片选信号。 直接将地址线连接到存储芯片片选端。
2、译码法
通过译码器对系统的高位地址进行译码，以译 码输出作为存储芯片的片选信号。
A10~A0：地址线 D7~D0：数据线
CS ：片选信号
OE ：数据输出允许信号 WE ：写选通信号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
6116
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
Vcc A8 A9 Vpp OE A 10 CE / PGM O7 O6 O5 O4 O3
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
5种工作方式： 1）读方式： , OE 均为低电平，被寻址单 CE 元内容经数据线读出； 2）未选中方式：CE 为高电平，数据线输出呈 高阻状态； 3）编程方式：Vpp加25V电压， CE 加TTL高电平。 进行数据重新写入； 4）程序检验方式：Vpp=25V， , OE 均为低电平 CE 5）编程禁止
P0.7 ~ 0.0
PSEN
74LS 373
A7 ~ 0
OE
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS138：3-8译码器
E1
E2 E3
&
使能控制
EN
E 2 E1 0 E3 1
输出端
74LS138
A B C E1 E2 E3 Y7 GND
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
3. 程序存储器扩展示例 1）线选法编址扩展示例
P2.7
CE
P2.2 8031 P2.1 P2.0 ALE
A10 A9 A8
G
2716
P0
EA
74LS 373
A7 ~ A0 O7 ~ O0
OE
PSEN
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS373是一种输出带有三态门的8D锁存器
能有效地利用存储空间，最常用的存储器编址方法。 常用译码器： 74LS139：双2—4译码器； 74LS138：3—8译码器
5V
P2.7 P2.6 P2.5 Vcc C B A 74LS138 E3
5V
Y0 ~ Y7
8051
E2 E1
GND
74LS138作译码器的连接
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作 2）多芯片存储器扩展
P2.7
P0
CE
CE
74LS373 G
A7 ~ 0 O7 ~ 0
A7 ~ 0
8031
ALE
A12 ~ 8
1＃ 276 4
OE
O7 ~ 0
2＃ 276 4
OE
P2.4 ~ P2.0
A12 ~ 8
EA
PSEN
当P2.7=0时，选中1＃片，地址为： 0 0,0000,0000,0000B ~ 0 1,1111,1111,1111B 即0000H ~ 1FFFH 当P2.7=1时，选中2＃片，地址为： 1 0,0000,0000,0000B ~ 1 1,1111,1111,1111B 即8000H ~ 9FFFH
知识能力
前导知识
课题引入
为什么要进行单片机的存储器扩展？
子系列 机型 8031 51 子系列 52 子系列 8051 8751 8032 8052 片内 ROM 无 4KB 4KB 无 8KB 片内 RAM 128B 128B 128B 256B 256B 可寻址 可寻址 ROM范围 RAM范围 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB
0100,0000,0000,0000 ~ 0101,1111,1111,1111
…… ……. …….. …….
27647地址范围：E000H~FFFFH
1110,0000,0000,0000 ~ 1111,1111,1111,1111
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
二、数据存储器扩展 1. 随机存储器概述
或MOVC A，＠A+DPTR
如读取EPROM地址为1000H单元内容的指令为：
MOV
DPTR，#1000H
MOV A,#00H
MOVC A，@A+DPTR
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
2. 典型随机存储器芯片6116(2KB)
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
A14A13A12A11（P2.6~P2.3)的状态与芯片寻址无关， A14A13A12A11的所有16种组合（0000~1111）都不会影响该芯片的寻
址，即
1，000，0000，0000 ~ 1 ， 111，1111，1111 因此，8000H~87FFH、8800~8FFFH、……、F800H~FFFFH都是 该芯片的寻址范围。该2716有16个地址映像区，在这些地址范围 内都能访问该芯片。
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
3）译码法编址示例
5V
P2.7
P2.6
P2.5
C B A 138 E1 E2
E3
Y0 Y1
Y7
27640
CE
27641
CE
27647
CE
P2.4 ~ 2.0
A12 ~ 8 O7 ~ 0
A12 ~ 8 O7 ~ 0 A7 ~ 0 OE
A12 ~ 8 O7 ~ 0 A7 ~ 0 OE
A10~A0：11位地址； O7~O0：数据线；
