第六章MCS51单片机存储器扩展

CE / PGM
OE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2716
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
《单片机原理及应用》
17
5种工作方式：
1）读方式： CE , OE 均为低电平，被寻址单元 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， CE , OE 均为低电平 5）编程禁止
最低地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0
1000，0000，0000，0000（8000H）
最高地址：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1000，0111，1111，1111（87FFH）
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
6.7 I/O口扩展
2
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 片内 ROM 无 片内 RAM 128B 可寻址 可寻址 ROM范围 RAM范围 64KB 64KB
8051
8751
4KB
4KB 无 8KB
128B
128B 256B 256B
64KB
64KB 64KB 64KB
61162寻址范围：
0000,1000,0000,0000 ~ 000 0,1111,1111,1111
即：0800H~0FFFH
28
本章小结
主要内容
1、单片机系统扩展的三总线结构； 2、程序存储器和数据存储器的扩展方法。
重、难点
存储器扩展时的地址译码、分配与计算。
29
6.5 存储器综合扩展 6.5.1 同时扩展ROM和RAM
26
三、线选法RAM扩展举例
P2.3 P2.4
CS CS
P0
74LS 373
A7 ~ 0 D7 ~ 0
6116(1)
A7 ~ 0 D7 ~ 0
6116(2)
ALE
P2.2 ~ 2.0
WR
A 10 ~ 8
OE WE
A10 ~ 8
OE WE
RD
《单片机原理及应用》
27
61161寻址范围：
0001,0000,0000,0000 ~ 000 1,0111,1111,1111 即：1000H~17FFH
第六章 MCS-51单片机存储器及I/O口扩展
本章主要内容
1、单片机系统扩展的三总线结构； 2、存储器扩展的 编址技术； 3、程序存储器和数据存储器的扩展方法。 4、I/O口扩展方法
《单片机原理及应用》
1
6.1 单片机扩展及系统结构 6.2 存储器扩展编址技术 6.3 程序存储器扩展 6.4 数据存储器扩展 6.5 存储器综合扩展 6.6 存储器特点及使用
1 2 3 4 5 6 7 8
16 15 14 13 12 11 10 9
Vcc 2G 2A 2B 2Y 0 2Y 1 2Y 2 2Y 3
输入端 使能
G
输出端
A
Y0 Y1 Y2 Y3
选择
B
1 0 0wk.baidu.com0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 1 1 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0
8031
EA
ALE
高8位地址 A 15 ~ A 8 低8位地址 A7 ~ A0
P0
锁存器
数据线
单片机总线扩展结构图
返 回
8
6.2 MCS-51单片机存储器扩展编址技术
一、MCS-51单片机存储器系统
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。
PSEN
74LS 373
A7 ~ 0
OE
22
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
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。
5
1、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
21
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
P0.7 ~ 0.0
64KB
64KB 64KB 64KB
52 子系列
8032 8052
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。
3
6.1 MCS-51单片机扩展及系统结构
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
I/O设备
《单片机原理及应用》
4
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
16 15 14 13 12 11 10 9
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
5V
Y0 ~ Y7
E2 E1
GND
返 回
15
6.3 程序存储器扩展
一、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
《单片机原理及应用》
16
二、典型只读存储器芯片2716
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。
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
12
1）74LS139：双2—4译码器
74LS139
1G 1A 1B 1Y 0 1Y 1 1Y 2 1Y 3 GND
64KB
《单片机原理及应用》
9
程序存储器映象
数据存储器映象
10
二、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。
《单片机原理及应用》
11
2、译码法
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。
20
2、多芯片存储器扩展
P2.7
P0
74LS373 G
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 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
14
3）74LS138作译码器的连接
P2.7 P2.6 P2.5
8051
5V
Vcc C B A 74LS138 E3
18
三、程序存储器扩展示例
1、线选法编址扩展示例
P2.7 P2.2 8031 P2.1 P2.0 ALE
CE
A10 A9 A8
G
2716
P0
EA
74LS 373
A7 ~ A0 O7 ~ O0
OE
PSEN
《单片机原理及应用》
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2716是2K8（位）EPROM，11根地址线
示例中，2716的地址范围是：
0100,0000,0000,0000 ~ 0101,1111,1111,1111
…… ……. …….. …….
27647地址范围：E000H~FFFFH 1110,0000,0000,0000 ~ 1111,1111,1111,1111
返 回
23
6.4 数据存储器扩展
一、随机存储器概述
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。
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：
A7 A6 A10~A0：11位地址； A5 A4 O7~O0：数据线； A3 A2 ：片选/编程控制信号；正 A1 A0 常使用片选（低电平有效），编程时， O 0 O1 引入编程脉冲； O2 ：输出允许信号，低电平有效。 GND
《单片机原理及应用》
24
二、典型随机存储器芯片 6116(2KB)
A10~A0：地址线
D7~D0：数据线
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND
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
CE A7 ~ 0
CE A7 ~ 0
8031
ALE
O7 ~ 0
1＃ 2764
O7 ~ 0
2＃ 2764
P2.4 ~ P2.0
A12 ~ 8
OE
EA
A12 ~ 8
OE
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
6
2、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）。
7
PSEN RD WR P2
控制线
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
Vcc A8 A9 WE OE A10 CS D7 D6 D5 D4 D3
《单片机原理及应用》
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6116工作方式
状态 未选中 禁止 读出 写入
CS 1 0 0 0
OE 1 0 1
WE 1 1 0
D7 ~ D0 高阻 高阻 数据读出 数据写入
G : 使能端，低电平有效； A、B : 译码输入； Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 : 译码输出信号，低电平 有效
13
2）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
地址译码信号
CS
地址译码信号
CS
P0
8031
74LS 373
A7 ~ 0 D7 ~ 0
A7 ~ 0 D7 ~ 0
EA
ALE
P2.4~ 2.0
2764
A 12 ~ 8
OE
6264
A 12 ~ 8
PSEN WR RD
OE
WE
30
如果采用线选法选择芯片