單片機(jī)課件8-單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

第3章單片機(jī)的存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法E2PROM的使用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的同時(shí)擴(kuò)展主要內(nèi)容2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用2

單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展是建立在地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）基礎(chǔ)上的，這些總線都是并行的，能夠理想地匹配CPU的處理速度。任何單片機(jī)之外的芯片和硬件資源必須通過總線與單片機(jī)相連，才能被單片機(jī)有效地管理，成為系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。MCS-51單片機(jī)對外沒有專用的地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB），在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，首先需要擴(kuò)展系統(tǒng)的三總線。第3章單片機(jī)的存儲(chǔ)器的擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用33.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造

MCS-51

單片機(jī)三總線構(gòu)造原理圖2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用4

當(dāng)MCS-51單片機(jī)需要擴(kuò)展外部ROM或外部RAM時(shí)，P0口可以提供低八位地址總線和數(shù)據(jù)總線，P2口提供高八位地址總線，這種情況下，P0和P2就不能再作為I/O使用了。由于P0口的分時(shí)復(fù)用，MCS-51單片機(jī)的地址和數(shù)據(jù)總線不是分立的。在時(shí)序上，P0口在ALE為有效高電平期間，輸出低8位地址A7~A0，同時(shí)，P2口上輸出高8位地址A15~A8。在ALE為有效低電平時(shí)，CPU對A15~A0狀態(tài)指定的單元進(jìn)行操作，此時(shí)，P0口作為數(shù)據(jù)總線。3.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用5

在單片機(jī)的片外增加一片地址鎖存器，以ALE作為鎖存控制信號(hào)，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，P0口輸出地址信息，在ALE出現(xiàn)下跳沿時(shí)，把P0口的地址信息鎖存。ALE為低電平期間P0用作數(shù)據(jù)總線口。3.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造

74LS373作為地址鎖存器的電路

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用63.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造

采用地址寄存器使P0口分時(shí)提供的地址和數(shù)據(jù)信息分離，形成了分立的并行總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，單片機(jī)的存儲(chǔ)器、并行I/O擴(kuò)展以及其他部件的擴(kuò)展都是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的。地址總線（AddressBus，AB）由P0口輸出的低8位地址須經(jīng)地址鎖存器（74LS373）鎖存，這樣，P2口和地址鎖存器的8位輸出構(gòu)成了MCS-51的地址總線A15~A0.MCS-51單片機(jī)的地址總線為16位，它的存儲(chǔ)器最大的擴(kuò)展容量為216，即64K個(gè)單元。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用7

數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）傳送的是數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線是雙向的。數(shù)據(jù)總線用于在單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間、單片機(jī)與I/O口之間的數(shù)據(jù)傳送。單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線為8位，由P0口提供，數(shù)位與P0口之間的對應(yīng)關(guān)系為:3.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用8

控制總線（ControlBus，CB）用來傳送控制信號(hào)，用來協(xié)調(diào)單片機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)部件的工作。MCS-51單片機(jī)與擴(kuò)展相關(guān)的控制總線如下：（1）ALE——用來實(shí)現(xiàn)低8位地址的鎖存。（2）EA——外部程序存儲(chǔ)器選擇控制信號(hào)。（3）PSEN——擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)。（4）WR——擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口的寫控制信號(hào)，是P3.6的第2功能，單片機(jī)輸出的信號(hào)；（5）RD——擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O的讀控制信號(hào)，是P3.7的第2功能，單片機(jī)輸出的信號(hào)。3.1單片機(jī)系統(tǒng)的三總線的構(gòu)造

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用93.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶部件。CPU要執(zhí)行的程序、要處理的數(shù)據(jù)及中間結(jié)果等都存放在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)容量和存取時(shí)間是存儲(chǔ)器的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，它們反映了存儲(chǔ)記憶信息的多少與工作速度的快慢。根據(jù)讀的方式，可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）兩大類。

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用103.2.1隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）可以多次寫入和讀出，每次寫入后，原來的內(nèi)容自動(dòng)消失，被新寫入的內(nèi)容代替；對RAM進(jìn)行讀操作，不會(huì)改變RAM存儲(chǔ)單元的內(nèi)容；當(dāng)電源掉電時(shí)，RAM里的內(nèi)容隨即消失。

