第5章MCS51单片机扩展存储设计.ppt

第第5 5章章MCS-51MCS-51单片机单片机扩展存储器设计扩展存储器设计5.1 5.1 概述概述片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/OI/O功能功能部件系统扩展系统扩展主要内容有：主要内容有：(1)(1)外部存储器的扩展外部存储器的扩展（外部（外部RAMRAM、、ROMROM））(2)(2) I/O I/O接口部件的扩展接口部件的扩展本章介绍如何扩展外部存储器，本章介绍如何扩展外部存储器，I/OI/O接口部件的扩展下一章介绍接口部件的扩展下一章介绍 返回8051/8751最小应用系统最小应用系统5.1.1 5.1.1 最小应用系最小应用系统统8031最小应用系统最小应用系统5.1.2 5.1.2 系统扩展的三总线结构系统扩展的三总线结构MCS-51MCS-51 RAMRAM和和ROMROM的的最大扩展空间各为最大扩展空间各为6464KBKB系统扩展首先要系统扩展首先要构造系统总线构造系统总线5.2 5.2 系统总线及总线构造系统总线及总线构造5.2.1 5.2.1 系统总线系统总线按功能把系统总线分为三组：按功能把系统总线分为三组： 1. 1.地址总线地址总线（（AdressAdress Bus, Bus,简写简写ABAB）） 2.2.数据总线数据总线 ( (Data BusData Bus，，简写简写DB)DB) 3.3.控制总线控制总线（（Control BusControl Bus，，简写简写CBCB）） 5.2.2 5.2.2 构造系统总线构造系统总线地址锁存器地址锁存器7474LS373LS373 1. 1. 以以P0P0口作为低口作为低8 8位地址位地址/ /数据总线。

数据总线 2 2．以．以P2P2口的口线作高位地址线口的口线作高位地址线 3. 3.控制信号线控制信号线 *ALE —— ALE —— 低低8 8位地址锁存信号位地址锁存信号 *PSENPSEN* *—— —— 扩展程序存储器读选通信号扩展程序存储器读选通信号 *EAEA* * —— —— 内外程序存储器选择信号内外程序存储器选择信号 *RDRD* *和和WRWR* * —— —— 扩展扩展RAMRAM和和I/OI/O口的读选通、口的读选通、 写选通信号写选通信号 5.2.3 5.2.3 单片机系统的串行扩展技术单片机系统的串行扩展技术Ø 优点：优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/OI/O口口线少线少, , 可靠性提高可靠性提高Ø 缺点缺点: :串行接口器件速度较慢串行接口器件速度较慢在多数应用场合，还是并行扩展占主导地位在多数应用场合，还是并行扩展占主导地位5.3 5.3 读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器读写控制、地址空间分配和外部地址锁存器5.3.1 5.3.1 存储器扩展的读写控制存储器扩展的读写控制RAMRAM芯片：芯片：读写控制引脚读写控制引脚OEOE* *和和WE*WE* ，与，与RDRD* *和和WRWR* *相连。

相连EPROMEPROM芯片：芯片：只有读出引脚，只有读出引脚，OEOE* * ，与，与PSENPSEN* *相连 5.3.2 5.3.2 存储器地址空间分配存储器地址空间分配8031 373G27166116(2)6116(1)8155P0P2.2--P2.0PSENALEWRRDABCG2AG2BG1P1.0A0~A7A8~A10D7~D0D7~D0D7~D0 CECECSOEA0~A7A8~A10WEWEOEOEWERDALEAD0~AD7CEY2Y1Y0+5VIO/ MPAPBPCP2.3P2.4P2.5P2.6P2.7 直接用系直接用系统的高位地址统的高位地址线作线作RAM芯芯片的片选信号片的片选信号例例:外扩外扩8KB EPROM（（2片片2732））4KB RAM（（2片片6116））线选法线选法和地址和地址译码法译码法1. 线选法线选法 l 2732: 2732:4 4KB ROMKB ROM，，1212根地址线根地址线A0A0～～A11A11，，1 1根片选线根片选线l 6116: 6116:2 2KBKB RAMRAM，，1111根地址线根地址线A0A0～～A10A10，，1 1根片选线根片选线l 片选端片选端低电平有效低电平有效 地址范围：地址范围： 27322732（（1 1）的地址范围：）的地址范围：70007000H H～～7FFFH;7FFFH; 27322732（（2 2）的地址范围）的地址范围: : B000HB000H～～BFFFH; BFFFH; 61166116（（1 1）的地址范围：）的地址范围：E800HE800H～～EFFFH; EFFFH; 61166116（（2 2）的地址范围：）的地址范围：D800HD800H～～DFFFHDFFFH。

