第七章 存儲器擴展

7-1系統擴展及結構7-2存儲器擴展及編址技術7-3程序存儲器擴展

7-4數據存儲器擴展7-5存儲器系統的特點和使用

第7章單片機并行存儲器擴展80c51的最小系統80c51/片內有4K的ROM/EPROM，因此，只需要外接晶體振蕩器和復位電路就可構成最小系統。如圖所示。

XTAL1

XTAL2

P0P1P2P3

8051

RESET

EA

GND

+5V

+5V8

8

88

該最小系統的特點如下：（1）由于片外沒有擴展存儲器和外設，P0、P1、P2、P3都可以作為用戶I/O口使用。（2）片內用戶數據存儲器有128字節(jié)，地址空間00H~7FH，沒有片外數據存儲器。（3）內部有4KB程序存儲器，地址空間0000H~0FFFH，沒有片外程序存儲器，EA應接高電平。（4）可以使用兩個定時/計數器T0和T1，一個全雙工的串行通信接口，5個中斷源。單片機芯片內具有CPU、ROM、RAM、定時器/計數器及I/O口。但在實際應用中、大多數情況下僅靠片內資源是不夠的。

——資源性擴展：存儲器擴展和I／O擴展。擴展方法：并行擴展和串行擴展

7-1系統擴展及結構

整個擴展系統以單片機為核心，通過總線把各擴展部件連接起來，各擴展部件“掛”在總線上。所謂總線，就是連接系統中各擴展部件的一組公共信號線。包括：地址總線（AB）；數據總線（DB）；控制總線（CB）。7.1.1系統擴展的結構MSC—51單片機系統的擴展結構如圖所示，圖中表現了單片機擴展的內容和方法。

擴展系統是以單片機為核心進行的；存儲器擴展內容包括RAM和ROM，其余為I/O接口擴展；擴展是通過系統總線進行的，通過總線把各擴展部件連接起來，并進行數據、地址和控制信號的傳送。7.1.2系統總線及總線結構51單片機使用的是并行總線，所謂總線，就是連接計算機各部件的一組公共信號線。1系統總線：為了使單片機能方便地與各種擴展芯片連接，應將單片機的外部連接變?yōu)槿偩€結構形式。即地址總線、數據總線和控制總線。

(1)地址總線在地址總線上傳送的是單向地址信號，用于存儲單元和I/O端口的選擇。地址信號只能由單片機向外送出。地址總線的數目決定著可以直接訪問的存儲單元的數目，例如n位地址，可以產生2^n次方個連續(xù)地址編碼，即通常所說的尋址范圍為2^n地址單元。MCS—51單片機地址總線有16條地址線，即2^16地址單元。(2)數據總線DB

數據總線用于在單片機與存儲器之間或單片機與I／o接口之間雙向傳送數據,如數據、狀態(tài)、命令等.單片機系統數據總線的位數與單片機處理數據的字長一致，例如51單片機是8位字長，所以數據總線的位數也是8位。

(3)控制總線CB

控制總線實際上是一組控制信號線，包括單片機發(fā)出的，以及從其他部件傳送給單片機的。對于一條具體的控制信號線來說，其傳送的方向是單向的，但是由不同的方向的控制信號線組合的控制總線則表示為雙向。

7.1.3單片機擴展的實現

1.擴展方法：(1)以P0口的8位口線作地址／數據線。復用技術——地址和數據進行分離。為此在構造地址總線時要添加一個8位鎖存器。先把這低8位地址送鎖存器暫存，然后就由地址鎖存器給提供低8位地址，而把P0口線作為數據線使用。(2)以P2口的口線作高位地址線。由P2口提供高8位，再加上P0口提供的低8位——64KB。但實際應用系統中，地址高位并不固定為8位，而根據需要從P2口中引出。

(3)

