第七章单片机存储器的扩展..
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第7章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
74LS138是”3-8”译码器，具有3个选择输入端， 可组成8种输入状态。8个输出端，分别对应8种输 入状态中的1种，0电平有效。
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
7.2 数据存储器的扩展
MCS-51单片机内部有128B的RAM存储空间。
内部RAM通常作为工作寄存器、堆栈、软件标志 和数据缓冲区。
第七章 单片机的系统扩展
2864有四种工作方式，如表7-2所示。
第七章 单片机的系统扩展
7.1.3 程序存储器的扩展方法
1. 总线的连接与时序
第七章 单片机的系统扩展
图7-5为MCS-51单片机程序存储器的操作时序。
第七章 单片机的系统扩展
2.单片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
3.多片程序存储器的扩展
第七章 单片机的系统扩展
8255A的控制字
（1）工作方式控制字
第七章 单片机的系统扩展
（2）置位／复位控制字
第七章 单片机的系统扩展
例如，若将07H写入控制字 功能：PC3置位
若将08H写入控制字
功能：PC4复位
【例】 要求A口工作在方式0输入，B口为方式1输出， C口高4位PC7~PC4为输入，C口低4位PC3~PC0为 输出。设8255控制器地址为FFFDH MOV DPTR, ＃0FFFDH
第七章 单片机的系统扩展
第七章 单片机的系统扩展
2. 8255A芯片的控制字及其工作方式
方式0——基本输入/输出方式。 方式1——选通输入/输出方式。 方式2 ——双向传送方式。
端口A可工作于方式0、1、2，端口 B只可工作于 方式0、1，端口C只可工作于方式0。
第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
（2）数据线
2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。P0口作 为地址/数据线分时复用。
（3）控制线
CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对 2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作， 不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线 实现的。2732控制线的连接有以下几条：
2.硬件电路 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
3.连线说明
• 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、P2.2 共11根；
• 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7；
• 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线；
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
• 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚 EA跟程序存 储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范 围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。
1. 芯片选择
单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K×8 位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。
根据题目容量的要求我们选用SRAM6116，采 用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL兼容，具有 低功耗操作方式，管脚如图7-3所示。
单片机原理及应用(李桂林)章 (7)
第 7 章 单片机并行扩展技术 图 7－1 8031 最小应用系统
第 7 章 单片机并行扩展技术
8031 芯片本身的连接除了 EA 必 须 接地 地外(选择外 部存储器),其他与 80C51 / 89C51 最小应用系统一样,也必须 有复位及时钟电路。
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 2 总线扩展及编址方法
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 1 单片机的最小系统
最小应用系统,是指能维持单片机运行的最简单配置的系 统。这种系统成本低廉、结构简单,常用来构成简单的控制系 统,如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM / EPROM 的单片机,其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的 单个单片机。对于片内无 ROM / EPROM 的单片机,其最小系统 除了外部配置晶振、复位电路和电源外,还应当外接 EPROM 或 E2 PROM作为程序存储器使用。