线选法特点线选法特点 Ø优点：优点：电路简单，电路简单，不需另外增加硬件电路不需另外增加硬件电路，体积小，，体积小，成本低Ø缺点：缺点：可寻址的器件数目受限，地址空间不连续可寻址的器件数目受限，地址空间不连续Ø只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统只适于外扩芯片不多，规模不大的单片机系统2. 2. 译码法译码法 Ø常用译码器芯片：常用译码器芯片：7474LS138LS138（（3-83-8译码器）译码器）7474LS139LS139（（双双2-42-4译码器）译码器）7474LS154LS154（（4-164-16译码器）译码器）Ø全译码：全译码：全部高位地址线都参加译码；全部高位地址线都参加译码；Ø部分译码：部分译码：仅部分高位地址线参加译码仅部分高位地址线参加译码 (1)74 (1)74LS138LS138（（3 3～～8 8译码器）译码器） 当当译译码码器器的的输输入入为为某某一一个个固固定定编编码码时时，，其其输输出出只只有有某某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平 7474LS138LS138译码器真值表译码器真值表 输输 入入 输输 出出 G1 G2AG1 G2A* * G2B G2B* * C B A Y7 C B A Y7* * Y6Y6* * Y5Y5* * Y4Y4* * Y3Y3* * Y2Y2* * Y1Y1* * Y0Y0* * ( 2) 74( 2) 74LS139LS139（（双双2-42-4译码器）译码器）真值表如表真值表如表8-28-2（（P168P168））所示。

所示  采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选采用全地址译码方式，单片机发地址码时，每次只能选中一个存储单元同类存储器间不会产生地址重叠的问题中一个存储单元同类存储器间不会产生地址重叠的问题例例: 要扩要扩8片片8KB的的RAM 6264，，如何通过如何通过74LS138把把64KB空空间分配给各个芯片？间分配给各个芯片？•如果用如果用74LS138把把64K空间全部划分为每块空间全部划分为每块4KB，，如何划分如何划分？？5.3.3 5.3.3 外部地址锁存器外部地址锁存器8031 373G27166116(2)6116(1)8155P0P2.2--P2.0PSENALEWRRDABCG2AG2BG1P1.0A0~A7A8~A10D7~D0D7~D0D7~D0 CECECSOEA0~A7A8~A10WEWEOEOEWERDALEAD0~AD7CEY2Y1Y0+5VIO/ MPAPBPCP2.3P2.4P2.5P2.6P2.7D7D7～～D0:D0: 8 8位数据输入线位数据输入线 Q7Q7～～Q0:Q0: 8 8位数据输出线位数据输出线G:G:数据输入锁存选通信号数据输入锁存选通信号 OEOE* *: : 数据输出允许信号数据输出允许信号5.3.3 5.3.3 外部地址锁存器外部地址锁存器常用常用地址锁存器芯片地址锁存器芯片: 74: 74LS373LS373、、82828282、、74LS57374LS5731. 1. 锁存器锁存器7474LS373LS373（（带有三态门的带有三态门的8 8D D锁存器锁存器））2. 2. 锁存器锁存器82828282功能及内部结构与功能及内部结构与7474LS373LS373完全一样，只是其引脚的完全一样，只是其引脚的排列与排列与7474LS373LS373不同不同3 3．锁存器．锁存器7474LSLS573573 输入的输入的D D端和输出的端和输出的Q Q端也是依次排在芯片的两侧，与端也是依次排在芯片的两侧，与82828282一样，一样，为绘制印刷电路板时的布线提供方便。

