單片機(jī)并行存儲(chǔ)器擴(kuò)展 東南大學(xué)用課件

第六章單片機(jī)并行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

第一節(jié)概述第二節(jié)系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造第三節(jié)程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展第四節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展

第一節(jié)概述片內(nèi)的資源如不滿足需要，需外擴(kuò)存儲(chǔ)器和I/O功能部件：系統(tǒng)擴(kuò)展問(wèn)題，內(nèi)容主要有：(1)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展（外部存儲(chǔ)器又分為外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）(2)I/O接口部件的擴(kuò)展。本章介紹MCS–51單片機(jī)如何擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，I/O接口部件的擴(kuò)展下一章介紹。

第二節(jié)系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造MCS-51系列單片機(jī)片外引腳可以構(gòu)成如圖所示的三總線結(jié)構(gòu)：所有外部芯片都通過(guò)這三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。系統(tǒng)總線及總線構(gòu)造

1系統(tǒng)總線

按其功能通常把系統(tǒng)總線分為三組：

1.地址總線（AdressBus,簡(jiǎn)寫(xiě)AB）

2.數(shù)據(jù)總線(DataBus，簡(jiǎn)寫(xiě)DB)

3.控制總線（ControlBus，簡(jiǎn)寫(xiě)CB）

2構(gòu)造系統(tǒng)總線

系統(tǒng)擴(kuò)展的首要問(wèn)題:

構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲(chǔ)器芯片或I/O接口芯片，“掛”存儲(chǔ)器芯片就是存儲(chǔ)器擴(kuò)展，“掛”I/O接口芯片就是I/O擴(kuò)展。

MCS-51由于受引腳數(shù)目的限制，數(shù)據(jù)線和低8位地址線復(fù)用。為了將它們分離出來(lái)，需要外加地址鎖存器，從而構(gòu)成與一般CPU相類(lèi)似的片外三總線，見(jiàn)下圖。

MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路（如圖所示）

地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖(圖6-3)。

地址鎖存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址總線的擴(kuò)展電路如下圖(圖6-3)。

1.以P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線。

2．以P2口的口線作高位地址線。

3.控制信號(hào)線。 *使用ALE信號(hào)作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)。 *以PSEN*信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。 *以EA*信號(hào)作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)。 *由RD*和WR*信號(hào)作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口的讀選通、寫(xiě)選通信號(hào)。盡管MCS-51有4個(gè)并行I/O口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴(kuò)展需要，真正作為數(shù)據(jù)I/O使用的，就剩下P1口和P3口的部分口線。第三節(jié)程序存儲(chǔ)器EPROM的擴(kuò)展擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器常用的芯片是EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）型（紫外線可擦除型），如：2716（2K×8）、2732（4K×8）、

2764（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）、27512（64K×8）等。另外，還有+5V電可擦除EEPROM，如

2816（2K×8）、2864（8K×8）等等。存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線1、常用存儲(chǔ)器芯片比較

紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM是國(guó)內(nèi)用得較多的程序存儲(chǔ)器。

EPROM芯片上有一個(gè)玻璃窗口，在紫外線照射下，存儲(chǔ)器中的各位信息均變1，即處于擦除狀態(tài)。擦除干凈的EPROM可以通過(guò)編程器將應(yīng)用程序固化到芯片中。如果程序總量不超過(guò)4KB，一般選用具有內(nèi)部ROM的單片機(jī)。8051內(nèi)部ROM只能由廠家將程序一次性固化，不適合小批量用戶和程序調(diào)試時(shí)使用，因此選用8751、8951的用戶較多。如果程序超過(guò)4KB，用戶一般不會(huì)選用8751、8951，而是直接選用8031，利用外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器來(lái)存放程序。

實(shí)例：在8031單片機(jī)上擴(kuò)展4KBEPROM程序存儲(chǔ)器

選擇芯片本例要求選用8031單片機(jī)，內(nèi)部無(wú)ROM區(qū)，無(wú)論程序長(zhǎng)短都必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器（目前較少這樣使用，但擴(kuò)展方法比較典型、實(shí)用）。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，首先必須滿足程序容量，其次在價(jià)格合理情況下盡量選用容量大的芯片。這樣做的話，使用的芯片少，從而接線簡(jiǎn)單，芯片存儲(chǔ)容量大，程序調(diào)整余量也大。如估計(jì)程序總長(zhǎng)3KB左右，最好是擴(kuò)展一片4KB的EPROM2732，而不是選用2片2716（2KB）。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，盡量減少芯片使用個(gè)數(shù)，使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高可靠性。硬件電路圖