第 7 章 单片机并行扩展技术
图 7－3 所示为线选法应用实例。图中所扩展的芯片地址 范围如表 7 －1 所示,其中 ×可以取“0 ”,也可以取 “ 1 ”,用十六进制数表示的地址如下:
2764 ( 1 ): 4000H~5FFFH ,或 C000H~DFFFH ,有地址重 叠现象。
2764 ( 2 ): 2000H~3FFFH ,或 A000H~BFFFH ,有地址重 叠现象。
第 7 章 单片机并行扩展技术
当然,最小系统有可能无法满足应用系统的功能要求。比 如,有时即使有内部程序存储器,但由于程序很长,程序存储器 容量可能不够;对一些数据采集系统,内部数据存储器容量也可 能不够等,这就需要根据情况扩展 EPROM 、 RAM 、 I / O 口 及其他所需的外围芯片。
第 7 章 单片机并行扩展技术
单片机内部RAM的扩展
STC单片机内部扩展RAM的应用作者：郭天祥来源：原创更新时间：2008-11-27 21:19:35 浏览次数：5803RAM是用来在程序运行中存放随机变量的数据空间，51单片机默认的内部RAM只有128字节，52单片机增加至256字节，STC89C52增加到512字节，STC89C54、55、58、516等增加到1280字节，对于编程者来说，一个芯片的RAM越多，写起程序来就越容易得心应手，不会总考虑RAM不够用而担心这担心那，连过多的变量都不敢定义。
在前面我们写程序时曾讲到过，如果定义一个变量后，不对这个变量进行初始化，这个变量默认的初值就是0，其实这个结论是需要一定的条件的，在用KEIL编写程序时，总程序中所有变量占用的字节之和小于128字节，并且存储器模式为small模式的前提下，对定义的变量不进行初始化时，编译器会默认将变量值设定为0。
一旦程序中的总变量超过128字节，必须对所有变量进行初始化，否则，没有被初始化的变量默认值将是不确定的。
当变量总和超过128字节时，必须还要在编译器中重新设定存储器的存储模式，存储器模式一共有3种，分别为small、compact和large模式，在KEIL编译器中有选项可进行选择，选项表如图4.4.1所示。
它决定了没有明确指定存储类型的变量、函数参数等数据的默认存储区域。
如果在某些函数中需要使用非默认的存储模式，也可以使用关健字直接说明。
下面对这三种模式分别做介绍。
1. small模式small模式中，所有缺省变量参数均装入单片机内部128字节RAM中，当定义类似如：uchar a; float b;等变量时，这些变量都装入内部128字节RAM中。
使用该模式的优点是访问速度快，缺点是空间有限，而且是对堆栈的空间分配比较少，难以把握，碰到需要递归调用的时候需要小心。
所以这种模式只适用于小程序。
2. compact模式compact模式中，所有缺省变量均位于单片机内部256字节RAM中，和在small模式中使用关健字pdata 来定义变量的效果相同，如：uchar pdata a[100];在该种模式下，程序总变量不得超过256字节，对于只有128字节的单片机，使用此模式定义变量超过128字节时，程序将出错。
单片机存储器扩展
单片机存储器扩展在单片机的应用中，常常会遇到内部存储器容量不足的情况。
这时候，就需要对单片机的存储器进行扩展，以满足系统对存储容量的需求。
单片机的存储器可以分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储单片机运行的程序代码，而数据存储器则用于存储程序运行过程中的数据。
当单片机内部的存储器无法满足应用需求时，就需要通过外部扩展来增加存储容量。
在进行存储器扩展之前，我们需要了解单片机的存储器寻址方式。
不同的单片机可能有不同的寻址方式，但通常都包括直接寻址、间接寻址和变址寻址等。
了解寻址方式对于正确进行存储器扩展至关重要。
对于程序存储器的扩展，常用的方法是使用外部只读存储器（ROM），如 EPROM（可擦除可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）等。
扩展时，需要将外部 ROM 与单片机的地址总线、数据总线和控制总线正确连接。
地址总线用于指定存储器的地址，数据总线用于传输数据，控制总线则用于控制存储器的读写操作。
以常见的 8051 单片机为例，它的地址总线为 16 位，可以寻址64KB 的存储空间。
如果要扩展 32KB 的程序存储器，我们可以选用一片容量为 32KB 的 EPROM 芯片，如 27256。
将 EPROM 的地址线 A0A14 与单片机的地址总线 A0 A14 相连，数据线 D0 D7 与单片机的数据总线 D0 D7 相连。
控制总线中的片选信号（CS）通常通过地址译码器来产生，以确保在特定的地址范围内选中该 EPROM 芯片。
在数据存储器的扩展方面，常用的是外部随机存取存储器（RAM），如静态 RAM（SRAM）和动态 RAM（DRAM）。
SRAM 速度较快，但价格相对较高；DRAM 价格较低，但需要不断刷新。
同样以 8051 单片机为例，如果要扩展 8KB 的数据存储器，可以选用一片 6264 SRAM 芯片。
连接方式与程序存储器扩展类似，地址线和数据线分别与单片机的对应总线相连。