为绘制印刷电路板时的布线提供方便5.4 5.4 程序存储器程序存储器EPROMEPROM的扩展的扩展 采用只读存储器，采用只读存储器，非易失性非易失性1 1）掩膜）掩膜ROMROM 在制造过程中编程在制造过程中编程, ,只适合于大批量生产只适合于大批量生产2 2）可编程）可编程ROMROM（（PROMPROM）） 用独立的编程器写入，只能写入一次用独立的编程器写入，只能写入一次 （（3 3））EPROMEPROM 电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片4 4））E E2 2PROMPROM（（ EEPROM EEPROM）） 电信号编程，电擦除读写操作与电信号编程，电擦除读写操作与RAMRAM相似，写入相似，写入速度稍慢断电后能够保存信息速度稍慢断电后能够保存信息5 5））Flash ROMFlash ROM 又称闪烁存储器，简称闪存电改写，电擦除，读又称闪烁存储器，简称闪存电改写，电擦除，读写速度快（写速度快（70ns70ns），读写次数多（），读写次数多（1 1万次）。

万次）5.4.1 5.4.1 常用常用EPROMEPROM芯片介绍芯片介绍典型芯片是典型芯片是2727系列产品，例如，系列产品，例如， 2764 2764 （（8 8KB×8KB×8））2712827128（（16KB×816KB×8））2725627256（（32KB×832KB×8））2751227512（（64KB×864KB×8））“27”“27”后面的数字表示其位存储容量后面的数字表示其位存储容量扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片 1.1.常用的常用的EPROMEPROM芯片芯片 电气参数见表电气参数见表8-48-4（（P123P123）引脚如下图引脚如下图引脚功能如下：引脚功能如下：A0A0～～A15A15：：地址线引脚数目决定存储容量地址线引脚数目决定存储容量D7D7～～D0D0：：数据线引脚数据线引脚CECE* *：： 片选输入端片选输入端OEOE* * ：： 输出允许控制端输出允许控制端PGMPGM* *：： 编程时，加编程脉冲的输入端编程时，加编程脉冲的输入端VppVpp：： 编程时，编程电压（编程时，编程电压（+12+12V V或或+25+25V V））输入端输入端VccVcc：： +5V+5V，，芯片的芯片的工作工作电压。

电压 GNDGND：： 数字地NCNC：： 无用端无用端 2. 2. EPROMEPROM芯片的工作方式芯片的工作方式（（1 1）读出方式）读出方式 片选控制线为低片选控制线为低, , 输出允许为低，输出允许为低，VppVpp为为+5+5V V，，指定指定地址单元的内容从地址单元的内容从D7D7～～D0D0上读出 （（2 2）未选中方式）未选中方式 片选控制线为高电平片选控制线为高电平3 3）编程方式）编程方式 VppVpp端加规定高压端加规定高压, , CECE* *和和OEOE* *端加合适电平，就端加合适电平，就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元能将数据线上的数据写入到指定的地址单元 （（4 4）编程校验方式）编程校验方式 （（5 5）编程禁止方式）编程禁止方式 输出呈高阻状态，不写入程序输出呈高阻状态，不写入程序5.4.2 5.4.2 程序存储器的操作时序（自学）程序存储器的操作时序（自学）5.4.3 5.4.3 典型的典型的EPROMEPROM接口电路接口电路1.1.使用单片使用单片EPROMEPROM的扩展电路的扩展电路 2716 2716、、2732 2732 EPROMEPROM价格贵，容量小，且难以买到。

价格贵，容量小，且难以买到仅介绍仅介绍27642764、、2712827128、、2725627256、、2751227512芯片的接口电路芯片的接口电路 下图为下图为外扩外扩1616K K字节的字节的EPROM 27128EPROM 27128的接口电路图的接口电路图 MCS-51MCS-51外扩单片外扩单片32K32K字节的字节的EPROM 27256EPROM 27256的接口 3. 3. 使用多片使用多片EPROMEPROM的扩展电路的扩展电路扩展扩展4 4片片2712827128 5.5 5.5 静态数据存储器的扩展静态数据存储器的扩展5.5.1 5.5.1 常用的静态常用的静态RAMRAM（（SRAMSRAM））芯片芯片典型型号有典型型号有: :61166116、、62646264、、6212862128、、62256622565+5V V电源供电，双列直电源供电，双列直插，插，61166116为为2424引脚封装，引脚封装，62646264、、6212862128、、6225662256为为2828引脚封装引脚封装各引脚功能如下各引脚功能如下: : A0 A0～～A14A14：：地址输入线。