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 GND
CE / PGM ：片选/编程控制信号；
正常使用片选（低电平有效），编程 时，引入编程脉冲；
OE ：输出允许信号，低电平有效。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2716
实际应用时，如果单片机内部程序存储器的容量不能满 足要求时，就需要在其外部进行存储器的扩展。
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。
◆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 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 2013-8-1 4 其他部件传送给单片机的。
（c）74LS373 电路连接图
E 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND
P0.0 P0.7 ALE ～
1D 1Q 74LS 373 8D 8Q
A0
～
G
～ E
A7
～
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS373的功能表 E 0 0 1 G 1 0 × 功 能 直通（Qi=Di） 保持（Qi保持不变） 输 出 高 阻
1D
8D ～
1Q
8Q ～
1Q
8Q ～
G
输入控制端
E
输出允许端
（a）74LS373结构原理图
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
（b）74LS373 引脚图 1 2 3 4 5 74LS 6 373 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
VCC 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q G
随机存储器RAM（Random Access Memory）， 可以进行读、写两种操作，分为静态（SRAM） 和动态（DRAM）两种。
静态RAM（SRAM）：加电即可保存信息； 动态RAM（DRAM）：加电，不断进行周期性 刷新（再生），才可保存信息。
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
访问ROM/EPROM的读数指令为MOVC A，＠A+PC
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
27640地址范围：0000H~1FFFH 0000,0000,0000,0000 ~ 0001,1111,1111,1111 27641地址范围：2000H~3FFFH 0010,0000,0000,0000 ~ 0011,1111,1111,1111 27642地址范围：4000H~5FFFH
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
2716是2K8（位）EPROM，11根地址线
示例中，2716的地址范围是：
最低地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0000，0000，0000（8000H） 最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0111，1111，1111（87FFH）
一、程序存储器扩展
1. 只读存储器（ROM）
掩膜ROM
可编程ROM（PROM）：内容只能写一次；
可改写ROM（EPROM）：紫外线擦除；
可改写ROM（EEPROM）：电擦除；
快擦写ROM：flashROM
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作 2.典型只读存储器芯片2716
INTEL公司27系列产品（加电编程、紫外线擦除 EPROM），系列产品还有2716、2732、2764、27128 等。 存储容量：2k8(位)、4k 8(位)、 8k8(位)、 16k8(位) 芯片引脚：
单片机扩展的实现（总线构造）
扩展时常用的控制信号
1）ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）。 2）PSEN ：扩展程序存储器（外部ROM）读选通信 号（低电平有效）。 3）EA：内外程序存储器的选择信号。 4）RD和WR：扩展外部数据存储器（RAM）的读、 写选通信号（低电平有效）。
单片机扩展的实现（总线构造）
知识能力
前导知识
地址总线
8051
数据总线 控制总线 数据 存储器 程序 存储器 I/O接口 I/O接口
I/O设备
I/O设备
知识能力
前导知识
总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。 地址总线：传出单片机送出的地址信号，进行存 储单元和I/O端口的选择。 数据总线：单片机和存储单元以及单片机和I/O端 口之间传输数据。 控制总线：一组控制信号线的总称。有单片机发 出的，也有从其他部件发向单片机的。 注意
模块5
系统扩展与接口技术的应用
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
知识能力：熟悉常见的存储器类型及性能，掌握程序存储器与CPU连接 的方法 。
技能能力：掌握外部存储器的读写控制方法,了解Proteus仿真环境中对 外部存储器的仿真方法 。
