第5章 存储器系统设计
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CE
A13~A8
PSEN
OE
27128→128/8=16K→210∗24→14根地址线→A0~A13，片内地址由P2.5~P2.0， P0.7~P0.0决定。该片由P2.7选中，存在重叠区域4000~7FFFH(但芯片内地址 不存在，但无关紧要)，而且存在地址禁区!(0000~3FFFH)不可能扩展2块。
2．扩展24KB EPROM(部分地址译码)用译码对单片机的高位地址线 进行译码，以译码器的输出作为某一存储器的片选信号。
74LS139
B A
Y2
Y1 Y0
P2.6 P2.5 P2.4~P2.0
5
8031
G 74LS373
A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE
5.3.3 数据存储器扩展设计
1. 8051扩展2KB静态RAM，8051内部有ROM，用地址线扩展2KB RAM。
5V Vcc P2 3
CE A10~A8
EA
8051 P0 口
373 1D~8 8D 1Q~8 8Q G 8
8 A7~A0 6116
ALE
6116 的 片 选端 CE 接地，为 常选状态， 地 址 为 0000~07F FH
RD
程序存储器 CE 接地，常选0000~7FFFH， PSEN 有效，数据存 WE RD 储器0000~7FFFH， ， 有效，地址重叠，但不会冲突。
3. 程序存储器空间和数据存储器空间的合并(哈佛结构：两个存储器在逻 辑上完全独立，是由于执行不同的指令时，由硬件产生不同的选信号， 从而选通两个不同的逻辑空间)。单片机仿真系统就是采用这种合并 后的一维线性空间，因为程序存放在EPROM中，就无法对EPROM中 的程序进行在线修改，如果把程序存放在RAM中，一面调试一面修改， 方便。 P2.7
输出有效时，只有一个为低电平，其余为高电平，故用其来接被选的芯片时， 只有一个被选中。保持芯片之间地址的不重叠。（74LS139的介绍见书P158）
5.2.3 程序存储器扩展设计
(1)扩展16KB EPROM(线选法用单片机地址总线高位地址作为选择某 一存贮器的片选信号)。
P 如果 CE 接地，系统 只能接1片 ROM P2 8031 27128 P0 74LS373 8 ALE Q0~Q7 A7~ A0 P2.7 6
8 P2 8031 1Q~8Q ALE G 373 1D~8D P0 8 27256 Q0~Q8 A0~A7 A8~A14 8
°
CE
OE
A0~A7 A8~A14 62256 D0~D7
CE
OE
PSEN
WR
RD
系统的EPROM(27256)0000~7FFFH(管理仿真系统的程序)，系统的仿 真ROM和数据存储器为8000~FFFFH。当执行系统的管理程序时， 27256有效（尽管有效 PSEN，但地址不对），62256无效，当执行自己 编的仿真程序时，系统转向62256中执行你输入的程序，当遇到MOVX
WR16：MOVX MOV MOVX INC INC CJNE INC NEXT: DJNZ DEC CNECK:MOVX XRL JB RET
A,@DPTR R4,A @R0,A DPTR R0 R0,#00H,NEXT P2 R7,WR16 R0 A,@ R0 A,R4 ACC.7,CHECK
指令 输入
地址 输出
指令 输入
PCL 输出
指令 输入
PCL 输出
P2口输出程序存储器的高8位地址PCH(A15~A8)，具有锁存功能。 P0口地址/数据复用线，在ALE上升为高电平时，P0口输出程序存储 器的低8位地址(A7~A0)，在ALE的下降沿，把A7~A0锁存到外部地 址锁存器中，得到地址信号，接着，P0口由输出变为输入，高8位地 址不变(低8位已锁存)，故已选定外部ROM的某一个地址，随即 PSEN 低电平有效，外部ROM通，对应地址单元中的指令字节出现在数据 总线上供CPU读取。
64KB/8=8KB/根译码线。译码器的输出是互异的，每次只能选中一 个存储器芯片，不会出现地址竞争(地址竞争是几片同类型存储器占用同 一段地址，当CPU从该空间取数时，它们将同时向数据总线提供数据， 导致读取出错)。
5.3 数据存储器扩展设计
执行：MOVX A,@DPTR( 或MOVX @DPTR,A) MOVX A,@Ri (或MOVX @Ri,A) CPU访问外部数据存储器时，ALE信号少出现一次，地址数 据输出后经过悬浮(高阻)状态后，才能进入数据输入或输出状态! 第一周期：P2口输出地址的高8位，P2口输出地址的低8位。ALE下 降沿将低8位地址锁存到外部地址锁存器。随即 PSEN 低电平有效。P0口 由输出变为输入，对应选 中的存储单元中的指令出现在P0口，由CPU 读取。经CPU译码后，知道是对外部数据存储器的操作。随后，P2口输 出外部数据存储器地址的高8位，P0口输出外部数据存储器的低8位。由 ALE锁存，由于是与外部数据存储器打交道。 PSEN 一直为高电平无效(PSEN 信号线接EPROM的 OE 端，选通的是程序存储器!)
