单片机及应用_第六章_80C51单片机并行存储器扩展3讲解
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（2）外部程序存储器与数据存储器的区分
对外部扩展ROM与RAM，同样使用指令来加以区分。读外部 ROM使用MOVC指令，而读/写外部RAM则使用MOVX指令。以 /PSEN作为外部ROM的读选通信号，以/RD和/WR作为外部RAM的 读/写选通信号。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
对RAM可以进行读/写两种操作，但RAM是易失 性存储器，断电后所存信息消失。
按工作方式，RAM又分为静态(SRAM)和动态 (DRAM)两种。 不考虑刷新，SRAM和DRAM工作有何不同？
6.3 存储器并行扩展
扩展的程序存储器称为外部ROM；扩展的数据存储器称 为外部RAM。
6.3.1 程序存储器并行扩展
数据线的连接比较简单，只要把存储芯片的数据输出引脚与单片机 P0口线对应连接就可以了。
控制信号，程序存储器的扩展只涉及PSEN（外部程序存储器读选 通），把该信号连接到2716的/OE引脚，用于存储器读出选通。
（2）存储单元地址分析
只要把最低地址和最高地址找出来，扩展的存储器在存储空间 中所占据的地址范围即可确定。
5. 闪速存储器（Flash ROM）
闪速存储器全称为快闪可编程/擦除只读存储器，简称闪速存储器或 FlashROM，也可简写为FPEROM(Flash Programmable and Erasable Read Only Memory。
6.2 存储器分类
6.2.2 读/写存储器
在单片机系统中，数据存储器用于存放可随时修 改的数据。数据存储器扩展使用随机存储器芯片， 随机存储器(Random Access Memory）简称RAM。
总线结构可以提高系统的可靠性，增加系统的灵活性。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 80C51单片机并行扩展总线
80C51单片机并行扩展总线结构图
• 外部总线和并行I/O接口复用
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 80C51单片机并行扩展总线 （1）以P0口的8位口线充当低位地址线/数据线 （2）以P2口的口线作高位地址线 （3）控制信号
第6章 单片机并行存储器扩展
主要内容
6.1 单片机并行外扩展系统 6.2 存储器分类 6.3 存储器并行扩展 6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和
使用方法
6.1 单片机并行外扩展系统
两类外扩展： 存储器扩展和I/O扩展； 两种外扩展方法： 并行扩展和串行扩展。
6.1.1 单片机并行扩展总线
5. 外部数据存储器写周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
6. AT89S51的AC特性
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
6. AT89S51的AC特性（续）
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
数据线和控制信号线的连接比较简单，地址线的连 接则比较复杂，因为地址线的连接涉及到I/O编址和芯片 的选取问题。
假定单片机系统分别扩展了程序存储器芯片2716、数据存储 器芯片6116、并行接口芯片8255、键盘/显示器接口芯片8279和 D/A转换芯片0832，则采用线选法寻址的扩展片选连接下图所示。
2716的地址空间是多少？能否如此连接2732？
（2）译码法
使用译码器对高位地址进行译码，以其译码输出作为扩展芯片的片选 信号。这是一种最常用的寻址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容 量、多芯片的系统扩展。以译码法寻址的系统扩展片选连接示意如下图所 示。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
6.4.1 单片机存储器系统的特点
1. 程序存储器与数据存储器并存
程序存储器是保存程序的需要，而数据存储器则是运行程序 的需要。在系统中两种存储器是截然分开的，它们有各自的地址 空间、操作指令和控制信号。
2. 内外存储器并存
片内存储器是芯片固有的，使用方便存取快捷，但容量有限， 有时不能满足系统需要；而片外存储器是系统扩展的。从而形成 了单片机系统既有内部存储器，又有外部存储器的结构。
4. 电擦除可编程只读存储器
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 是一种用电信号编程也用电信号擦除的ROM芯片，它可以通过读/写操作 进行逐个存储单元的读出和写入，读/写功能与RAM存储器相似，只是写 入速度慢一些，但断电后却能保存信息。