RAM可分為為靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。3.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用11

靜態(tài)RAM采存取速度快，只要不掉電就可以持續(xù)地保持存儲(chǔ)內(nèi)容不變。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)被廣泛使用。動(dòng)態(tài)RAM采用MOS晶體管柵電容動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)電荷，以實(shí)現(xiàn)信息的記憶和存儲(chǔ)。存儲(chǔ)信息的電容有足夠大的存儲(chǔ)電荷時(shí)表示“1”，無存儲(chǔ)電荷時(shí)表示“0”。由于電容上的電荷會(huì)因電路泄漏而逐漸消失，即使電源不掉電，經(jīng)過一段時(shí)間，動(dòng)態(tài)RAM中的所存儲(chǔ)的信息也會(huì)丟失。

RAM是由若干個(gè)單元構(gòu)成的，RAM內(nèi)容的存取是以字節(jié)為單位的，為了區(qū)別各個(gè)不同的單元，將每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)編號(hào)，即存儲(chǔ)單元的地址。存儲(chǔ)單元是存儲(chǔ)信息的最基本單位，不同的單元有不同的地址。在進(jìn)行讀寫操作時(shí)，可以按照地址訪問某個(gè)單元。3.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用123.2.2只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM），ROM一般用來存儲(chǔ)程序和常數(shù)。ROM是采用特殊方式寫入的，一旦寫入，在使用過程中不能隨機(jī)地修改，只能從其中讀出信息。與RAM不同，當(dāng)電源掉電時(shí)，ROM仍能保持內(nèi)容不變。在讀取該存儲(chǔ)單元內(nèi)容方面，ROM和RAM相似。只讀存儲(chǔ)器有掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM（也稱EEPROM）、FlashROM等。它們的區(qū)別在于寫入信息和擦除存儲(chǔ)信息的方式不同。3.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用133.3.127××系列芯片單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器通常采用只讀存儲(chǔ)器，使用較多的是EPROM和E2PROM。本節(jié)主要介紹EPROM的擴(kuò)展方法。典型EPROM為27××系列芯片，其中27為產(chǎn)品代號(hào)，××表示芯片存儲(chǔ)位的容量（單位：K）。常用的芯片有：2716（2K×8位，2K個(gè)單元，每個(gè)單元8位）、2732（4K×8位）、2764（8K×8位）、27128（16K×8位）、27256（32K×8位）和27512（64K×8位）等。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

3.3程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展為什么要擴(kuò)展？8031片內(nèi)無ROM8051、8751、89C51等內(nèi)ROM

容量不夠用什么擴(kuò)展？常用EPROM，如：2716（2K），2732（4K），2764（8K），…27512（64K）常用EPROM芯片引腳連/PSEN連片選信號(hào)2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用1627××各芯片管腳及其兼容性能3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用17

（一）引腳介紹（以2764為例）：（1）電源線

Vcc（28腳）：工作電源，+5V；

GND（14腳）：地；

VPP（1腳）：編程電源。當(dāng)芯片編程時(shí)，由該引腳加編程電壓，編程電壓有以下幾種：12.5V，25V，在芯片編程時(shí)，應(yīng)確認(rèn)芯片的編程電壓。在芯片工作在應(yīng)用系統(tǒng)中時(shí)，VPP接+5V。（2）地址線（A12~A0）

2764的容量為8K個(gè)單元，它有13根地址線。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用18

（3）數(shù)據(jù)線（O7~O0）

2764的數(shù)據(jù)線有8根。（4）片選線

CE：片選與芯片編程控制。當(dāng)芯片工作在應(yīng)用系統(tǒng)中時(shí)，作為芯片的片選信號(hào)，低電平有效。（5）控制線

OE：輸出控制信號(hào)，低電平有效。OE低電平時(shí)，2764的輸出緩沖器打開，在CE為低電平時(shí)，由A12~A0指定單元的內(nèi)容從O7~O0輸出。