;将最后一个字节数据取出 ;原始数据比较，陷入死循环！ ;最高位不同，再查！
从P0口地址/数据复用线中分离出地址来。
• 地址译码器 为什么要用地址译码器：CPU给出一个地址，对应的存储器中有一个 存储器单元与其唯一的对应。通常存储器有多片组成，因此，要对存储器 芯片地址进行编址。 分两个层次：(1) 某个存储芯片的选择片选 片选(8K/片→8片→64K) 片选 (2) 被选中的存储芯片内部存储单元的选择字选wk.baidu.com字选。 字选 地址不能重叠，一般就要用译码器的功能。 74LS138的真值表
Read Only Memory
功能图：
操作方式： 编程方式：把程序代码固化到EPROM中 编程校验方式：读出EPROM中的内容，校对编程操作的正确性 读出方式：CPU从EPROM中读出指令和常数 (CE = 0, OE = 0) 维持方式：数据端是高阻 ( C E = 1) 。
地址锁存器(74LS373)
WE RD 之类的指令时， ， 有效。
4. 8051扩展8KBE2PROM（ROM和RAM合并）
P2.7
°
5V
P2 373
5 A12~A8 A0~A7
CE
P0 ALE
2864
I/O0~I/O7
PSEN RD WR
OE WE
内部ROM： 外部ROM，RAM： 重叠区： 1××0 1010 1100 1110
5.3.2 常用数据存储器芯片介绍
1．静态RAM(SRAM)芯片
13
地址线
VCC
A12~A0
210∗23＝8K 双向数据线
8
GND
D7~D0 6264
片选线1
CE
写允许线
WE
读选通线
OE
CS1
片选线2
（当/CE ＝ 0时，选中 CS1＝1时，读片）
操作控制 /CE /OE /WE D0~D7 （/CE=0，CS1=1） 读 0 0 1 D0~D7（OUT） 写 0 1 0 D0~D7（IN） 维持 1 X X 高阻 掉电后数据丢失！（同计算机内存） 2． 电可擦可编程只读存储器E2PROM 读写的操作同SRAM，掉电后，数据保存，不会丢失。注意 它不是做程序存储器用!
0000~0FFFH（4KB） 8000~9FFFH（8KB） 8000~9FFFH A000~BFFFH C000~DFFFH E000~FFFFH
写入16字节数据的子程序，入口参数： DPTR：指向RAM数据区首址； R7： 写入字节数（10H） R0： E2PROM地址低8位 P2： E2PROM地址高8位
3. 扩展64KB EPROM(全地址译码)
P2.7 （A15） 0 0 0 0 1 1 1 1 P2.6 （A14） 0 0 1 1 0 0 1 1 P2.5 （A13） 0 1 0 1 0 1 0 1 0000~1FFFH 2000~3FFFH 4000~5FFFH 6000~7FFFH 8000~9FFFH A000~BFFFH C000~DFFFH E000~FFFFH 地址空间
第一个机器周期
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
ALE
PSEN
RD / WR
P2
PCH输出
DPH或P 输出 2
PCH
P0
PCL 输出
指令 输入
地址 输出
数据输出 （输入）
PCL 输出
第二周期：第一个ALE信号丢失，若执行的是读指令(MOVX A,@DPTR)，P0口由输出变为输入，随即 RD为低电平有效。外部数据 存储器被选通。相应存储单元内容出现在P0口上供CPU读入累加器中， 若执行的是写指令(MOVX @DPTR,A)，此时 WR为低电平有效。被写的 数据出现在P0口，并在 WR结束之前一直保持不变，写入相应的外部数 PSEN 有效，读的内容丢弃。 据存储器单元。第二个ALE锁存的地址，
ALE
8
2764
2764
2764
P0
PSEN
P2.6 0 0 1 P2.5 0 1 0 /Y0 /Y1 /Y2 0 1 1 0000-1FFFH (8000H-9FFFH) 括号内 1 0 1 2000-3FFFH(A000H-BFFFH) 为重叠 1 1 0 4000-5FFFFH(C000H-DFFFH) 区！
00H 内部 128 字节， ~ 7FH 数据存储器(RAM) 0000 ~ FFFFH 外部 64K ，
5.2 程序存储器扩展设计
• 外部程序存储器操作时序
S1