单片机外部存储器的扩展
8051单片机的总线扩展
本文档后面有精心整理的常用PPT编辑图标，以提高工作效率
系统扩展概述
最小应用系统
单片机系统的扩展是以基本的最小系统为 基础的, 故应首先熟悉最小应用系统的结构。
实 际 上 ， 内 部 带 有 程 序 存 储 器 的 8051 或 8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系 统，许多实际应用系统就是用这种成本低和体 积小的单片结构实现了高性能的控制。
系统扩展容量 芯片数目= 存储器芯片容量
若所选存储器芯片字长与单片机字长不一 致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所需 芯片数目按下式确定：
芯片数目= 系统扩展容量 × 系统字长 存储器芯片容量 存储器芯片字长
扩展程序存储器常用EPROM芯片：
2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。
对于内部无程序存储器的芯片8031来说, 则 要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小 应用系统。
1. 片内带程序存储器的最 小应用系统
片内带程序存储器 的8051、 8751本身即可构 成一片最小系统，只要将 单片机接上时钟电路和复 位电路即可, 同时E A 接高 电平, ALE、P S E N 信号不 用， 系统就可以工作。
（1）完全译码。地址译码器使用了全部地址线，地址与存储 单元一一对应，也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。
（2）部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存 储单元不是一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。
二、扩展存储器所需芯片数目的确定
若所选存储器芯片字长与单片机字长一致， 则只需扩展容量。所需芯片数目按下式确定：
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系统扩展概述
最小应用系统
单片机系统的扩展是以基本的最小系统为 基础的, 故应首先熟悉最小应用系统的结构。
实 际 上 ， 内 部 带 有 程 序 存 储 器 的 8051 或 8751单片机本身就是一个最简单的最小应用系 统，许多实际应用系统就是用这种成本低和体 积小的单片结构实现了高性能的控制。
系统扩展容量 芯片数目= 存储器芯片容量
若所选存储器芯片字长与单片机字长不一 致，则不仅需扩展容量，还需字扩展。所需 芯片数目按下式确定：
芯片数目= 系统扩展容量 × 系统字长 存储器芯片容量 存储器芯片字长
扩展程序存储器常用EPROM芯片：
2716(2K×8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、27512(64KB)。
对于内部无程序存储器的芯片8031来说, 则 要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小 应用系统。
1. 片内带程序存储器的最 小应用系统
片内带程序存储器 的8051、 8751本身即可构 成一片最小系统，只要将 单片机接上时钟电路和复 位电路即可, 同时E A 接高 电平, ALE、P S E N 信号不 用， 系统就可以工作。
（1）完全译码。地址译码器使用了全部地址线，地址与存储 单元一一对应，也就是1个存储单元只占用1个唯一的地址。
（2）部分译码。地址译码器仅使用了部分地址线，地址与存 储单元不是一一对应，而是1个存储单元占用了几个地址。
二、扩展存储器所需芯片数目的确定
若所选存储器芯片字长与单片机字长一致， 则只需扩展容量。所需芯片数目按下式确定：
《单片机原理与应用及上机指导》第7章：80C51单片机系统扩展
表7.4 常用SRAM芯片的主要性能
表7.6 80C51与6264的线路连接
7.2 并行I/O扩展
MCS-51系列单片机共有4个并行I/O口，分别是P0、P1、 P2和P3。其中P0口一般作地址线的低8位和数据线使用； P2口作地址线的高8位使用；P3口是一个双功能口，其第 二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二 功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这 些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，所以难以满足复 杂的I/O操作要求。因此，在大部分MCS-5l单片机应用系 统的设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。 7.2.1 并行I/O扩展原理 7.2.2 常用的并行I/O扩展芯片
线选法
若系统只扩展少量的RAM和I/O口芯片，可采用线选法。 线选法是把单片机高位地址分别与要扩展芯片的片选端相连，控制选 择各条线的电路以达到选片目的，其优点是接线简单，适用于扩展芯 片较少的场合，缺点是芯片的地址不连续，地址空间的利用率低。
图7.7 片外RAM的读时序
图7.8 片外RAM的写时序