PGM：芯片編程控制信號(hào)。當(dāng)芯片編程時(shí)，用于引入編程脈沖。當(dāng)芯片工作在應(yīng)用系統(tǒng)中時(shí)，PGM接＋5V。

NC為未定義引腳，使用時(shí)懸空。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用19

（二）工作方式

EPROM一般有5種工作方式，由、、、等信號(hào)的狀態(tài)組合來確定。表8.2列出了27××系列芯片的工作方式，表中“—”代表無此項(xiàng)內(nèi)容。我們?nèi)匀灰?764為例來說明EPROM的工作方式。（1）讀 當(dāng)，2764被選中，此時(shí)，若、VPP接＋5V、且為高電平，由地址線A12~A0狀態(tài)指定單元的內(nèi)容從O7~O0輸出。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用202023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用21

（2）未選中時(shí)，2764未選中，此時(shí)，O7~O0輸出為高阻狀態(tài)，2764處于低功耗維持狀態(tài)。（3）編程

2764的VPP接指定的編程電壓（如25V或12.5V）、、且為低電平時(shí)，2764處于編程方式，把程序代碼寫入芯片。寫入存儲(chǔ)單元的地址由地址線A12~A0確定，寫入內(nèi)容從O7~O0輸入。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用22

（4）編程校驗(yàn)編程校驗(yàn)是為了檢查寫入的內(nèi)容是否正確。VPP保持編程電壓、、且為高電平時(shí)，按讀方式把寫入的內(nèi)容讀出。（5）編程禁止

VPP保持編程電壓，只要時(shí)，2764處于編程禁止?fàn)顟B(tài)，禁止寫入程序。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用233.3.2外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展原理及時(shí)序（一）外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展使用的控制信號(hào)（1）EA——用于片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器配置，輸入信號(hào)。當(dāng)EA=0時(shí)，單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器全部為擴(kuò)展的片外程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA=1時(shí)，單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器可由片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器構(gòu)成，當(dāng)訪問的空間超過片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的地址范圍時(shí)，單片機(jī)的CPU自動(dòng)從片外程序存儲(chǔ)器取指令。 （2）ALE——用于鎖存P0口輸出的低8位地址。（3）PSEN——單片機(jī)的輸出信號(hào)，低電平時(shí)，單片機(jī)從片外程序存儲(chǔ)器取指令；在單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳輸出高電平。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

[例]80C31對片外ROM的擴(kuò)展圖5.6擴(kuò)展16K字節(jié)的EPROM的方法DBABAB2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用25（二）外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展原理3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展（1）程序存儲(chǔ)器全部為外部的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用26

3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

（2）保留片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路原理2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用27（三）單片機(jī)CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器的時(shí)序

CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容的高8位（PCH）和低8位（PCL）分別從P2和P0口輸出。由于PC為16位寄存器，因此，不論是芯片內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器還是擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器，每個(gè)單元的地址必定是16位的。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

訪問外部存儲(chǔ)器的時(shí)序2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用28P0口輸出的地址信息在ALE的上升沿被輸出到地址鎖存器的輸出端，ALE下降沿時(shí)，該地址信息被鎖存到地址鎖存器的輸出端，即低8位地址。然后，P0口由輸出方式轉(zhuǎn)換為輸入方式，即浮空狀態(tài)，等待CPU從程序存器中讀取指令代碼，而P2的輸出的高8位地址保持不變。當(dāng)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，P2口和地址鎖存器輸出的16位地址指定單元的內(nèi)容——指令代碼傳送到P0口供CPU讀取。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用29

從時(shí)序圖可以看出，在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，ALE出現(xiàn)兩個(gè)正脈沖，兩個(gè)負(fù)脈沖，說明CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以兩次訪問外部程序存儲(chǔ)器。通常，程序存儲(chǔ)器可以選用EPROM和E2PROM。在選用芯片時(shí)，除了考慮芯片的存儲(chǔ)容量之外，還必須使芯片的讀取時(shí)間與單片機(jī)CPU的時(shí)鐘匹配。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的一般連接方法DB直接連接CB單片機(jī)的/PSEN----→ROM的/OEAB低地址線〔片內(nèi)地址線〕直接相連高位地址線〔經(jīng)譯碼連接〕----→ROM的/CE2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用313.3.3EPROM擴(kuò)展電路（一）單芯片EPROM的擴(kuò)展（1）采用2764為8031單片機(jī)擴(kuò)展8K的程序存儲(chǔ)器。