振荡周期 一个机器周期
S2
S3
S4
S5
S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
ALE
PSEN
P2 PCL 输出
PCH输出
PCH
PCH
PCH
P0
第5章 存储器系统设计 章
5.1 MCS-51存储器系统配置 存储器系统配置
内部 4K ， 0000 ~ 0FFFH 8051 / 8751 外部 64K0000 ~ FFFFH 程序存储器(ROM) 0000 ~ FFFFH ， = 0 EA 8031外部 64K ，
EA = 1内部 重叠部分由EA区分 EA = 0 外部
PSEN
8 P2 ALE P0 8 锁存器 8 A7~A0 A15~A8
地址总线
数据总线
D7~D0
下面就涉及到的程序存储器芯片，就如何来进行电路设计进行分析。
5.2.2 常用程序存储器芯片
• EPROM电路
程序写入后 (专门的编程器 ) 掉电后信息不会丢失的 存储器电路 可擦除可编程只读存储器 可擦除，用紫外线灯光 照射信息 Erase 擦除，可重新再写 ! Programmable
D0~D7
OE WE
RD
WR
• 2. 8031扩展32KB EPROM和32KB RAM
8 7 P2
8031
8 1Q~7Q ALE G 373 1D~7D P0
PSEN
A0~A7 A8~A14 CE 27256 Q0~Q7
OE
A0~A7 A8~A14 CE 62256
WE
D0~D7
OE
8
WR
A13~A8
PSEN
OE
27128→128/8=16K→210∗24→14根地址线→A0~A13，片内地址由P2.5~P2.0， P0.7~P0.0决定。该片由P2.7选中，存在重叠区域4000~7FFFH(但芯片内地址 不存在，但无关紧要)，而且存在地址禁区!(0000~3FFFH)不可能扩展2块。
2．扩展24KB EPROM(部分地址译码)用译码对单片机的高位地址线 进行译码，以译码器的输出作为某一存储器的片选信号。
74LS139
B A
Y2
Y1 Y0
P2.6 P2.5 P2.4~P2.0
5
8031
G 74LS373
A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE A0~A7 A8~A12 Q0~Q7 / OE
5.3.3 数据存储器扩展设计
1. 8051扩展2KB静态RAM，8051内部有ROM，用地址线扩展2KB RAM。
5V Vcc P2 3
CE A10~A8
EA
8051 P0 口
373 1D~8 8D 1Q~8 8Q G 8
8 A7~A0 6116
ALE
6116 的 片 选端 CE 接地，为 常选状态， 地 址 为 0000~07F FH
RD
程序存储器 CE 接地，常选0000~7FFFH， PSEN 有效，数据存 WE RD 储器0000~7FFFH， ， 有效，地址重叠，但不会冲突。
3. 程序存储器空间和数据存储器空间的合并(哈佛结构：两个存储器在逻 辑上完全独立，是由于执行不同的指令时，由硬件产生不同的选信号， 从而选通两个不同的逻辑空间)。单片机仿真系统就是采用这种合并 后的一维线性空间，因为程序存放在EPROM中，就无法对EPROM中 的程序进行在线修改，如果把程序存放在RAM中，一面调试一面修改， 方便。 P2.7
输出有效时，只有一个为低电平，其余为高电平，故用其来接被选的芯片时， 只有一个被选中。保持芯片之间地址的不重叠。（74LS139的介绍见书P158）
5.2.3 程序存储器扩展设计
(1)扩展16KB EPROM(线选法用单片机地址总线高位地址作为选择某 一存贮器的片选信号)。
P 如果 CE 接地，系统 只能接1片 ROM P2 8031 27128 P0 74LS373 8 ALE Q0~Q7 A7~ A0 P2.7 6
8 P2 8031 1Q~8Q ALE G 373 1D~8D P0 8 27256 Q0~Q8 A0~A7 A8~A14 8
°
CE
OE
A0~A7 A8~A14 62256 D0~D7
CE
OE
PSEN
WR
RD
系统的EPROM(27256)0000~7FFFH(管理仿真系统的程序)，系统的仿 真ROM和数据存储器为8000~FFFFH。当执行系统的管理程序时， 27256有效（尽管有效 PSEN，但地址不对），62256无效，当执行自己 编的仿真程序时，系统转向62256中执行你输入的程序，当遇到MOVX