4．数据存储器芯片及扩展电路
(1) 数据存储器 数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用得较多的是 Intel公司的6116(容量为2KB)和6264(容量为8KB)， 其性能 如表7.4所示。 (2) 数据存储器扩展电路 80C51与6264的连接 如表7.6所示。
全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位地址线进行译 码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信号。常用的译码器有 74LS139、74LS138、74LS154等。优点是存储器的每个存储单元只 有唯一的一个系统空间地址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使 用是连续的，能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电 路较多，全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用的方法 。
单片机存储器的扩展2
4、数据存储器的扩展连线
数据存储器的扩展连线步骤1：
数据存储器的扩展连线步骤2：
数据存储器的扩展连线步骤3：
数据存储器的扩展连线步骤4：
数据存储器的扩展连线步骤5：
数据存储器的扩展连线步骤6：
三、存储器扩展电路原理图
1.观察U1、U2、U3的连接原理图
2.U4 的数据线D0 ～D7与U3的数据线D0 ～D7对应相连
一、存储ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ扩展原理
1、程序存储器的扩展原理 MCS-51单片机扩展外部程序存储器的 硬件电路（如图1-1所示）
2、数据存储器的扩展原理 MCS-51单片机扩展外部数据存储器的硬 件电路（如图1-2所示）
程序存储器的扩展原理框图
数据存储器的扩展原理框图
二、存储器的扩展连线 1、常用存储器芯片比较
2、选用集成芯片引脚图
EPROM 27512
64KB
16根地址线
RAM 6264
8KB 13根地址线
地址锁存器 74LS373
3、程序存储器的扩展连线
程序存储器的扩展连线步骤1：
程序存储器的扩展连线步骤2：
程序存储器的扩展连线步骤3：
程序存储器的扩展连线步骤4：
程序存储器的扩展连线步骤5：
五、作业
• 1、用Protel99设计本示例的印刷图并用打 印机打印出来。 • 2、以本课题为基础制作单片机最小系统电 路板
3.U4 的地址线A0 ～A7与U3的地址线A0 ～A7对应相连
4.U4 的地址线A8 ～A12与U3的地址线A8 ～A12对应相连
5.U4与U1的连接
四、存储器的扩展小结
• 1、确定所用元器件； • 2、计算地址线； • 3、确定需画图的集成电路的位置； • 4、连接地址线和数据线及控制线； • 5、检查并整理线路； • 6、制作电路原理图。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
◆程序存储器的扩展
①程序存储器:用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。一般采
用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序（此特性成
为非易失性），系统上电后，CPU可取出指令予以重新执行。因此它的扩展 所采用的是只读存储器。 ② EPROM器件:单片机外部程序存储器扩展大多使用EPROM器件，用作单片 机外部程序存储器的EPROM器件主要是Intel公司生产的27系列，EPROM典型 产品有2764、27128、27256、27512等，容量分别为8KB、16KB、32KB、
◇地址分配
单片机通过地址总线发出地址，可以选择某一外部存储器单元并对其进行读 入或写出操作。要保证正确完成这种功能，需要经过两种选择：一是必须选 择该存储器芯片或I/O接口芯片，这称为片选；二是必须选择该芯片的某一存 储单元，称为字选。高位片选地址加上字选单元地址，构成一个地址。
常用的对存储器芯片的片选方式分两种： ◆线选方式 ◆地址译码方式
◆线选方式地址分配表
3个芯片的内部寻址A10～A0都是从0～0（共11位）到1～1（共11位） ，为2KB空间，通过不同的片选信号-高位地址线A11、A12、A13之中某 一根为0，来区分这3个芯片的地址空间。
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§7.1总线扩展及地址分配
◆地址译码方式
所谓地址译码方式通常是取扩展外围电路中最大容量芯片的 地址线位数，作为芯片的字选，用于确定片内地址，用译码 器对剩余的高位地址线进行译码，译出的信号作为片选线信 号。 片选线连接到扩展外围芯片的片选端上，当该口线为低电平 时，就选中该芯片。 根据剩余高位地址线是全部输入还是部分输入译码器参与译 码，地址译码方式又分为： ①全译码方式 ②局部译码方式
Bus，CB）
控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其他部件传送给 2018/10/14 3 单片机的。
§7.1总线扩展及地址分配
◇总线扩展