構成擴展系統的控制總線。

1.ALE作地址鎖存的選通信號，以實現低8位地址的鎖存。

2.PSEN作擴展程序存儲器的讀選通信號。

3.EA作內外程序存儲器的選通信號。

4.RD和WR作擴展數據存儲器和I/O端口的讀寫選通信號。2.常用8位地址鎖存器74LS373/573等。D7D6D5D4D3D2D1D0G74LS373GND+5VEQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

373引腳功能D0~D6數據輸入

E輸出允許

G數據輸出

Q0~Q7使能端當E=0，G=1時，

輸出Q=輸入D(透明)；當E=0，G=0時，輸出Q端不變（鎖存）當E=1，輸出高阻態(tài)ALE地址鎖存地址鎖存地址輸出數據有效地址輸出數據有效AD0～n數據采樣數據采樣R/W1.對于p0口采用分時復用技術,利用外加鎖存器實現總線低8位地址和8位數據分離;2.對擴展系統操作先送地址,后進行讀/寫操作；利用ALE信號鎖存地址數據3.鎖存低8位地址與P2口高8位地址構成系統完整的16位地址。3總線擴展驅動當單片機外接芯片較多，超出總線負載能力，必須加總線驅動器。單向驅動器74LS244、74LS245用于地址總線驅動；雙向驅動器74LS245用于數據總線驅動。7.2存儲器擴展的編址技術所謂存儲器編址，使用系統提供的地址線，通過適當的連接，最終達到一個編址唯一對應存儲器中一個存儲單元的目的。存儲器編址分兩個層次：存儲芯片的選擇；芯片內部存儲單元的選擇。研究各部分存儲器映像在整個存儲空間中所占據的地址范圍，以便為存儲器的使用提供依據。7.2.1存儲器編址概述1.線選法直接以系統的地址位作為存儲芯片的片選信號。優(yōu)缺點：簡單明了，且不需增加電路。但存儲空間的使用是斷續(xù)的，不能有效地利用空間，擴充容量受限，只適用于小規(guī)模系統的存儲器擴展。

7.2.2存儲器編址方法2764引腳功能A0~A12地址線

CE選片

OE讀D0~D7數據線編程脈沖輸入

PGM2764----8KEPROMVPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGMN.CA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D32764編程電源

Vpp例:用線選法尋址

擴展程序存儲器圖7.13用線選法實現片選

各芯片的地址范圍如下:

2.譯碼法

對系統的高位地址進行譯碼，以其譯碼輸出作為片選信號。高效率地利用存儲空間，適用于大容量多芯片擴展。常用的譯碼芯片有：74LS139（雙2-4譯碼器）、74LS138(3-8譯碼器)和74LS154(4-16譯碼器)等。

部分譯碼：所謂部分譯碼就是存儲器芯片的地址線與單片機系統的地址線順次相接后，剩余的高位地址線僅用一部分參加譯碼。部分譯碼使存儲器芯片的地址空間有重疊，造成系統存儲器空間的浪費。

全譯碼：所謂全譯碼就是存儲器芯片的地址線與單片機系統的地址線順次相接后，剩余的高位地址線全部參加譯碼。這種譯碼方法存儲器芯片的地址空間是唯一確定的，但譯碼電路相對復雜。G1/G2A/G2B（使能端）：當G1=“1”，G2A=G2B=“0”時，3/8譯碼器進入譯碼狀態(tài)，這時Y0～Y7只有一位是低電平，其余全為高電平。譯碼無效時，Y0～Y7全為高電平，無效。C、B、A：譯碼器輸入（C為高位）。

Y0～Y7：譯碼器輸出，低電平有效。使用譯碼器進行擴展上例子，Y0、Y1、Y2分別連接三片存儲器的片選端CE1、CE2、CE3各片存儲器芯片分配地址：Ⅰ：0000H～1FFFH；Ⅱ：2000H～3FFFH；Ⅲ：4000H～5FFFH。AB13AB14AB15+5VA Y0BY1CY2G1…