地址输入线 D0 D0～～D7D7：：双向三态数据线双向三态数据线 CE CE* *：： 片选信号输入对于片选信号输入对于62646264芯片，当芯片，当CSCS为高电平为高电平, ,且且CECE* * 为低电平时才选中该片为低电平时才选中该片 O OE E* *：： 读选通信号输入线读选通信号输入线 WE WE* *：： 写允许信号输入线，低电平有效写允许信号输入线，低电平有效 VccVcc：： 工作电源工作电源+5+5V V GND GND：： 地地有读出、写入、维持三种工作方式，操作控制如表有读出、写入、维持三种工作方式，操作控制如表8-6(8-6(P181)P181) 5.5.2 5.5.2 外扩数据存储器的读写操作时序外扩数据存储器的读写操作时序5.5.3 5.5.3 典型的外扩数据存储器的接口电路典型的外扩数据存储器的接口电路 图图8-21 8-21 用线选法扩展用线选法扩展80318031外部数据存储器的电路外部数据存储器的电路 地址线为地址线为A0A0～～A12A12，，故剩余地址线为三根。

用线选故剩余地址线为三根用线选法可扩展法可扩展3 3片片626462643 3片片62646264对应的地址空间如下对应的地址空间如下译码选通法译码选通法 各片各片6212862128地址分配见表地址分配见表8-98-9 表表8-9 8-9 各片各片6212862128地址分配地址分配 P2.7 P2.6 P2.7 P2.6 译码输出译码输出 选中芯片选中芯片 地址范围地址范围 存储容量存储容量 0 0 0 0 YO* IC1 0000H-3FFFH 16KYO* IC1 0000H-3FFFH 16K 0 1 Y1* IC2 4000H-7FFFH 16K 0 1 Y1* IC2 4000H-7FFFH 16K 1 0 Y2* IC3 8000H-BFFFH 16K 1 0 Y2* IC3 8000H-BFFFH 16K 1 1 Y3* IC4 C000H-FFFFH 16K 1 1 Y3* IC4 C000H-FFFFH 16K 单片单片6225662256与与80318031的接口电路的接口电路如图如图8-238-23所示。

地所示地址范围为址范围为00000000H H～～7FFFH7FFFH 例例8-18-1 编编写写程程序序将将片片外外RAMRAM中中50005000H H～～50FFH50FFH单单元元全全部部清清零零方法方法1 1：：用用DPTRDPTR作为数据区地址指针，同时使用字节计数器作为数据区地址指针，同时使用字节计数器 MOV DPTRMOV DPTR，，#5000H#5000H；；设置数据块指针的初值设置数据块指针的初值 MOV R7 MOV R7，，#00H#00H ；；设置块长度计数器初值设置块长度计数器初值 CLR A CLR ALOOPLOOP：： MOVX @DPTR MOVX @DPTR，，A A ；把某一单元；把某一单元清零清零 INC DPTR INC DPTR ；；地址指针加地址指针加1 1 DJNZ R7DJNZ R7，，LOOP LOOP ；；数据块长度减数据块长度减1 1，若不为，若不为 0 0则继续清零则继续清零HEREHERE：： SJMP HERE SJMP HERE ；；执行完毕，原地踏步执行完毕，原地踏步 方法方法2 2：： 用用DPTRDPTR作为数据区地址指针，但不使用字节计作为数据区地址指针，但不使用字节计数器，而是比较特征地址。