8031是MCS-51系列單片機(jī)中一款片內(nèi)不含程序存儲(chǔ)器的產(chǎn)品，因此，在使用8031單片機(jī)時(shí)，必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。由于芯片中沒有程序存儲(chǔ)器，8031單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器全部是外部的，因此，必須接地。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用32圖8.78031單片機(jī)擴(kuò)展8K的程序存儲(chǔ)器3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用33

圖中地址鎖存器選用74LS373。由于系統(tǒng)中只有1片EPROM，它的片選端接地，使2764始終處于被選中的狀態(tài)。另外，2764的容量為8K，在電路中僅使用了地址總線的低13位，即A12~A0，也就是說，P2口僅有P2.4~P2.0被使用了。必須指出的是，雖然P2口剩余的口線沒有被2764使用，但是，它們不能再作為I/O口線使用了。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用343.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

擴(kuò)展得到的8K程序存儲(chǔ)器的地址范圍

由于單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，對于8031來說，該單元必定位于擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器，因此，令“×”為0，把上述編碼寫成十六進(jìn)制數(shù)，我們得到了擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器的地址范圍是0000~1FFFH，也就是說，對于擴(kuò)展的2764的8K個(gè)單元，每個(gè)單元的地址是唯一的。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用35（2）采用2764為80C51單片機(jī)擴(kuò)展8K的程序存儲(chǔ)器3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

80C51是MCS-51系列單片機(jī)中一款片內(nèi)含有4K程序存儲(chǔ)器的產(chǎn)品。假設(shè)某一應(yīng)用系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)，而其程序代碼容量大于4K，在保留片內(nèi)4K程序存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)上，再擴(kuò)展8K的外部程序存儲(chǔ)器，在這種情況下，EA必須接高電平，以使單片機(jī)復(fù)位后，首先從單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器執(zhí)行程序，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器占用了程序存儲(chǔ)器地址空間的前4K，即0000~0FFFH。只有當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容大于0FFFH時(shí)，CPU才會(huì)從外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器取指令。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用36保留片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方案80C51單片機(jī)擴(kuò)展8K的程序存儲(chǔ)器3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用373.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展保留片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方案的單元地址分析2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用38

在保留片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的前提下，外部程序存儲(chǔ)器的地址如何確定呢？顯然，0000~0FFFH這4K的地址空間已被內(nèi)部程序存儲(chǔ)器占用，外部程序存儲(chǔ)器空間不能包含這一地址范圍。我們令A(yù)13的狀態(tài)為“1”，A15A14都為0，那么，外部擴(kuò)展的8K程序存儲(chǔ)器地址范圍為2000~3FFFH。當(dāng)PC內(nèi)容在0000~0FFFH范圍內(nèi)時(shí)，雖然2764的A13~A0的狀態(tài)給出了單元地址，但是為高電平，CPU不會(huì)從2764芯片中取指令的。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用39

實(shí)際上，在上圖中A15、A14、A13并沒有接到2764芯片上，它們與CPU訪問2764無關(guān)，為了避免與片內(nèi)的地址沖突，也可以令A(yù)15A14A13＝101，此時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器的地址范圍為：A000~BFFFH。顯然，A15A14A13取不同的狀態(tài)時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器的地址范圍是不同的，這種現(xiàn)象為地址重疊?？朔刂分丿B現(xiàn)象的方法是采用所有的地址線全譯碼。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展地址重疊現(xiàn)象：2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用40采用地址線全譯碼的擴(kuò)展電路3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用41