G2AY7G2B74LS138CE1CE2CE3

ABi：1514131211109876543210～1514131211109876543210Ⅰ：00000000

0000

0000～000111111111

1111=0000H～1FFFHⅡ：001000000000

0000～001111111111

1111=2000H～3FFFHⅢ：010000000000

0000～010111111111

1111=4000H～5FFFH

例:要求用2764芯片擴展片外程序存儲器空間,分配的地址范圍為:0000H~3FFFH。解：采用完全譯碼的方法,。①確定片數:片數為片數=

(末地址-首地址)+1

芯片容量

=

(3FFFH-0000H)+12000H=16k/8k=2(片)

7.3程序存儲器擴展②分配地址范圍:

第1組(1片8K)所占用的地址范圍為:00000000

0000

00000000H……

000111111111

11111FFFH第2組(1片8K)所占用的地址范圍為:001000000000

00002000H……

001111111111

11113FFFH③畫出地址譯碼關系圖:P2.7P2.6P2.5P2.4P2.0P0.7P0.0(A15)(A14)(A13)(A12)(A8)(A7)(A0)000XXXXXXXXXXXXX

第2組001XXXXXXXXXXXXX

第1組④設計外譯碼電路:

本例只介紹采用譯碼器芯片的設計方法,現采用3-8譯碼器74LS138。⑤畫出存儲器擴展連接圖:擴展數據存儲器電路常用RAM芯片：Intel6116(2KB)、6264(8KB)、62256(32KB)等。

7.4數據存儲器擴展

數據存儲器概述

數據存儲器即隨機存取存儲器(RandomAccessMemory),簡稱RAM,用于存放可隨時修改的數據信息。它與ROM不同,對RAM可以進行讀、寫兩種操作。RAM為易失性存儲器,斷電后所存信息立即消失。按其工作方式,RAM又分為靜態(tài)(SRAM)和動態(tài)(DRAM)兩種。靜態(tài)RAM只要電源加上,所存信息就能可靠保存。

數據存儲器擴展舉例數據存儲器的擴展與程序存儲器的擴展相似,不同之處主要在于控制信號的接法不一樣,不用信號,而用和信號,且直接與數據存儲器的端和端相連即可。圖4―17為外擴1片6264的連接圖。采用線選法片選信號CE與P2.7相連。其地址譯碼關系為：0XXXXXXXXXXXXXXXA15A14A13A12A11A10A0

由于A13,A14狀態(tài)與尋址無關，可為任意狀態(tài)，故6264有4組地址為：第1組0000H～1FFFH(A14A13=00)第2組2000H～3FFFH(A14A13=01)第3組4000H～5FFFH(A14A13=10)第4組6000H～7FFFH(A14A13=11)數據存儲器的擴展圖擴展一片RAM6264的連接圖

哈佛（Har-yard）結構，即將程序和數據存儲器截然分開，各有自已的尋址方式、尋址空間和控制信號。

5-6存儲器系統的特點和使用1．存儲器組成的特點單片機的內部雖然有了一定數的ROM和RAM

，但是在實際使用中外擴展存儲器,形成了單片機系統既有內部存儲器又有外部存儲器，內部存儲器有ROM和RAM之分，外部存儲器也有ROM和RAM之分。5.6.1存儲器系統的特點2．存儲器地址空間兩種類型的內外存儲器，構成了單片機系統的4個物理存儲空間，即片內程序存儲空間、片外程序存儲空間、片內數據存儲空間及片外數據存儲空間。 程序存儲器來說，為了運行程序的需要，要求內外程序存儲器連續(xù)編址，形成一個完整的地址空間； 數據存儲器，為了使用的方便，要求內外數據存儲器分開各自編址，都是從“o”單元開始。從而形成了用戶使用角度上的3個邏輯存儲空間，即片內外統一編址的64K字節(jié)的程序存儲空間、256字節(jié)的片內數據存儲空間以及64K字節(jié)的片外數據存儲空間。圖MCS—51存儲器結構和地址空間4KB4KB60KB128B128B128B64KB5.6.2存儲器地址空間的區(qū)分和銜接：①在物理上設有4個物理存儲空間：程序存儲器：片內程序存儲器；片外程序存儲器；數據存