PROM(Programmable Read Only Memory)芯片出 厂时没有任何程序信息，其程序是在开发现场由用户 写入的。但这种ROM芯片只能写入一次，其内容一旦 写入就不能再进行修改。
6.2 存储器分类 6.2.1 只读存储器
3. 可擦除可编程只读存储器（EPROM）
EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)芯片的内容也 由用户写入，但允许反复擦除重新写入。EPROM是用紫外线擦除。
把P2口中没有用到的高位地址线假定为0状态，则所扩展的 2716芯片的地址范围是：
最低地址
8000H
最高地址
87FFH
由于P2.6～P2.3的状态与2716芯片的寻址无关，所以在该芯片 被寻址时，P2.6～P2.3可以为任意状态，即从0000~1111共有16种 状态组合。
表明2716芯片对应着16个地址区间，即8000H～87FFH， 8800H～8FFFH，9000H～97FFH，9800H～9FFFH，A000H～ A7FFH，A800H～AFFFH…在这些地址区间内都能访问到2716， 这就是线选法存在的地址区间重叠问题。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
3. 外部程序存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
3. 外部程序存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
4. 外部数据存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 数据存储器扩展连接
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。所不同的是控制信号，数据存储器使用/RD和/WR分别作为 读/写选通信号。
6.3 存储器并行扩展
6.3.2 数据存储器的并行扩展
例1 采用2764和6264芯片在8031片外分别扩展24 KB程序存储器和数 据存储器。
３个逻辑存储空间：程序存储器、内、外部数据存储器。
４个物理存储空间：内、外部程序存储器、内、外部数据存储 器。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
6.4.2 80C51 单片机存储器的使用
1. 存储空间的区分 （1）内部程序存储器与数据存储器的区分
芯片内部的ROM与RAM是通过指令来相互区分的。读ROM时 使用MOVC指令，而读RAM时则使用MOV指令。
若/EA＝１，访问2716的地址空间是多少?能否如此接2732？
6.2 存储器分类
6.2.1 只读存储器
1. 掩膜只读存储器
掩膜只读存储器编程是由半导体制造厂家完成的，即 在生产过程中实现编程。因编程过程是掩膜工艺，因 此，称为掩膜ROM，或Mask ROM。
2. 可编程只读存储器（PROM）
1. 单片机外扩展地址空间
单片机的外扩展地址空间，与它的存储器系统有关。 80C51单片机存储器系统与外扩展地址空间结构如下图 所示。
80C51单片机系统地址空间结构图
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
2. 片选技术
进行单片机系统扩展，首先要解决寻址问题，即如 何找到要访问的扩展芯片以及芯片内的目标单元。
程序存储器扩展使用只读存储器芯片，以最简单的2716 芯片为例进行原理说明。2716引脚图主要引脚功能如下：
A10～A0： 11位地址。 Ｏ7～Ｏ0： 数据读出。 /CE/PGM： 片选/编程。 /OE： 输出允许信号。 VPP： 编程电源。当芯片编程时，该端加＋25 V编程电压；当 使用时，该端加+5 V电源。
（1）地址总线
在地址总线（Address Bus，简写AB）上传送的是地址信号，用于外扩展 存储单元和I/O端口的寻址。地址总线是单向的。
（2）数据总线
数据总线（Data Bus，简写DB）用于传送数据、状态、指令和命令。数据 总线的位数应与单片机字长一致。数据总线是双向的。
（3）控制总线
控制总线（Control Bus，简写CB）是一组控制信号线。一个控制信号的 传送是单向的，但是由不同方向信号线组合的控制总线则应表示为双向。
除地址线和数据线外，系统扩展时还需要单片机提供一些控制 信号线，这就是扩展系统的控制总线。这些控制信号包括：
使用ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址锁存。 以/PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 以/EA信号作为内外程序存储器的选择信号。 以/RD和/WR作为扩展数据存储器和I/O端口的读/写选通信号。
下图是一个使用RAM芯片扩展可读写程序存储器应用实例。Ⅰ芯片2764 用于存放监控程序。Ⅱ芯片6264已连接成可读/写程序存储器，用于存放和 调试用户程序。