（二）多芯片EPROM的擴(kuò)展

MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展多片程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，程序存儲(chǔ)器芯片地址線、數(shù)據(jù)線和輸出控制（）連接與單個(gè)芯片的連接是一樣的，如何分配存儲(chǔ)空間，使擴(kuò)展的各個(gè)存儲(chǔ)器芯片之間在使用過程中不發(fā)生訪問沖突，是多個(gè)芯片擴(kuò)展的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證各個(gè)芯片上的存儲(chǔ)單元的地址在應(yīng)用系統(tǒng)中是互不相同的。（1）必須保證各個(gè)芯片不會(huì)在同一時(shí)刻被CPU選中， （2）在被選中的芯片上的各個(gè)存儲(chǔ)單元的地址是唯一的。 多個(gè)芯片的擴(kuò)展主要解決的問題是保證各個(gè)芯片不會(huì)在同一時(shí)刻被選中，即芯片片選設(shè)計(jì)。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用42

片選信號(hào)的產(chǎn)生方法： （1）采用線選法：通常用擴(kuò)展時(shí)芯片沒有使用的高位地址線直接選擇芯片。 （2）譯碼器譯碼法：用擴(kuò)展時(shí)芯片沒有使用的高位地址線作為譯碼器的輸入，譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用43

（1）2片外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 用2片2764為80C51單片機(jī)擴(kuò)展16K的外部程序存儲(chǔ)器。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展80C51單片機(jī)擴(kuò)展16K的外部程序存儲(chǔ)器2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用44

為了使擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器空間與80C51片內(nèi)的4KROM不沖突（地址范圍：0000~0FFFH），令P2.5＝1，擴(kuò)展16K的外部程序存儲(chǔ)器地址分配如下（×默認(rèn)為0）：3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器空間分配為：片內(nèi)ROM：0000~0FFFH；

IC2： 2000~3FFFH；

IC3： 6000~7FFFH。

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用45

（2）多片外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展譯碼器譯碼方法是使用譯碼器對MCS-51單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯碼，用譯碼器的輸出作為存儲(chǔ)器芯片片選，以實(shí)現(xiàn)各擴(kuò)展芯片片選不會(huì)同時(shí)有效，避免CPU訪問沖突事件的發(fā)生。 譯碼器譯碼方法是單片機(jī)擴(kuò)展時(shí)常用的一種方法。常用的譯碼器芯片有2－4譯碼器（74LS139）、3－8譯碼器（74LS138）和4－16譯碼器（74LS154）。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用461）2－4譯碼器74LS139引腳圖

74LS139真值表

3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用47

（2）3－8譯碼器

3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用4874LS138的功能表3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用49

（3）采用譯碼器譯碼產(chǎn)生片選的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展采用4片2764為80C51擴(kuò)展32K的外部程序存儲(chǔ)器2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用50擴(kuò)展32K的外部程序存儲(chǔ)器地址分配如下（×默認(rèn)為0）：3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用51

系統(tǒng)中各個(gè)芯片的地址范圍如下

IC3地址范圍：0000~1FFFH；

IC4地址范圍：2000~3FFFH；

IC5地址范圍：4000~5FFFH；

IC6地址范圍：6000~7FFFH；3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用52

擴(kuò)展32K的外部程序存儲(chǔ)器采用全譯碼方式產(chǎn)生片選信號(hào)的電路：3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

采用譯碼器譯碼的方法產(chǎn)生片選時(shí)，如果全部的高位地址線都參加譯碼，稱為全譯碼；如果僅有部分高位地址線參與譯碼，稱為部分譯碼。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用53

擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器應(yīng)注意：（1）根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)容量要求選擇EPROM芯片時(shí)，應(yīng)使應(yīng)用系統(tǒng)電路盡量簡化，在滿足容量要求時(shí)盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合數(shù)量。（2）擇好EPROM容量后，要選擇好能滿足應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境要求的芯片型號(hào)。如最大讀取時(shí)間、電源容差、工作溫度以及老化時(shí)間等。 （3）通用EPROM芯片管腳有一定的兼容性，在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其兼容特點(diǎn)。如2764、27128、27256，可將第26、27管腳的印刷電路連線設(shè)計(jì)成易于改接的形式。3.3程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用543.4.1常用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片 單片機(jī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，大都采用靜態(tài)RAM，使用較為方便，不需要考慮刷新的問題。常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片有：6116（2K×8）、6264（8K×8）、62256（32K×8）等。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