社会能力：训练学生工程意识和良好的劳动纪律观念，培养学生认真做 事、用心做事的态度 。
Vcc Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
输入端 C B A
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Y 0 Y1
Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1来自百度文库1
地址总线是单向的，从单片机发出。 数据总线是双向的。 对于一条控制线，其传送方向是单向的。
单片机扩展的实现（总线构造）
MCS-51单片机寻址范围为64K，需要16根地址线: 以P0口的8位口线作地址/数据线（复用线）; 以P2口的8位口线作高8位地址线。
所谓复用：既可作地址线（低8位），又可作数据线。 复用技术：增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制 实现对地址（低8位）和数据的分离
控制线
8031
高8位地址 A 15 ~ A 8 低8位地址 A7 ~ A0
ALE
EA
P0
锁存器
数据线
单片机总线扩展结构图
单片机存储器结构
MCS-51系列单片机存储器有四个部分：
1）片内ROM（部分有，8031无片内ROM）； 2）片外ROM（可扩展到64KB）； 3）片内RAM（51系列单片机都有，256字节）； 4）片外RAM（可扩展到64KB,独立） RAM、ROM都可以扩展至64K。
单片机存储器结构
程序存储器映象
数据存储器映象
单片机扩展存储器编址及映像 存储器编址技术：
将地址线进行适当连接，使得存储器中每一个存 储单元可唯一地对应一个编址。
1、线选法
以系统的高位地址作为存储器的片选信号。 直接将地址线连接到存储芯片片选端。
2、译码法
通过译码器对系统的高位地址进行译码，以译 码输出作为存储芯片的片选信号。
A10~A0：地址线 D7~D0：数据线
CS ：片选信号
OE ：数据输出允许信号 WE ：写选通信号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
6116
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
Vcc A8 A9 Vpp OE A 10 CE / PGM O7 O6 O5 O4 O3
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
5种工作方式： 1）读方式： , OE 均为低电平，被寻址单 CE 元内容经数据线读出； 2）未选中方式：CE 为高电平，数据线输出呈 高阻状态； 3）编程方式：Vpp加25V电压， CE 加TTL高电平。 进行数据重新写入； 4）程序检验方式：Vpp=25V， , OE 均为低电平 CE 5）编程禁止
P0.7 ~ 0.0
PSEN
74LS 373
A7 ~ 0
OE
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS138：3-8译码器
E1
E2 E3
&
使能控制
EN
E 2 E1 0 E3 1
输出端
74LS138
A B C E1 E2 E3 Y7 GND
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
3. 程序存储器扩展示例 1）线选法编址扩展示例
P2.7
CE
P2.2 8031 P2.1 P2.0 ALE
A10 A9 A8
G
2716
P0
EA
74LS 373
A7 ~ A0 O7 ~ O0
OE
PSEN
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS373是一种输出带有三态门的8D锁存器
能有效地利用存储空间，最常用的存储器编址方法。 常用译码器： 74LS139：双2—4译码器； 74LS138：3—8译码器
5V
P2.7 P2.6 P2.5 Vcc C B A 74LS138 E3
5V
Y0 ~ Y7
8051
E2 E1
GND
74LS138作译码器的连接
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作 2）多芯片存储器扩展
P2.7
P0
CE
CE
74LS373 G
A7 ~ 0 O7 ~ 0
A7 ~ 0
8031
ALE
A12 ~ 8
1＃ 276 4
OE
O7 ~ 0
2＃ 276 4
OE
P2.4 ~ P2.0
A12 ~ 8
EA
PSEN
当P2.7=0时，选中1＃片，地址为： 0 0,0000,0000,0000B ~ 0 1,1111,1111,1111B 即0000H ~ 1FFFH 当P2.7=1时，选中2＃片，地址为： 1 0,0000,0000,0000B ~ 1 1,1111,1111,1111B 即8000H ~ 9FFFH
知识能力
前导知识
课题引入
为什么要进行单片机的存储器扩展？
子系列 机型 8031 51 子系列 52 子系列 8051 8751 8032 8052 片内 ROM 无 4KB 4KB 无 8KB 片内 RAM 128B 128B 128B 256B 256B 可寻址 可寻址 ROM范围 RAM范围 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB 64KB
0100,0000,0000,0000 ~ 0101,1111,1111,1111
…… ……. …….. …….