8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲(chǔ)器電路如圖所示。選用集成芯片引腳圖

EPROM273212根地址線地址鎖存器74LS373芯片說(shuō)明

①74LS373。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)區(qū)分開(kāi)。74LS373的鎖存控制端G直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地址。圖8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲(chǔ)器電路②EPROM2732。EPROM2732的容量為4K×8位。4K表示有4×1024（22×210=212）個(gè)存儲(chǔ)單元，8位表示每個(gè)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寬度是8位。前者確定了地址線的位數(shù)是12位（A0～A11），后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是8位（O0～O7）。目前，除了串行存儲(chǔ)器之外，一般情況下，我們使用的都是8位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。2732采用單一+5V供電，最大靜態(tài)工作電流為100mA，維持電流為35mA，讀出時(shí)間最大為250ns。A0～A11為地址線；D0～D7為數(shù)據(jù)線；CE為片選線；OE/VPP為輸出允許/編程高壓。OE/VPP為雙功能管腳，當(dāng)2732用作程序存儲(chǔ)器時(shí)，其功能是允許讀數(shù)據(jù)出來(lái)；當(dāng)對(duì)EPROM編程（也稱(chēng)為固化程序）時(shí)，該管腳用于高電壓輸入。除了12條地址線和8條數(shù)據(jù)線之外，CE為片選線，低電平有效。也就是說(shuō)，只有當(dāng)CE為低電時(shí)，2732才被選中，否則2732不工作。GND：工作時(shí)接地線。圖8031單片機(jī)擴(kuò)展一片2732程序存儲(chǔ)器電路連線說(shuō)明：①地址線。單片機(jī)擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器時(shí)，地址是由P0和P2口提供的。圖6.2中，2732的12條地址線（A0～A11）中，低8位A0～A7通過(guò)鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8～A11直接與P2口的P2.0～P2.3連接，P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端G必須和單片機(jī)的ALE管腳相連。②數(shù)據(jù)線。2732的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的P0口相連。因此，P0口是一個(gè)分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線。③控制線。CPU執(zhí)行2732中存放的程序指令時(shí)，取指階段就是對(duì)2732進(jìn)行讀操作。注意，CPU對(duì)EPROM只能進(jìn)行讀操作，不能進(jìn)行寫(xiě)操作。CPU對(duì)2732的讀操作控制都是通過(guò)控制線實(shí)現(xiàn)的。2732控制線的連接有以下幾條：

CE：直接接地。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展了一個(gè)程序存儲(chǔ)器芯片，因此，2732的片選端直接接地，表示2732一直被選中。若同時(shí)擴(kuò)展多片，需通過(guò)譯碼器來(lái)完成片選工作。

OE：接8031的讀選通信號(hào)端。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，只要端出現(xiàn)負(fù)脈沖，即可從2732中讀出程序。3、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線

EPROM2751264KB16根地址線程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟1：

程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟2：

程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟3：

程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟4：

程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟5：

第四節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展

RAM是用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)的，MCS-51系列8位單片機(jī)內(nèi)部有128BRAM存儲(chǔ)器，CPU對(duì)內(nèi)部RAM具有豐富的操作指令。但是，當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的RAM是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此時(shí)，我們可以利用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理框圖

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理框圖

常用的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)RAM（StaticRandomAccessMemory-SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DynamicRandomAccessMemory—DRAM）兩種。前者讀/寫(xiě)速度高，一般都是8位寬度，易于擴(kuò)展，且大多數(shù)與相同容量的EPROM引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計(jì)，使用方便；缺點(diǎn)是集成度低，成本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相對(duì)較低；缺點(diǎn)是需要增加一個(gè)刷新電路，附加另外的成本。

MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線也是由P0口和P2口提供的，因此最大尋址范圍為64KB（0000H～FFFFH）。一般情況下，SRAM用于僅需要小于64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的小系統(tǒng)，DRAM經(jīng)常用于需要大于64KB的大系統(tǒng)。

實(shí)例：在一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展2KB靜態(tài)RAM。芯片選擇單片機(jī)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。根據(jù)題目容量的要求，我們選用SRAM6116。

6116的管腳與EPROM2716管腳兼容，管腳如圖所示。圖7-4硬件電路

單片機(jī)與6116的硬件連接如圖所示。數(shù)據(jù)總線的連接：P0.0~P0.7（數(shù)據(jù)總線）----------------D0~D7控制總線的連接：地址總線的連接：RD（讀外部數(shù)據(jù)）---------OEP0.0~P0.7（地址總線低8位）-----------A0~A7WR（寫(xiě)外部數(shù)據(jù)）------------WEP2.0~P2.4（地址總線高8位中的5位）----A8~A12ALE（地址鎖存允許）-----接373

的使能端G

經(jīng)過(guò)373

片外RAM地址范圍的確定及使用按照上圖的連線，片選端直接與某一地址線P2.7相連，這種擴(kuò)展方法稱(chēng)為線選法。顯然，只有P2.7=0，才能夠選中該片6116。

單片機(jī)對(duì)RAM的讀寫(xiě)除了可以如下指令：

MOVX @DPTR,A ；64KB內(nèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)

MOVX A,@DPTR；64KB內(nèi)讀取數(shù)據(jù)另外，還可以使用以下指令對(duì)低256B進(jìn)行讀寫(xiě)：

MOVX @Ri,A ；低256B內(nèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)

MOVXA，@Ri

；低256B內(nèi)讀取數(shù)據(jù)4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟1：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟2：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步驟3：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展連線步