61166264622562023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用556116是2Kx8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，采用CMOS工藝制作，單一+5V電源，額定功耗160mW，典型存取時(shí)間為200ns，24個(gè)引腳，雙列直插式封裝。

A0—A10：11位地址線；共有2048個(gè)單元。

IO0~IO7：8位數(shù)據(jù)線；

CE：片選信號(hào)，低電平有效；

OE：輸出控制。在CE為低電平時(shí)，OE為低電平把A0—A10所指定的單元的內(nèi)容從數(shù)據(jù)線IO0~IO7輸出。

WE：寫入控制。在CE為低電平時(shí)，WE為低電平把數(shù)據(jù)線IO0~IO7輸入的數(shù)據(jù)寫入到A0—A10指定的單元。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

（1）61162023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用566116的工作方式3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用57

（2）62646264是8K×8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，單一+5V電源，額定功耗200mW，典型存取時(shí)間為200ns。28個(gè)引腳，雙列直插式封裝。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

6264的工作方式2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用58（3）6225662256是32K×8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，單一+5V電源，28個(gè)引腳，雙列直插式封裝。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

62256的工作方式[例]80C31對片外RAM的擴(kuò)展圖5.8

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的基本擴(kuò)展電路DBABAB2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用603.4.2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法及時(shí)序3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的原理圖

ROM、RAM同時(shí)擴(kuò)展ROMRAM存儲(chǔ)器空間沖突嗎？MOVX指令存放在片外ROM

時(shí)，執(zhí)行過程：(1)從片外ROM

取指令（地址：PC）(2)MOVX指令訪問外RAM(地址：DPTR或P2&R0/R1)2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用633.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與MCS-51單片機(jī)相連，由P2口提供存儲(chǔ)單元地址的高八位、P0口經(jīng)過鎖存器提供地址的低8位，P0口也分時(shí)提供雙向的數(shù)據(jù)總線，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫由MCS-51單片機(jī)的RD（P3.7）和WR（P3.6）控制。顯然，程序存儲(chǔ)器與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用同一地址總線，它們的地址空間是完全重疊的，但由于單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，使用PSEN控制對外部程序存儲(chǔ)器單元的讀取操作，即使程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元地址完全相同，也不會(huì)造成訪問沖突。

MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的最大尋址空間為64K，即0000~0FFFFH。由于MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O口是統(tǒng)一編址的，它們共同占用這一地址空間。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用64

讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由下列指令實(shí)現(xiàn)：

MOVXA,@DPTR或MOVXA,@Ri。

CPU執(zhí)行這種指令需要2個(gè)機(jī)器周期，第1個(gè)機(jī)器周期CPU從程序存儲(chǔ)器中取指令，第2個(gè)機(jī)器周期CPU執(zhí)行指令，讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指定單元的內(nèi)容。在讀取周期中，P2口輸出外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元地址的高八位（A15~A8），P0口輸出單元地址的低八位（A7~A0）。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用65

MCS-51單片機(jī)讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序8.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用66MCS-51單片機(jī)寫外部數(shù)據(jù)操作過程與的讀周期類似。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫入操作由下列指令實(shí)現(xiàn)：MOVX@DPTR,A或MOVX@Ri,A。8.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

MCS-51單片機(jī)寫外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)序2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用673.4.3靜態(tài)RAM擴(kuò)展電路（一）單片靜態(tài)RAM芯片的擴(kuò)展（1）采用6264為MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展8K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用683.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

若默認(rèn)×為0，用6264擴(kuò)展的8K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍是：0000~1FFFH。8K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址分析：2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用69

（2）單片機(jī)外部RAM的使用例1把系統(tǒng)中的0250H單元的內(nèi)容轉(zhuǎn)存到單片機(jī)內(nèi)部RAM的20H單元。例2單片機(jī)內(nèi)部RAM的寄存器R3的內(nèi)容轉(zhuǎn)存到系統(tǒng)中的1000H單元。

3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用70采用線選法為80C51擴(kuò)展24K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路

3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

（二）多片靜態(tài)RAM芯片的擴(kuò)展（1）線選法2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用713.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

24K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址分析：2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用72