当单片机的最小系统不能满足系统功能要求时，就需要扩展RAM、 EPROM、I/O口以及其他所需要的外围芯片。
2018/10/14
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§7.1总线扩展及地址分配
2018/10/14 12
§7.1总线扩展及地址分配
◆局部译码方式实现片选的接口电路
§7.2 AT89系列单片机外部存储器的扩展
◆外部存储器扩展的方法
外部存储器扩展的主要设计步骤如下： 1．确定存储器的类型和容量 2．选择合适的存储器芯片 3．分配存储器的地址空间
4．设计片选逻辑
5．核算对系统总线的负载要求
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§7.1总线扩展及地址分配
◆全译码方式实现片选的接口电路
图中芯片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都是 2K×8 位。地址线 A10 ～ A0 用于片内寻址。高位地址线
A13、A12、A11接到74LS138的选择输入端C、B、A。
§7.1总线扩展及地址分配
◆芯片地址空间范围
全译码方式的电路连接稍复杂，它的优点是存储器芯片的地址空间连续 ，且唯一确定，不存在地址重叠现象；能够充分利用内存空间；当译码 器输出端留有空余时，便于继续扩展存储器或其他外围器件。
指定的27128存储单元内容送到P0口，在 上升沿，将数据送入
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单片机CPU内。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
27128为16K x 8的EPROM芯片，用于存放程序和常数。它有 14 根 地 址 线 A13 ～ A0 ， 地 址 范 围 为 0000H ～ 3FFFH 。 当
64KB。
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§7.3 外部存储器扩展电路及编程
◆单片EPROM的扩展电路
图中由 AT89S52、74LS373和 27128构成单片机最小系统。74LS373的三态控制端
接地，以保持输出畅通；G端与AT89S52的ALE连接。
§7.3 外部存储器扩展电路及编程
27128为16K x 8的EPROM芯片，用于存放程序和常数。它有14
◆数据总线（Data
Bus，DB)
数据总线用于在单片机与存储器或I/O之间传送数据。单片机数据总线的位数与单 片机处理数据的字长一致。
◆地址总线（Address
Bus，AB）
地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O端口的选择。 地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目。 ◆控制总线（Control
单片机原理与应用电子课件
第 7 章 单片机存储器的扩展
2018/10/14 1
本章主要内容：
7.1 总线扩展及地址分配
7.2 外部存储器扩展的方法
7.3 存储器扩展电路及编程
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§7.1总线扩展及地址分配
◇系统总线
总线（Bus）：计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干 线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类， 计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线。
根地址线A13～A0，可选择214=16283个存储单元，A13～ A0
分别接 P2 口的 P2.5 ～ P2.0 和 P0 口的 P0.7 ～ P0.0 ，地址范围为
0000H～3FFFH。当AT89S52发送14位地址信息时，可分别选 中27128片内地址为0000H～3FFFH中的任何一个单元。27128 芯片的 端接地表示选中该芯片， 端由AT89S52的 引脚信号控 制，当 引脚信号由高电平变为低电平时，允许27128输出，所
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§7.1总线扩展及地址分配
什么是线选方式 ？
地址译码 方式？
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§7.1总线扩展及地址分配
◆线选方式
所谓线选法通常是把P2口的一根高位地址线接到扩展的存储器芯片的片选端 上，低电平时，就选中该芯片，如图所示。
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§7.1总线扩展及地址分配
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§7.1总线扩展及地址分配
①全译码方式
全译码方式是将片内寻址的地址线以外的高位地址线，全部输入到译码器进 行译码，利用译码器的输出端作为各个存储器芯片的片选信号。
②局部译码方式
所谓局部译码方式，就是除了片内寻址的地址线外，其余高位地址线中只有
部分输入译码器参与译码，这种译码方式称为局部译码方式。