单片机扩展存储器的设计

第八章MCS-51单片机存储器的扩展第一节MCS-51单片机存储器的概述(一)学习要求1、熟悉MCS-51 单片机的系统总线及系统总线扩展结构2、掌握常用的片选方法：线选法和全地址译码法。

（二）内容提要1、三总线的扩展方法单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。

为此，应扩展其功能。

MCS-51单片机的扩展性能较强，根据需要，可扩展。

三总线是指地址总线、数据总线、控制总线。

1）地址总线MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，寻址范围为64K。

地址信号：P0 作为地址线低8 位，P2 口作为地址线高8 位。

2）数据总线MCS-51 单片机的数据总线宽度为8 位。

数据信号：P0 口作为8 位数据口，P0 口在系统进行外部扩展时与低8 位地址总线分时复用。

3）控制总线主要的控制信号有/WR 、/RD 、ALE 、/PSEN 、/EA 等。

2、系统的扩展能力MCS-51 单片机地址总线宽度为16 位，因此它可扩展的程序存储器和数据存储器的最大容量是64K（２１６）。

１）线选法线选法就是将多余的地址总线（即除去存储容量所占用的地址总线外）中的某一根地址线作为选择某一片存储或某一个功能部件接口芯片的片选信号线。

一定会有一些这样的地址线，否则就不存在所谓的“选片”的问题了。

每一块芯片均需占用一根地址线，这种方法适用于存储容量较小，外扩芯片较少的小系统，其优点是不需地址译码器，硬件节省，成本低。

缺点是外扩器件的数量有限，而且地址空间是不连续的。

２）全地址译码法由于线选法中一根高位地址线只能选通一个部件，每个部件占用了很多重复的地址空间，从而限制了外部扩展部件的数量。

采用译码法的目的是减少各部件所占用的地址空间，以增加扩展部件的数量。

３）译码器级连当组成存储器的芯片较多，不能用线选法片选，又没有大位数译码器时，可采用多个小位数译码器级连的方式进行译码片选．４）译码法与线选法的混合使用译码法与线选法的混合使用时，凡用于译码的地址线就不应再用于线选，反之，已用于线选的地址线就不应再用于译码器的译码输入信号．（三）习题与思考题1. 简要说明MCS-51 单片机的扩展原理。

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P0口的片外数据存储器扩展设计技巧
随着单片机运算速度和处理能力的不断提高，其在各个领域得到更广泛的应用。

然而，随着其应用领域的不断扩大及集成化的不断提高，其内部资源已不能满足实际需求，往往需要对其内部资源进行扩展。

经典的扩展方法主要是通过地址总线、数据总线即P0、P2口，以及控制线ALE等来进行数据或程序存储器的扩展，最大寻址空间可达64KB，但这种方法占用端口较多，在有些情况下不能满足需求。