系統(tǒng)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的24K地址空間分配為：

IC3：C000~DFFFH；

IC4：A000~BFFFH；

IC5：6000~7FFFH。線選法的優(yōu)點(diǎn)是電路連接簡單，產(chǎn)生片選信號(hào)時(shí)不必另加其他邏輯元件，但是，這種方法導(dǎo)致存儲(chǔ)器芯片的地址空間是不連續(xù)的，不能充分地利用存儲(chǔ)空間，擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量有限，3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用73

（2）譯碼器譯碼法

3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

采用譯碼器譯碼方法為80C51擴(kuò)展32K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的電路

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用743.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

32K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址分析：2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用75

譯碼器譯碼方法采用譯碼電路把存儲(chǔ)器的地址空間劃分為若干塊，可以擴(kuò)展多個(gè)芯片，并且能充分地利用地址空間，使擴(kuò)展的存儲(chǔ)器地址空間連續(xù)，適合于多芯片擴(kuò)展的復(fù)雜系統(tǒng)。在實(shí)際擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)容量要求選擇靜態(tài)RAM芯片時(shí)，在滿足容量要求時(shí)盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用768.5.1E2PROM芯片

E2PROM為電擦除可編程的ROM，可以和EPROM芯片一樣用于擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。由于這種芯片在應(yīng)用系統(tǒng)中可以在線改寫，并且在斷電狀態(tài)下保持?jǐn)?shù)據(jù)不變，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)參數(shù)，在智能儀器儀表、控制裝置、開發(fā)裝置中被廣泛應(yīng)用。

8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用77

（1）對硬件電路沒有特殊要求，操作使用簡單；（2）不須設(shè)置單獨(dú)的擦除操作，可在寫入的過程中自動(dòng)擦除。但擦抹時(shí)間較長，約需10ms左右，因此，寫入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)保證有足夠的寫入時(shí)間。有的E2PROM芯片設(shè)有寫入結(jié)束標(biāo)志可供中斷或查詢。（3）E2PROM芯片有并行總線傳輸和采用串行數(shù)據(jù)傳送2種類型。串行E2PROM芯片具有體積小、成本低、電路連接簡單、占用系統(tǒng)地址線和數(shù)據(jù)線少的優(yōu)點(diǎn)，但數(shù)據(jù)傳送速率較低。（4）在應(yīng)用中，E2PROM芯片可作為程序存儲(chǔ)器使用，也可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。8.5E2PROM的使用

E2PROM芯片的特點(diǎn)：2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用78

常見的E2PROM典型產(chǎn)品型號(hào)（Intel公司）有2816/2816A(2K×8)、2817/2817A(2K×8)、2864A(8K×8)等。2816/2816A、2817/2817A與2716和6116管腳兼容，2864A與2764和6264管腳兼容。8.5E2PROM的使用

2816/2816A

2817/2817A2864/2864A2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用79E2PROM的主要性能8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用80

（1）2816A 2816A的工作方式除了全片擦除方式外，其他與6116工作方式基本相同。2816A的工作方式8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用81（2）2817A

2817A的工作方式8.5E2PROM的使用

2817A有3種工作方式，為2817A的準(zhǔn)備好與忙狀態(tài)輸出引腳，R/B=1，表示2817A處于空閑狀態(tài)，R/B=0，表示2817A正在進(jìn)行寫入操作。

R/B為漏極開路輸出，應(yīng)用時(shí)應(yīng)加上拉電阻。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用82

當(dāng)為高電平時(shí)，2817A處于低功耗維持方式，此時(shí)，數(shù)據(jù)總線和呈高阻狀態(tài)。

2817A的讀操作方式與EPROM的讀出操作相同。在進(jìn)行字節(jié)寫入時(shí)，當(dāng)CPU發(fā)出寫入命令后，2817A便鎖存地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，從而啟動(dòng)一次寫操作。在寫入操作期間，輸出低電平，此時(shí)2817A的數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)，因此，允許CPU在此期間執(zhí)行其他任務(wù)。 一旦一次字節(jié)寫入操作完畢，2817A便將置為高電平，以此通知CPU可以進(jìn)行新的讀寫操作。8.5E2PROM的使用2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用83