数器，而是比较特征地址MOV DPTRMOV DPTR，，#5000H#5000HCLR ACLR ALOOPLOOP：：MOVX @DPTRMOVX @DPTR，，A AINC DPTRINC DPTRMOV R7MOV R7，，DPLDPLCJNE R7CJNE R7，，#0#0，，LOOP LOOP ；；与末地址与末地址+1+1比较比较HEREHERE：：SJMP HERESJMP HERE5.6 EPROM5.6 EPROM和和RAMRAM的综合扩展的综合扩展5.6.1 5.6.1 综合扩展的硬件接口电路综合扩展的硬件接口电路例例8-2 采用线选法扩展采用线选法扩展2片片8KB的的RAM和和2片片8KB的的EPROM, RAM选选6264，，EPROM选选2764IC2IC2和和IC4IC4占用地址空间为占用地址空间为20002000H H～～3FFFH3FFFH共共8 8KBKB同理同理IC1IC1、、IC3IC3地址范围地址范围40004000H H～～5FFFH5FFFH（（P2.6=1P2.6=1、、P2.5=0P2.5=0、、P2.7=0P2.7=0）。

线选法地址不连续，地址空间利用不充分线选法地址不连续，地址空间利用不充分例例8-38-3 采用采用译码器法译码器法扩展扩展2 2片片8 8KB EPROMKB EPROM，，2 2片片8 8KB KB RAMRAMEPROMEPROM选用选用27642764，，RAMRAM选用选用62646264共扩展4 4片芯片 可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的可见译码法进行地址分配，各芯片地址空间是连续的5.6.2 5.6.2 外扩存储器电路的工作原理及软件设计外扩存储器电路的工作原理及软件设计 1. 1. 单片机片外程序区读指令过程单片机片外程序区读指令过程 2. 2. 单片机片外数据区读写数据过程单片机片外数据区读写数据过程 例如，例如，把片外把片外10001000H H单元的数送到片内单元的数送到片内RAM 50HRAM 50H单元，单元，程序如下：程序如下：MOV DPTRMOV DPTR，，#1000H#1000HMOVX AMOVX A，，@DPTR@DPTRMOV 50HMOV 50H，，A A 例如，例如，把片内把片内5050H H单元的数据送到片外单元的数据送到片外10001000H H单元中，单元中，程序如下：程序如下：MOV A,50HMOV A,50HMOV DPTR,#1000HMOV DPTR,#1000HMOVX @DPTR,AMOVX @DPTR,AMCS-51MCS-51单片机读写片外数据存储器中的内容，单片机读写片外数据存储器中的内容，除用除用MOVX A,@DPTRMOVX A,@DPTR和和MOVX @DPTR,AMOVX @DPTR,A外，还可使外，还可使用用MOVX MOVX A,@RiA,@Ri和和MOVX @MOVX @Ri,ARi,A。

这时通过这时通过P0P0口输口输出出RiRi中的内容（低中的内容（低8 8位地址），而位地址），而把把P2P2口原有的口原有的内容作为高内容作为高8 8位地址输出位地址输出例例5-45-4 将程序存储器中以将程序存储器中以TABTAB为首址的为首址的3232个单元的个单元的内容依次传送到外部内容依次传送到外部RAMRAM以以70007000H H为首地址的区域去为首地址的区域去DPTRDPTR指指向向标标号号TABTAB的的首首地地址址R0R0既既指指示示外外部部RAMRAM的的地地址址，，又又表表示示数数据据标标号号TABTAB的的位位移移量量本本程程序序的的循循环环次次数数为为3232，，R0R0的值：的值：0 0～～3131，，R0R0值达到值达到3232就结束循环就结束循环MOVMOVP2,#70HP2,#70HMOVMOVDPTR,#TABDPTR,#TABMOVMOVR0,#0R0,#0AGIN:AGIN:MOVMOVA,R0A,R0MOVCMOVCA,@A+DPTRA,@A+DPTRMOVXMOVX@R0,A@R0,AINCINCR0R0CJNECJNER0,#32,AGINR0,#32,AGINHERE:HERE:SJMPSJMPHEREHERETAB:TAB:DB DB ………… 5.7 E5.7 E2 2PROMPROM的扩展的扩展 保留信息长达保留信息长达2020年，不存在日光下信息缓慢丢失的问题。