在系统开发阶段，开关扳向开发端。Ⅰ芯片首地址为0000H，Ⅱ芯片首 地址为8000H。系统启动后，自动进入监控程序运行。这样就可以借助监控 程序，对可读/写程序存储器中的用户程序进行调试。用户程序调试完成后， 把开关扳向应用端，再把Ⅰ芯片拔去，Ⅱ芯片的首地址即为0000H。这样， 系统复位后，用户程序就能自动运行。
2716引脚图 单片机程序存储器扩展连接图
（1）存储器扩展的主要内容
存储器扩展的主要内容是地址线、数据线和控制线的连接。2716的 存储容量为2 KB，需11位地址(A10～A0)进行存储单元编址。为此 先把芯片的A7～A0引脚与地址锁存器的8位地址输出对应连接，再 把A10～A8引脚与P2口的P2.2～P2.0相连。采用线选法进行片选， 只需在剩下的高位地址线中取一位(P2.7)与2716的CE端相连即可。
6.4.2 80C51 单片机存储器的使用
1. 存储空间的区分
（3）内外数据存储器的区分
内部RAM和外部RAM是分开编址的，就造成了外部RAM前256 个单元的地址重叠。但由于有不同的指令加以区分，访问内部 RAM使用MOV指令，访问外部RAM使用MOVX指令，所以不会发 生操作混乱。
6.3 存储器并行扩展 6.3.3 使用RAM芯片扩展可读/写的程序存储器
可用RAM芯片经过特殊连接，作为程序存储 器使用，使其既可以运行程序，又可以修改程 序，成为一个可读/写的程序存储器。
在运行程序时，需要有程序存储器的读信号 /PSEN；在修改程序时，要用到数据存储器的 读信号/RD和写信号/WR。现以6116芯片为例， 说明这3个信号的连接方法。其电路如下页图所 示。
80C51单片机的并行扩展是通过系统总线进行 的，其系统结构图见下页。这里的总线是外 部总线，是连接单片机和扩展部件的一组公 共信号线，是系统共享的通路，通过总线把 单片机和扩展部件连接起来，以进行数据、 地址和控制信号的传送。
单片机并行扩展系统结构图
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线 1.个片选信号引脚 (常用名为CE或CS)，所以寻找要访问的扩展芯片的问 题就归结到如何产生有效的片选信号。常用的芯片选择 方法有线选法和译码法两种。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
2. 片选技术
（1）线选法
所谓线选法，就是直接以位地址信号作为芯片的片选信 号。使用时只需把地址线与扩展芯片的片选信号引脚直 接连接即可。 特点：简单，适用于规模较小的单片机系统。
6.3 存储器并行扩展
6.3.2 数据存储器的并行扩展
1. RAM芯片6116
6116芯片的存储容量为2 KB，双 列直插式封装，引脚排列如右图。信号 定义如下：
A10～A0： 地址线。 D7～D0： 数据线。 /CE： 片选信号。 /OE： 数据输出允许信号。 /WE： 写选通信号。 VCC： 电源(+5 V)。 GND： 地。
对外部扩展ROM与RAM，同样使用指令来加以区分。读外部 ROM使用MOVC指令，而读/写外部RAM则使用MOVX指令。以 /PSEN作为外部ROM的读选通信号，以/RD和/WR作为外部RAM的 读/写选通信号。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
对RAM可以进行读/写两种操作，但RAM是易失 性存储器，断电后所存信息消失。
按工作方式，RAM又分为静态(SRAM)和动态 (DRAM)两种。 不考虑刷新，SRAM和DRAM工作有何不同？
6.3 存储器并行扩展
扩展的程序存储器称为外部ROM；扩展的数据存储器称 为外部RAM。
6.3.1 程序存储器并行扩展
数据线的连接比较简单，只要把存储芯片的数据输出引脚与单片机 P0口线对应连接就可以了。
控制信号，程序存储器的扩展只涉及PSEN（外部程序存储器读选 通），把该信号连接到2716的/OE引脚，用于存储器读出选通。
（2）存储单元地址分析
只要把最低地址和最高地址找出来，扩展的存储器在存储空间 中所占据的地址范围即可确定。
5. 闪速存储器（Flash ROM）
闪速存储器全称为快闪可编程/擦除只读存储器，简称闪速存储器或 FlashROM，也可简写为FPEROM(Flash Programmable and Erasable Read Only Memory。
6.2 存储器分类
6.2.2 读/写存储器
在单片机系统中，数据存储器用于存放可随时修 改的数据。数据存储器扩展使用随机存储器芯片， 随机存储器(Random Access Memory）简称RAM。
总线结构可以提高系统的可靠性，增加系统的灵活性。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 80C51单片机并行扩展总线
80C51单片机并行扩展总线结构图
• 外部总线和并行I/O接口复用
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 80C51单片机并行扩展总线 （1）以P0口的8位口线充当低位地址线/数据线 （2）以P2口的口线作高位地址线 （3）控制信号
第6章 单片机并行存储器扩展
主要内容
