第8章 存储器的扩展

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4、MCS-51单片机系统地址空间的分配 系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片选/ 使能等信号,实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的 过程。就是系统空间分配。 单片机必须进行两种选择：一是选中该存储器芯片，这称为 “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”。 编址的方法：片选是由系统的高位地址线信息确定，单元选择 直接由系统低位地址信息确定。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。 产生片选信号的方法有两种：线选法、译码法（全地址译码法 和部分译码法）。
4K 8K 16K 32K 64K
字节存储容量：2K
地址线根数： 11根
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12根
13根
14根
15根
16根
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3、常用ROM芯片引脚图
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例：给8051扩展一片8K程序存储器
VPP A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D2 D1 D0 GND
1 2 3 4 5 6 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
O7 : : : O0
OE
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0000H～7FFFH
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例：MCS-51与2片32K ROM的连接
A15 A14 A8
MCS - 51 A7 74LS373 /CE1 /CE2 A14 A8 A7
A14
A8 A7 A0 /OE1 O0～O7
/EA
ALE Psen
A0
A0
/OE2 O0～O7
0 0
0
0 0 0
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 …… 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
0 1
0
1 1
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取指令时序
1个 机 器 周 期 S1 OSC 时 钟 P1 P2 P1 S2 P2 P1 S3 P2 P1 S4 P2 P1 S5 P2 P1 S6 P2 P1 S1 P2
Vcc PGM N.C A8 A9 A11
7 8 9 10 11 12 13 14
2764
OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3
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P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 EA RESET
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。 (1） 确定片数。
0000H ~ 3FFFH存储空间为16 KB, 则需2片2764
（2）空间分配：1# 0000H~1FFFH 2# 2000H~3FFFH
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例：64K程序存储器扩展
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（2）工作速度匹配 MCS-51的访存时间（单片机对外部存储器进行读写所需要 的时间）必须大于所用外部存储器的最大存取时间（存储器的 最大存取时间是存储器固有的时间 ） （3）选择合适的存储容量 在MCS-51应用系统所需存储容量不变的前提下，若所选存 储器本身存储容量越大，则所用芯片数量就越少，所需的地址 译码电路就越简单。 （4）合理分配存储器地址空间的分配 存储器的地址空间的分配必须满足存储器本身的存储容量， 否则会造成存储器硬件资源的浪费。。 （5）合理选择地址译码方式 可根据实际应用系统的具体情况选择线选法、全地址译码 法、部分地址译码法等地址译码方式。
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5、 MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题 （1）选择合适类型的存储器芯片 只读存储器（ ROM ）常用于固化程序和常数，可分为 掩膜ROM、可编程PROM、紫外线可擦除EPROM和电可擦 除E2PROM几种。若所设计的系统是小批量生产或开发产品， 则建议使用 EPROM 和 E2PROM ；若为成熟的大批量产品， 则应采用PROM或掩膜ROM 。 随机存取存储器（ RAM ）常用来存取实时数据、变量 和 运 算 结 果 。 可 分 为 静 态 RAM （ SRAM ） 和 动 态 RAM （ DRAM ）两类。若所用的 RAM 容量较小或要求较高的存 取速度，则宜采用SRAM；若所用的RAM容量较大或要求低 功耗，则应采用DRAM，以降低成本。 此外 ， 还可 以选择 Flash 存储器 、 FRAM （ 铁电存储 器）、NVSRAM（非易失性静态随机存取存取器 ）、用于 多处理机系统的DSRAM（双端口RAM）等。
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8.2 程序存储器的扩展பைடு நூலகம்
表1 MCS-51系列单片机片内程序存储器一览表
片内程序存储器 类型 8031 8051 8751 8951 无 ROM EPROM Flash 容量/B — 4K 4K 4K
单片机型号
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
6264----8K SRAM
MCS-51单片机提供16位地址线，可直接访问程序存储器的 空间为64 KB（216），若系统的程序总容量需求超过64 KB，可 以采用区选法来实现。单片机系统的程序存储器每个区为64 KB， 由系统直接访问，区与区之间的转换通过控制线的方式来实现。
P1.0输出高电平，访问A芯片；
P1.0输出低电平，访问B芯片。
0000H～7FFFH
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8000H ～FFFFH
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例：MCS-51与多个 ROM的连接
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例：扩展8片2764
MCS–51 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.0
7 4 L S 3 7 3
74LS138 C B A
y7
/CE0
y0
/CE1
/CE7
A12 A8 A7