（3）2864A2864A有4種工作方式。8.5E2PROM的使用

當(dāng)CE為高電平時(shí)，2864A處于低功耗維持方式，此時(shí)，數(shù)據(jù)總線輸出呈高阻狀態(tài)，其狀態(tài)與EPROM和SRAM的維持方式相同

2864A的讀出方式與EPROM和SRAM的讀出方式相同。2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用842864A具有2種寫入方式：字節(jié)寫入和頁面寫入。

2864A提供了1個(gè)16個(gè)單元的頁暫存器，并把整個(gè)E2PROM存儲(chǔ)器陣列以16個(gè)單元為1頁的格式劃分為512頁面。頁面地址由2864A的地址線A12~A4確定，A3~A0用來確定頁暫存器的16個(gè)單元中的被操作單元。 頁面寫入分2步進(jìn)行：首先，在CPU指令控制下，把數(shù)據(jù)寫入頁暫存器，即頁裝載。然后，2864A在其內(nèi)部時(shí)序管理之下，把頁暫存器的內(nèi)容送入指定的E2PROM單元中，即頁面存儲(chǔ)。8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用85

進(jìn)行頁裝載操作時(shí)，對于選中的2864A芯片（），2864A在的下跳沿鎖存CPU提供的地址信息A12~A0，在的上升沿時(shí)鎖存數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。從的下跳沿開始，用戶的寫入程序應(yīng)當(dāng)在有效的20內(nèi)向?qū)憰捍嫫鲗懭霐?shù)據(jù)，并按照這個(gè)時(shí)間要求把數(shù)據(jù)逐一送入頁暫存器。寫入頁暫存器的過程是重復(fù)進(jìn)行的，直到寫完一頁的16個(gè)單元為止。寫入頁暫存器的過程相當(dāng)于給用戶的寫入程序提供了一個(gè)20寬度的窗口時(shí)間，寫入程序必須保證在這個(gè)窗口時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)字節(jié)的寫入。8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用86

如果超出窗口時(shí)間20而CPU仍然沒有寫入下一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，2864A將完成本次頁裝載操作，自動(dòng)地進(jìn)入頁面存儲(chǔ)操作周期。另外，由于2864A的E2PROM是按頁配置的，在對頁暫存器的每一個(gè)完整的裝載過程中，2864A地址的高八位A12~A4必須保持不變，以保證在本次裝載過程是對相同的頁操作。

2864A的頁面存儲(chǔ)操作是在頁裝載操作完成之后，即20的窗口定時(shí)時(shí)間超出后自動(dòng)進(jìn)入的。其全部過程是由內(nèi)部自動(dòng)完成的。

8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用87

頁面存儲(chǔ)操作時(shí)，首先把選中的頁的內(nèi)容擦除，然后，把頁暫存器的內(nèi)容作為新的數(shù)據(jù)送入E2PROM指定的頁。在頁面存儲(chǔ)操作過程中，2864A所有的控制信號(hào)無效，數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)。這樣，2864A在頁面存儲(chǔ)操作時(shí)可以使用數(shù)據(jù)總線傳送其他信息。在此期間，如果對2864A執(zhí)行讀出操作，讀出內(nèi)容是最后寫入的字節(jié)，但是，它的最高位是原來寫入字節(jié)的最高位的反碼，這個(gè)反碼會(huì)一直保留到頁面存儲(chǔ)操作完成為止。在寫入程序中可以通過以該位為標(biāo)志查詢本次頁面存儲(chǔ)操作是否結(jié)束。8.5E2PROM的使用

2023/2/2單片機(jī)原理及其應(yīng)用882864A的字節(jié)寫入方式與2817A相同。實(shí)際上，按字節(jié)寫入操作僅僅把一個(gè)字節(jié)寫入頁暫存器，然后進(jìn)入頁面存儲(chǔ)操作周期，其內(nèi)部仍然是按頁操作的，但是有效數(shù)據(jù)為一個(gè)字節(jié)，其他15個(gè)字節(jié)的內(nèi)容的寫入為無效的重復(fù)操作。8.5E2PROM的使用

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