6.1 单片机并行外扩展系统 6.2 存储器分类 6.3 存储器并行扩展 6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和
使用方法
6.1 单片机并行外扩展系统
两类外扩展： 存储器扩展和I/O扩展； 两种外扩展方法： 并行扩展和串行扩展。
6.1.1 单片机并行扩展总线
5. 外部数据存储器写周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
6. AT89S51的AC特性
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
6. AT89S51的AC特性（续）
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
数据线和控制信号线的连接比较简单，地址线的连 接则比较复杂，因为地址线的连接涉及到I/O编址和芯片 的选取问题。
假定单片机系统分别扩展了程序存储器芯片2716、数据存储 器芯片6116、并行接口芯片8255、键盘/显示器接口芯片8279和 D/A转换芯片0832，则采用线选法寻址的扩展片选连接下图所示。
2716的地址空间是多少？能否如此连接2732？
（2）译码法
使用译码器对高位地址进行译码，以其译码输出作为扩展芯片的片选 信号。这是一种最常用的寻址方法，能有效地利用存储空间，适用于大容 量、多芯片的系统扩展。以译码法寻址的系统扩展片选连接示意如下图所 示。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
6.4.1 单片机存储器系统的特点
1. 程序存储器与数据存储器并存
程序存储器是保存程序的需要，而数据存储器则是运行程序 的需要。在系统中两种存储器是截然分开的，它们有各自的地址 空间、操作指令和控制信号。
2. 内外存储器并存
片内存储器是芯片固有的，使用方便存取快捷，但容量有限， 有时不能满足系统需要；而片外存储器是系统扩展的。从而形成 了单片机系统既有内部存储器，又有外部存储器的结构。
4. 电擦除可编程只读存储器
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 是一种用电信号编程也用电信号擦除的ROM芯片，它可以通过读/写操作 进行逐个存储单元的读出和写入，读/写功能与RAM存储器相似，只是写 入速度慢一些，但断电后却能保存信息。
PROM(Programmable Read Only Memory)芯片出 厂时没有任何程序信息，其程序是在开发现场由用户 写入的。但这种ROM芯片只能写入一次，其内容一旦 写入就不能再进行修改。
6.2 存储器分类 6.2.1 只读存储器
3. 可擦除可编程只读存储器（EPROM）
EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)芯片的内容也 由用户写入，但允许反复擦除重新写入。EPROM是用紫外线擦除。
把P2口中没有用到的高位地址线假定为0状态，则所扩展的 2716芯片的地址范围是：
最低地址
8000H
最高地址
87FFH
由于P2.6～P2.3的状态与2716芯片的寻址无关，所以在该芯片 被寻址时，P2.6～P2.3可以为任意状态，即从0000~1111共有16种 状态组合。
表明2716芯片对应着16个地址区间，即8000H～87FFH， 8800H～8FFFH，9000H～97FFH，9800H～9FFFH，A000H～ A7FFH，A800H～AFFFH…在这些地址区间内都能访问到2716， 这就是线选法存在的地址区间重叠问题。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
3. 外部程序存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
3. 外部程序存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
4. 外部数据存储器读周期
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线
2. 数据存储器扩展连接
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。所不同的是控制信号，数据存储器使用/RD和/WR分别作为 读/写选通信号。
6.3 存储器并行扩展
6.3.2 数据存储器的并行扩展
例1 采用2764和6264芯片在8031片外分别扩展24 KB程序存储器和数 据存储器。
３个逻辑存储空间：程序存储器、内、外部数据存储器。
４个物理存储空间：内、外部程序存储器、内、外部数据存储 器。
6.4 80C51 单片机存储器系统的特点和使用方法
6.4.2 80C51 单片机存储器的使用
1. 存储空间的区分 （1）内部程序存储器与数据存储器的区分
芯片内部的ROM与RAM是通过指令来相互区分的。读ROM时 使用MOVC指令，而读RAM时则使用MOV指令。
若/EA＝１，访问2716的地址空间是多少?能否如此接2732？
6.2 存储器分类
6.2.1 只读存储器
1. 掩膜只读存储器