年，不存在日光下信息缓慢丢失的问题 5.7.1 5.7.1 常用的常用的E E2 2PROMPROM芯片芯片 在芯片的引脚设计上，在芯片的引脚设计上，Ø 2 2KBKB的的E E2 2PROM 2816PROM 2816与与EPROM 2716EPROM 2716和和RAM 6116RAM 6116兼容兼容Ø 8 8KBKB的的E E2 2PROM 2864APROM 2864A与与EPROM 2764EPROM 2764和和RAM 6264RAM 6264兼容兼容28162816、、28172817和和28642864A A的的读出时间读出时间均为均为250250nsns，，写入时写入时间间1010msmsE E2 2PROMPROM的主要性能见表的主要性能见表8-108-10（（P191P191）5.7.3 MCS-515.7.3 MCS-51扩展扩展E E2 2PROMPROM的方法的方法 1.1.MCS-51MCS-51外扩外扩28172817A A 2817A2817A既可作为外部的数据存储器，又可作为程序既可作为外部的数据存储器，又可作为程序存储器通过存储器。

通过P1.0P1.0查询查询28172817A A的的RDY/BUSYRDY/BUSY* *状态，来完状态，来完成对成对28172817A A的写操作片选信号由的写操作片选信号由P2.7P2.7提供 2.MCS-51 2.MCS-51外扩外扩28642864A A 片选端与片选端与P2.7P2.7连接，连接，P2.7=0P2.7=0才选中才选中28642864A A，，线线选法决定了选法决定了28642864A A对应多组地址空间，即对应多组地址空间，即: :00000000H H～～1FFFH1FFFH2000H2000H～～3FFFH3FFFH4000H4000H～～5FFFH5FFFH6000H6000H～～7FFFH7FFFH2864A2864A可作为可作为RAMRAM使用，但掉电后数据不丢失使用，但掉电后数据不丢失 5.8 ATMEL89C51/89C555.8 ATMEL89C51/89C55单片机的片内闪烁存储器单片机的片内闪烁存储器 AT89C51/89C52/89C55AT89C51/89C52/89C55是低功耗、高性能的是低功耗、高性能的片内含有片内含有4 4KB/8KB/20KBKB/8KB/20KB闪烁可编程闪烁可编程/ /擦除只读存储器芯片。

擦除只读存储器芯片 1.1.8989C51C51的主要性能的主要性能（（1 1）与）与MCS-51MCS-51微控制器系列产品兼容微控制器系列产品兼容2 2）片内有）片内有4 4KBKB可重复编程的闪烁存储器可重复编程的闪烁存储器（（3 3））存储器可循环写入存储器可循环写入/ /擦除擦除1 1万次4 4）存储器数据保存时间为）存储器数据保存时间为1010年5 5）宽工作电压范围：）宽工作电压范围：VccVcc可为可为+2.7+2.7～～6 6V V6 6））全静态工作：可从全静态工作：可从0 0HzHz～～16MHz16MHz7 7））程序存储器具有程序存储器具有3 3级加密保护级加密保护8 8）空闲状态维持低功耗、掉电状态保存存储器内）空闲状态维持低功耗、掉电状态保存存储器内容 2. 2. 片内闪烁存储器片内闪烁存储器E E2 2PROMPROM具有改写，掉电后仍能保存数据的特点，具有改写，掉电后仍能保存数据的特点，可为用户的特殊应用提供便利但是，擦除和写入对可为用户的特殊应用提供便利但是，擦除和写入对于要有数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是于要有数据高速吞吐的应用还显得时间过长，这是E E2 2PROMPROM的主要缺陷。

的主要缺陷 表表8-12(8-12(P197)P197)，几种，几种典型典型E E2 2PROMPROM芯片芯片性能数据性能数据由表可见，字节擦除时间和由表可见，字节擦除时间和写入时间写入时间1010msms5.5.2 5.5.2 片内闪烁存储器的编程片内闪烁存储器的编程芯片内有芯片内有3 3个加密位，见表个加密位，见表8-138-13（（P198P198）对对8989C51C51片内的闪烁存储器编程，只需购买相应的编程器，片内的闪烁存储器编程，只需购买相应的编程器，按照编程器的说明进行操作如想对写入的内容加密，只需按按照编程器的说明进行操作如想对写入的内容加密，只需按照编程器的菜单，选择加密功能选项既可照编程器的菜单，选择加密功能选项既可。