这里以MCS-8051系列单片机为例，介绍一种新的片外数据存储器扩展方法，仅用单片机的P0口、P1.6及P1.7共10个端口便可实现256KB数据存储器的扩展。

 1 总体设计思路
 MCS-8051单片机片内部存储空间为256 B，有P0、P1、P2、P3 4个I/O 端口。

实际应用中，其内部存储空间往往不能满足需求，常常会在片外进行扩展。

有别于经典的扩展方法，这里并没有用到P2口，仅用P0口和各个存储器的地址线、数据线连接，组成地址总线和数据总线。

同时将PO口的
P0.0、P0.1和P0.2这3个端口引到译码器件的输入端，译码后作为数据存储器件的片选择控制线，与单片机的其他控制端口一起形成控制总线。

从而通过数据总线、地址总线和控制总线这3个总线实现单片机片外256 KB数据存储器的扩展。

 单片机的PO口具备地址总线、数据总线及控制线的功能。

由软件来分时传送地址信号、数据信号和片选择控制信号。

 2 硬件接口电路设计
 MCS-805l单片机与多片62256数据存储器的扩展电路主要由8片62256型。

单片机与外部存储器交互扩展存储空间的方法在现代电子设备中，单片机作为一种高度集成的控制器芯片，被广泛应用于各个领域。

然而，由于单片机的存储容量有限，为了满足复杂的应用需求，通常需要扩展存储空间。

本文将介绍单片机与外部存储器的交互原理以及几种常见的方法来扩展存储空间。

一、交互原理在单片机中，外部存储器通常指的是非易失性存储器，如EEPROM、Flash等。

通过与单片机进行数据的读写操作，可以实现数据的长期存储和共享。

外部存储器与单片机之间的交互主要依靠通信接口，如SPI、I2C、串口等。

下面将分别介绍这几种接口的原理。

1. SPI接口SPI（Serial Peripheral Interface）是一种全双工的串行通信接口，使用4根线（SCK、MOSI、MISO、CS）进行数据传输。

在SPI接口中，单片机作为主设备发起数据传输，而外部存储器作为从设备响应主设备的指令并传输数据。

通过SPI接口，单片机可以直接读写外部存储器中的数据，实现存储空间的扩展。

2. I2C接口I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种系列总线通信协议，通过两根线（SCL、SDA）进行数据传输。

在I2C接口中，单片机既可以作为主设备发送数据，也可以作为从设备接收数据。

通过I2C接口，单片机可以与多个外部存储器进行通信，实现存储空间的扩展。

3. 串口接口串口接口是一种常见的通信接口，通过TX（发送）和RX（接收）两根线进行数据传输。

在串口接口中，单片机通过发送和接收数据来与外部存储器进行通信。

虽然串口的传输速率较低，但它简单易用，适合与存储器进行简单的数据交互。

二、扩展存储空间的方法在了解了单片机与外部存储器的交互原理后，下面将介绍几种常见的方法来扩展存储空间。

1. 并行存储器并行存储器是一种传统的扩展存储空间的方法，它通常由存储芯片组成，通过地址线和数据线与单片机相连。

并行存储器的特点是读写速度快，但容量有限。

单片机扩展电路（二）引言概述：在单片机应用中，扩展电路是必不可少的，它能够有效地提升单片机的功能和性能。

本文将介绍单片机扩展电路的设计原则和一些常用的扩展电路，旨在帮助读者更好地理解和应用单片机的扩展电路。

正文内容：一、IO扩展电路1. 使用74HC595芯片进行8位输出扩展2. 使用PCF8574芯片进行8位输入扩展3. 使用双向移位寄存器实现输入输出模式切换4. 使用IO扩展板实现大量IO口的扩展5. 使用IO扩展芯片实现I2C总线扩展二、ADC和DAC扩展电路1. 使用ADC0804芯片进行模拟量采集2. 使用MAX11615芯片进行多通道模拟量采集3. 使用DAC0832芯片进行模拟量输出4. 使用R-2R网络实现更高精度的模拟量输出5. 使用PWM信号和低通滤波器实现模拟量输出三、串口扩展电路1. 使用MAX232芯片进行RS232电平转换2. 使用USB转串口模块实现USB接口扩展3. 使用蓝牙模块实现无线串口扩展4. 使用WiFi模块实现无线串口扩展5. 使用以太网模块实现网络串口扩展四、定时器和计数器扩展电路1. 使用74HC161芯片进行多位计数2. 使用74HC4040芯片进行二进制计数3. 使用CD4541B芯片进行定时器功能扩展4. 使用定时器模块实现精确的时间测量5. 使用定时器和中断实现实时时钟功能五、存储器扩展电路1. 使用24CXX系列芯片进行I2C存储器扩展2. 使用AT24C256芯片进行大容量存储器扩展3. 使用SD卡进行存储器扩展4. 使用EEPROM芯片进行非易失性存储器扩展5. 使用Flash芯片进行可擦写存储器扩展总结：单片机扩展电路的设计具有很大的灵活性，可以根据具体应用需求选择不同的扩展电路。

本文对IO扩展电路、ADC和DAC扩展电路、串口扩展电路、定时器和计数器扩展电路以及存储器扩展电路进行了详细介绍，希望读者能够通过学习掌握单片机扩展电路的设计方法和应用技巧，为自己的项目开发提供更多的选择和可能性。

接口技术课程设计说明书设计题目80C51单片机存储器的扩展指导教师：设计者：系别：班级：学号：机械工程学院班学生课程设计题目：80C51单片机存储器的扩展一、课程设计工作日自年月日至年月日二、同组学生：三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）1、目的及意义(1)巩固及深化《单片机原理及应用》课程的理论知识，培养，分析，解决实际问题的能力。

(2)掌握80C51系统的总线构成，能根据题目要求确定设计思路、绘制所需的硬件电路图。

2、主要内容用两片Intel2732为80C51单片机扩展一个8KB的外部程序存储器，要求使用73LS138译码器，地址范围为B000H～CFFFH,请连线并写明扩展步骤。

3、基本要求（1）熟悉各芯片的使用方法和注意事项。

（2）绘制电路原理图（3）答辩4、主要参考资料单片机基础及应用，赵巍，冯娜，马苏常，刘玉山等，清华大学出版社，2009年指导教师签字：教研室主任签字：分析题目：根据题意知用2片Intel2732给80C51单片机扩展8KB的外程序存储器，分配的地址范围为B000H~CFFFH，分别采用线选法和译码法。

2732以HMOS-E(高速NMOS硅栅)工艺制成，24脚双列直插式,为4KB容量，地址线12条A0～A11；，数据线8条D0～D7，远为片选端，低电平有效，OE／VPP是输出允许信号，低电平有效，该引脚在编程时也作为编程电压VPP的输入端。

VCC为十5V电源，GND 为地。

（参考《微型计算机原理及应用》）由于80C51单片机对外没有专用的地址总线（AB），数据总线(DB)和控制总线(CB)，那么在进行系统扩展时，首先需要扩展系统的三总线。

1地址总线：(address bus AB)（《参考单片机基础及应用》P81）1）AB的特点地址总线用来传递地址信号，用于外扩展储存单元和I/O端口地址。

地址总线总是单向的，因为地址信号只能从单片机向外传送。