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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） 2、存储容量 2716 、2732、2764、27128、27256、27512
8031 8051 8751
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
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例：MCS-51与1片32K ROM的连接
MCS-51
P2.7 P2.6 : : P2.0 P0.7 : : : P0.0 ALE /EA Psen
27256 32K ROM
CE A14 : : A8 A7 : : : A0
/CE = P2.7(A15)
D7
Q7
74LS373 D0 G Q0 /L
8031 8051 8751
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
CE
GND
锁
27512
Vcc PGM Vpp
存
器
EA
RESET
+5V
PSEN
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例：系统扩展128 KB程序存储空间
CE A12 A11 A10 A9 A8
锁 存 器
G
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
GND
2764
Vcc PGM Vpp
PSEN
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
+5V
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 0 0 0
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线选法：直接以系统空闲的高位地址线作为芯片的片选信号。 优点：简单，无须外加电路。 缺点：寻址范围不惟一，地址空间没有被充分利用，可外扩芯 片少。线选法适用于小规模单片机应用系统中片选信号的产生。 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，以译码器输出作为外围芯片的片选信号。 优点：寻址范围惟一，地址不重叠，存储空间的使用连续。 缺点：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。 部分地址译码法：单片机的未被外扩芯片用到的高位地址线中， 只有一部分参与地址译码，其余部分是悬空的。 优点：可以减少所用地址译码器的数量。 缺点：地址不惟一，存在地址重叠现象。因此，采用部分地址译 码法时必须把程序和数据存放在基本地址范围内，以避免因地址 重叠引起程序运行的错误。
A12 A8 A7
A12 A8 A7
8K×8
A0 /OE1 O0～O7
8K×8
A0
/OE1 O0～O7
8K×8
A0 /OE1 O0～O7
P0口 ALE Psen
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0000H～1FFFH 2000H～3FFFH 4000H～5FFFH 6000H～7FFFH
8000H～9FFFH A000H～BFFFH C000H～DFFFH 22 E000H～FFFFH
ALE
ALE
PSEN
PSEN
P2
P2 P0
A8~A15
A8~A15 A8~A15 A0~A7 A0~A7 指 令 指令 A0~A7
A8~A15
A8~A15
指 令
P0
指 令
A0~A7
指令
1000H：CLR
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P1.0
;2个字节
1个机器周期
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执行MOVX指令的时序
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1个字节 2个机器周期
第 8章
8.1 8.2 8.3
MCS-51单片机存储器扩展
外部总线的扩展 程序存储器的扩展 数据存储器的扩展
重点内容： 1、存储器与单片机的连接 2、存储器的地址空间分配
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8.1
外部总线的扩展
1、MCS-51单片机三总线结构图
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常用地址锁存器： 74LS373(74LS573) 带三态缓冲输出的8D锁存器 74LS273 带有清除端
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8.3
数据存储器的扩展
数据存储器一般采用RAM芯片，这种存储器在电源关断后， 存储的数据将全部丢失。 RAM器件有两大类： 动态RAM（DRAM），一般容量较大，使用略复杂,速度快。
静态RAM（SRAM），在工业现场常使用SRAM 。
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1、扩展一片8KSRAM6264扩展实例
OE
在清除端1脚保持高电平 时，才具有锁存功能，锁存控 制端为11脚CLK，采用上升沿 锁存。 CPU 的ALE信号必须经 过反相器反相之后才能与 74LS273的控制端CLK 端相连。
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74LS573的内部结构
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2、MCS-51单片机通过三总线扩展外部设备的总体结构图
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE G D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
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传感器
执行机构
A/D
D/A
M
C S 5 1 单 控制总线CB 地址总线AB 数据总线DB
片
机
数据
程序 存储器
I/O接口
存储器
I/O设备
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单片机数据采集监控系统
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3、MCS-51系列单片机系统的扩展能力

片外可扩展存储器的最大容量为64KB，地址范围0000H～ FFFFH。允许片外程序存储器和数据存储器的地址重叠。 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。