27647地址范围：E000H~FFFFH
1110,0000,0000,0000 ~ 1111,1111,1111,1111
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
二、数据存储器扩展 1. 随机存储器概述
或MOVC A，＠A+DPTR
如读取EPROM地址为1000H单元内容的指令为：
MOV
DPTR，#1000H
MOV A,#00H
MOVC A，@A+DPTR
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
2. 典型随机存储器芯片6116(2KB)
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
A14A13A12A11（P2.6~P2.3)的状态与芯片寻址无关， A14A13A12A11的所有16种组合（0000~1111）都不会影响该芯片的寻
址，即
1，000，0000，0000 ~ 1 ， 111，1111，1111 因此，8000H~87FFH、8800~8FFFH、……、F800H~FFFFH都是 该芯片的寻址范围。该2716有16个地址映像区，在这些地址范围 内都能访问该芯片。
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
3）译码法编址示例
5V
P2.7
P2.6
P2.5
C B A 138 E1 E2
E3
Y0 Y1
Y7
27640
CE
27641
CE
27647
CE
P2.4 ~ 2.0
A12 ~ 8 O7 ~ 0
A12 ~ 8 O7 ~ 0 A7 ~ 0 OE
A12 ~ 8 O7 ~ 0 A7 ~ 0 OE
A10~A0：11位地址； O7~O0：数据线；
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 GND
CE / PGM ：片选/编程控制信号；
正常使用片选（低电平有效），编程 时，引入编程脉冲；
OE ：输出允许信号，低电平有效。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2716
实际应用时，如果单片机内部程序存储器的容量不能满 足要求时，就需要在其外部进行存储器的扩展。
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。
◆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 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 2013-8-1 4 其他部件传送给单片机的。
（c）74LS373 电路连接图
E 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND
P0.0 P0.7 ALE ～
1D 1Q 74LS 373 8D 8Q
A0
～
G
～ E
A7
～
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
74LS373的功能表 E 0 0 1 G 1 0 × 功 能 直通（Qi=Di） 保持（Qi保持不变） 输 出 高 阻
1D
8D ～
1Q
8Q ～
1Q
8Q ～
G
输入控制端
E
输出允许端
（a）74LS373结构原理图
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
（b）74LS373 引脚图 1 2 3 4 5 74LS 6 373 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
VCC 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q G
随机存储器RAM（Random Access Memory）， 可以进行读、写两种操作，分为静态（SRAM） 和动态（DRAM）两种。
静态RAM（SRAM）：加电即可保存信息； 动态RAM（DRAM）：加电，不断进行周期性 刷新（再生），才可保存信息。
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
访问ROM/EPROM的读数指令为MOVC A，＠A+PC
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
27640地址范围：0000H~1FFFH 0000,0000,0000,0000 ~ 0001,1111,1111,1111 27641地址范围：2000H~3FFFH 0010,0000,0000,0000 ~ 0011,1111,1111,1111 27642地址范围：4000H~5FFFH
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
2716是2K8（位）EPROM，11根地址线
示例中，2716的地址范围是：
最低地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0000，0000，0000（8000H） 最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0111，1111，1111（87FFH）
一、程序存储器扩展
1. 只读存储器（ROM）
掩膜ROM
可编程ROM（PROM）：内容只能写一次；
可改写ROM（EPROM）：紫外线擦除；
可改写ROM（EEPROM）：电擦除；
快擦写ROM：flashROM
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作 2.典型只读存储器芯片2716
INTEL公司27系列产品（加电编程、紫外线擦除 EPROM），系列产品还有2716、2732、2764、27128 等。 存储容量：2k8(位)、4k 8(位)、 8k8(位)、 16k8(位) 芯片引脚：
单片机扩展的实现（总线构造）
扩展时常用的控制信号
1）ALE：地址锁存选通信号（高电平有效）。 2）PSEN ：扩展程序存储器（外部ROM）读选通信 号（低电平有效）。 3）EA：内外程序存储器的选择信号。 4）RD和WR：扩展外部数据存储器（RAM）的读、 写选通信号（低电平有效）。
单片机扩展的实现（总线构造）
知识能力
前导知识
地址总线
8051
数据总线 控制总线 数据 存储器 程序 存储器 I/O接口 I/O接口
I/O设备
I/O设备
知识能力
前导知识
总线：连接系统中各扩展部件的一组公共信号线。 地址总线：传出单片机送出的地址信号，进行存 储单元和I/O端口的选择。 数据总线：单片机和存储单元以及单片机和I/O端 口之间传输数据。 控制总线：一组控制信号线的总称。有单片机发 出的，也有从其他部件发向单片机的。 注意
模块5
系统扩展与接口技术的应用
任务5.1 存储器扩展电路的设计与制作
知识能力：熟悉常见的存储器类型及性能，掌握程序存储器与CPU连接 的方法 。
技能能力：掌握外部存储器的读写控制方法,了解Proteus仿真环境中对 外部存储器的仿真方法 。
社会能力：训练学生工程意识和良好的劳动纪律观念，培养学生认真做 事、用心做事的态度 。
Vcc Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
输入端 C B A
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Y 0 Y1
Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
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地址总线是单向的，从单片机发出。 数据总线是双向的。 对于一条控制线，其传送方向是单向的。
单片机扩展的实现（总线构造）
MCS-51单片机寻址范围为64K，需要16根地址线: 以P0口的8位口线作地址/数据线（复用线）; 以P2口的8位口线作高8位地址线。
所谓复用：既可作地址线（低8位），又可作数据线。 复用技术：增加一个8位锁存器，通过对锁存器的控制 实现对地址（低8位）和数据的分离