WR16：MOVX MOV MOVX INC INC CJNE INC NEXT: DJNZ DEC CNECK:MOVX XRL JB RET
A,@DPTR R4,A @R0,A DPTR R0 R0,#00H,NEXT P2 R7,WR16 R0 A,@ R0 A,R4 ACC.7,CHECK
指令 输入
地址 输出
指令 输入
PCL 输出
指令 输入
PCL 输出
P2口输出程序存储器的高8位地址PCH(A15~A8)，具有锁存功能。 P0口地址/数据复用线，在ALE上升为高电平时，P0口输出程序存储 器的低8位地址(A7~A0)，在ALE的下降沿，把A7~A0锁存到外部地 址锁存器中，得到地址信号，接着，P0口由输出变为输入，高8位地 址不变(低8位已锁存)，故已选定外部ROM的某一个地址，随即 PSEN 低电平有效，外部ROM通，对应地址单元中的指令字节出现在数据 总线上供CPU读取。
64KB/8=8KB/根译码线。译码器的输出是互异的，每次只能选中一 个存储器芯片，不会出现地址竞争(地址竞争是几片同类型存储器占用同 一段地址，当CPU从该空间取数时，它们将同时向数据总线提供数据， 导致读取出错)。
5.3 数据存储器扩展设计
执行：MOVX A,@DPTR( 或MOVX @DPTR,A) MOVX A,@Ri (或MOVX @Ri,A) CPU访问外部数据存储器时，ALE信号少出现一次，地址数 据输出后经过悬浮(高阻)状态后，才能进入数据输入或输出状态! 第一周期：P2口输出地址的高8位，P2口输出地址的低8位。ALE下 降沿将低8位地址锁存到外部地址锁存器。随即 PSEN 低电平有效。P0口 由输出变为输入，对应选 中的存储单元中的指令出现在P0口，由CPU 读取。经CPU译码后，知道是对外部数据存储器的操作。随后，P2口输 出外部数据存储器地址的高8位，P0口输出外部数据存储器的低8位。由 ALE锁存，由于是与外部数据存储器打交道。 PSEN 一直为高电平无效(PSEN 信号线接EPROM的 OE 端，选通的是程序存储器!)
;将最后一个字节数据取出 ;原始数据比较，陷入死循环！ ;最高位不同，再查！
从P0口地址/数据复用线中分离出地址来。
• 地址译码器 为什么要用地址译码器：CPU给出一个地址，对应的存储器中有一个 存储器单元与其唯一的对应。通常存储器有多片组成，因此，要对存储器 芯片地址进行编址。 分两个层次：(1) 某个存储芯片的选择片选 片选(8K/片→8片→64K) 片选 (2) 被选中的存储芯片内部存储单元的选择字选wk.baidu.com字选。 字选 地址不能重叠，一般就要用译码器的功能。 74LS138的真值表
Read Only Memory
功能图：
操作方式： 编程方式：把程序代码固化到EPROM中 编程校验方式：读出EPROM中的内容，校对编程操作的正确性 读出方式：CPU从EPROM中读出指令和常数 (CE = 0, OE = 0) 维持方式：数据端是高阻 ( C E = 1) 。
地址锁存器(74LS373)
WE RD 之类的指令时， ， 有效。
4. 8051扩展8KBE2PROM（ROM和RAM合并）
P2.7
°
5V
P2 373
5 A12~A8 A0~A7
CE
P0 ALE
2864
I/O0~I/O7
PSEN RD WR
OE WE
内部ROM： 外部ROM，RAM： 重叠区： 1××0 1010 1100 1110
5.3.2 常用数据存储器芯片介绍
1．静态RAM(SRAM)芯片
13
地址线
VCC
A12~A0
210∗23＝8K 双向数据线
8
GND
D7~D0 6264
片选线1
CE
写允许线
WE
读选通线
OE
CS1
片选线2
（当/CE ＝ 0时，选中 CS1＝1时，读片）
操作控制 /CE /OE /WE D0~D7 （/CE=0，CS1=1） 读 0 0 1 D0~D7（OUT） 写 0 1 0 D0~D7（IN） 维持 1 X X 高阻 掉电后数据丢失！（同计算机内存） 2． 电可擦可编程只读存储器E2PROM 读写的操作同SRAM，掉电后，数据保存，不会丢失。注意 它不是做程序存储器用!