掩膜只读存储器编程是由半导体制造厂家完成的，即 在生产过程中实现编程。因编程过程是掩膜工艺，因 此，称为掩膜ROM，或Mask ROM。
2. 可编程只读存储器（PROM）
1. 单片机外扩展地址空间
单片机的外扩展地址空间，与它的存储器系统有关。 80C51单片机存储器系统与外扩展地址空间结构如下图 所示。
80C51单片机系统地址空间结构图
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
2. 片选技术
进行单片机系统扩展，首先要解决寻址问题，即如 何找到要访问的扩展芯片以及芯片内的目标单元。
程序存储器扩展使用只读存储器芯片，以最简单的2716 芯片为例进行原理说明。2716引脚图主要引脚功能如下：
A10～A0： 11位地址。 Ｏ7～Ｏ0： 数据读出。 /CE/PGM： 片选/编程。 /OE： 输出允许信号。 VPP： 编程电源。当芯片编程时，该端加＋25 V编程电压；当 使用时，该端加+5 V电源。
（1）地址总线
在地址总线（Address Bus，简写AB）上传送的是地址信号，用于外扩展 存储单元和I/O端口的寻址。地址总线是单向的。
（2）数据总线
数据总线（Data Bus，简写DB）用于传送数据、状态、指令和命令。数据 总线的位数应与单片机字长一致。数据总线是双向的。
（3）控制总线
控制总线（Control Bus，简写CB）是一组控制信号线。一个控制信号的 传送是单向的，但是由不同方向信号线组合的控制总线则应表示为双向。
除地址线和数据线外，系统扩展时还需要单片机提供一些控制 信号线，这就是扩展系统的控制总线。这些控制信号包括：
使用ALE作地址锁存的选通信号，以实现低8位地址锁存。 以/PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号。 以/EA信号作为内外程序存储器的选择信号。 以/RD和/WR作为扩展数据存储器和I/O端口的读/写选通信号。
下图是一个使用RAM芯片扩展可读写程序存储器应用实例。Ⅰ芯片2764 用于存放监控程序。Ⅱ芯片6264已连接成可读/写程序存储器，用于存放和 调试用户程序。
在系统开发阶段，开关扳向开发端。Ⅰ芯片首地址为0000H，Ⅱ芯片首 地址为8000H。系统启动后，自动进入监控程序运行。这样就可以借助监控 程序，对可读/写程序存储器中的用户程序进行调试。用户程序调试完成后， 把开关扳向应用端，再把Ⅰ芯片拔去，Ⅱ芯片的首地址即为0000H。这样， 系统复位后，用户程序就能自动运行。
2716引脚图 单片机程序存储器扩展连接图
（1）存储器扩展的主要内容
存储器扩展的主要内容是地址线、数据线和控制线的连接。2716的 存储容量为2 KB，需11位地址(A10～A0)进行存储单元编址。为此 先把芯片的A7～A0引脚与地址锁存器的8位地址输出对应连接，再 把A10～A8引脚与P2口的P2.2～P2.0相连。采用线选法进行片选， 只需在剩下的高位地址线中取一位(P2.7)与2716的CE端相连即可。
6.4.2 80C51 单片机存储器的使用
1. 存储空间的区分
（3）内外数据存储器的区分
内部RAM和外部RAM是分开编址的，就造成了外部RAM前256 个单元的地址重叠。但由于有不同的指令加以区分，访问内部 RAM使用MOV指令，访问外部RAM使用MOVX指令，所以不会发 生操作混乱。
6.3 存储器并行扩展 6.3.3 使用RAM芯片扩展可读/写的程序存储器
可用RAM芯片经过特殊连接，作为程序存储 器使用，使其既可以运行程序，又可以修改程 序，成为一个可读/写的程序存储器。
在运行程序时，需要有程序存储器的读信号 /PSEN；在修改程序时，要用到数据存储器的 读信号/RD和写信号/WR。现以6116芯片为例， 说明这3个信号的连接方法。其电路如下页图所 示。
80C51单片机的并行扩展是通过系统总线进行 的，其系统结构图见下页。这里的总线是外 部总线，是连接单片机和扩展部件的一组公 共信号线，是系统共享的通路，通过总线把 单片机和扩展部件连接起来，以进行数据、 地址和控制信号的传送。
单片机并行扩展系统结构图
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.1 单片机并行扩展总线 1.个片选信号引脚 (常用名为CE或CS)，所以寻找要访问的扩展芯片的问 题就归结到如何产生有效的片选信号。常用的芯片选择 方法有线选法和译码法两种。
6.1 单片机并行外扩展系统 6.1.2 并行扩展系统的I/O编址和芯片选取
2. 片选技术
（1）线选法
所谓线选法，就是直接以位地址信号作为芯片的片选信 号。使用时只需把地址线与扩展芯片的片选信号引脚直 接连接即可。 特点：简单，适用于规模较小的单片机系统。
6.3 存储器并行扩展
6.3.2 数据存储器的并行扩展
1. RAM芯片6116
6116芯片的存储容量为2 KB，双 列直插式封装，引脚排列如右图。信号 定义如下：
A10～A0： 地址线。 D7～D0： 数据线。 /CE： 片选信号。 /OE： 数据输出允许信号。 /WE： 写选通信号。 VCC： 电源(+5 V)。 GND： 地。