0000~0FFFH（4KB） 8000~9FFFH（8KB） 8000~9FFFH A000~BFFFH C000~DFFFH E000~FFFFH
写入16字节数据的子程序，入口参数： DPTR：指向RAM数据区首址； R7： 写入字节数（10H） R0： E2PROM地址低8位 P2： E2PROM地址高8位
3. 扩展64KB EPROM(全地址译码)
P2.7 （A15） 0 0 0 0 1 1 1 1 P2.6 （A14） 0 0 1 1 0 0 1 1 P2.5 （A13） 0 1 0 1 0 1 0 1 0000~1FFFH 2000~3FFFH 4000~5FFFH 6000~7FFFH 8000~9FFFH A000~BFFFH C000~DFFFH E000~FFFFH 地址空间
第一个机器周期
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
ALE
PSEN
RD / WR
P2
PCH输出
DPH或P 输出 2
PCH
P0
PCL 输出
指令 输入
地址 输出
数据输出 （输入）
PCL 输出
第二周期：第一个ALE信号丢失，若执行的是读指令(MOVX A,@DPTR)，P0口由输出变为输入，随即 RD为低电平有效。外部数据 存储器被选通。相应存储单元内容出现在P0口上供CPU读入累加器中， 若执行的是写指令(MOVX @DPTR,A)，此时 WR为低电平有效。被写的 数据出现在P0口，并在 WR结束之前一直保持不变，写入相应的外部数 PSEN 有效，读的内容丢弃。 据存储器单元。第二个ALE锁存的地址，
ALE
8
2764
2764
2764
P0
PSEN
P2.6 0 0 1 P2.5 0 1 0 /Y0 /Y1 /Y2 0 1 1 0000-1FFFH (8000H-9FFFH) 括号内 1 0 1 2000-3FFFH(A000H-BFFFH) 为重叠 1 1 0 4000-5FFFFH(C000H-DFFFH) 区！
00H 内部 128 字节， ~ 7FH 数据存储器(RAM) 0000 ~ FFFFH 外部 64K ，
5.2 程序存储器扩展设计
• 外部程序存储器操作时序
S1
振荡周期 一个机器周期
S2
S3
S4
S5
S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
ALE
PSEN
P2 PCL 输出
PCH输出
PCH
PCH
PCH
P0
第5章 存储器系统设计 章
5.1 MCS-51存储器系统配置 存储器系统配置
内部 4K ， 0000 ~ 0FFFH 8051 / 8751 外部 64K0000 ~ FFFFH 程序存储器(ROM) 0000 ~ FFFFH ， = 0 EA 8031外部 64K ，
EA = 1内部 重叠部分由EA区分 EA = 0 外部
PSEN
8 P2 ALE P0 8 锁存器 8 A7~A0 A15~A8
地址总线
数据总线
D7~D0
下面就涉及到的程序存储器芯片，就如何来进行电路设计进行分析。
5.2.2 常用程序存储器芯片
• EPROM电路
程序写入后 (专门的编程器 ) 掉电后信息不会丢失的 存储器电路 可擦除可编程只读存储器 可擦除，用紫外线灯光 照射信息 Erase 擦除，可重新再写 ! Programmable
D0~D7
OE WE
RD
WR
• 2. 8031扩展32KB EPROM和32KB RAM
8 7 P2
8031
8 1Q~7Q ALE G 373 1D~7D P0
PSEN
A0~A7 A8~A14 CE 27256 Q0~Q7
OE
A0~A7 A8~A14 CE 62256
WE
D0~D7
OE
8
WR