MCS-51单片机存储器的扩展

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。

第二节程序存储器的扩展(一)学习要求１、熟悉常用EPROM的扩展原理和方法。

２、掌握常用EEPROM的扩展原理和方法。

３、熟系8031扩展一片27C64的扩展方法。

（二）内容提要从EPROM的引脚功能入手熟悉其扩展方法。

1、扩展EPROM1）常见EPROM简介EPROM是以往单片机最常选用的程序存储器芯片，是一种紫外线可擦除电可编程的存储器，最经常使用的是27C系列的EPROM，如：27C16（2K）、（4K）、27C64（8K）、27C128（16K）、27C256（32K），如图8-6所示，除了27C16和27C32为24脚外，其余均为28脚。

引脚功能如下：O0-O7：数据线；A0-Ai（i=1-15）：地址线；OE：输出允许；CE：片选端；V PP、PGM：编程电源；V CC：电源；GND：接地线。

2）扩展27C6451系列单片机为外部程序存储器的扩展提供了专门的读指令控制信号PSEN，因此外部程序存储器形成了独立的空间。

如图8-7是8031扩展一片27C64的扩展逻辑图，其扩展方法如下：（1）数据总线27C64的数据线与8032的P0口对应相接构成系统的数据总线。

（2）地址总线27C64的地址线的A0～A7与8031的P0口经地址锁存器74LS373锁存后得到的地址线的低8位对应相接，而27C64的地址线的A8～A12与P2.0～P2.4对应相接，这样就构成了系统的地址总线。

（3）控制总线27C64的端与8031的读指令控制信号相接。

如果系统只需要扩展一片EPROM，则可以将片选信号CE直接接地。

在这里要注意地址总线要使用多少根是由所扩展的芯片的容量决定。

由于这里只使用外部扩展的程序存储器，因此8031的脚必须接地。

２、扩展E2PROMEEPROM是一种电可擦除可编程的存储器，最经常使用的有高压编程的28C16（2K）、28C17（2K）和28C64（8K），低压编程的28C16A（2K）、28C17A（2K）和28C64A（8K）等。

如图8-8是三种常见的EEPROM的引脚图，其中28C16和28C17都是2K的存储器，它们的区别在于：一种有28个引脚，另一种只有24个引脚。

另外28C17增加了一种检测写周期结束的方法，利用增加的引脚BUSYRDY/来表示写操作何时完成。

当写操作开始后，该引脚输出为低电平，当写操作结束时，该引脚输出高电平，这样通过该引脚的信号就可以指示与其接口的微处理器进行合适的操作。

它们的引脚功能如下：I/O0-I/O7：数据线；A0-Ai（I=1-12）：地址线；：输出允许；：片选端；W E：写允许；BUSYRDY/：写结束输出；V CC：电源；GND：接地线；NC：未连接。

当使用EEPROM作为存储器使用时，它与CPU的接线和使用EPROM的扩展接线非常相似，也是按照三总线的扩展原则进行接线，不同之处在于为了在线改写，单片机的端与EEPROM的端相接。

（三）习题与思考题1、试述EPROM的扩展原理和方法。

2、试述EPROM的扩展原理和方法。

第三节数据存储器的扩展(一)学习要求1、掌握常用数据存储器芯片及数据存储器的扩展方法。

2、掌握静态随机存储器SRAM的引脚功能。

3、掌握6116的扩展逻辑图及6116的地址范围计算方法。

4、掌握6264的扩展逻辑图及6116的地址范围计算方法。

（二）内容提要1、静态随机存储器SRAM虽然MCS-51系列的单片机有128或256字节的内部数据存储器，但是在实际应用中这些数据存储器经常是不够，因此要扩展外部的数据存储器，扩展的最大容量可以达到64K 字节。

在单片机应用系统中经常选用静态随机存储器SRAM，也可以选用EEPROM或者FLASH 存储器。

常用的SRAM有：6116（2K）、6264（8K）、62256（32K）等。

引脚功能如下：I/O0-I/O7：数据线；A0-Ai（I=1-14）：地址线；：输出允许；：片选端；W E：写允许；CS： 6264第二片选端高电平有效；V CC：电源；GND：接地线；NC：未连接。

数据存储器的扩展与程序存储器的扩展非常相似，所使用的地址总线和数据总线完全相同，但是它们所用的控制总线不同，数据存储器的扩展所使用的控制总线是和RD，而程序存储器所使用的控制总线是PSEN，因此虽然它们的地址空间相同，但是由于控制信号不同所以不会冲突。

2、扩展静态 RAM 61168031采用线选法扩展一片6116的扩展逻辑图，它与8031扩展程序存储器的差别仅在于控制总线不同。

图中使用了未用到的高位地址线P2.7作为片选信号接至6116的CE端，因此图中6116的地址范围计算如表8-1：表8-1 6116地址计算表的组合可以得到图8-10中的6116共有16组地址，习惯上在计算地址是可以将未用到的地址信号看作1，如果将A11～A14都置为1则可以得到该片6116的地址范围为7800H～7FFFH。

3、扩展静态 RAM 6264如图8-11是8031采用线选法扩展一片6264的扩展逻辑图，图中使用了未用到的高位地址线P2.7作为片选信号接至6264的CE端，由于6264有还具有另外一个高电平有效的片选端，此时可以直接将该引脚接至高电平，因此图中6264的地址范围计算如表8-2：表8-2 6264地址计算表根据A13、A14不同的组合可以得到6264的4组地址：0000H～1FFFH、2000H～3FFFH、4000H～5FFFH、6000H～7FFFH。

（三）习题与思考题1、使用3-8译码器最多可以扩展多少片6264，试画出其逻辑扩展图，并且写出每一片的地址范围。

第四节扩展外部存储器的综合设计举例(一)学习要求1、掌握扩展外部存储器的方法。

（二）内容提要在一个系统中扩展一片程序存储器27C64和一片数据存储器6116的综合逻辑扩展。

程序存储器和数据存储器是共用数据总线和地址总线的，实际上在51系列单片机的并行扩展系统中，所有的外部并行扩展器件都是共用数据总线和地址总线的。

程序存储器可扩展的空间范围是：0000H～FFFFH，数据存储器可扩展的空间范围也是：0000H～FFFFH，它们之间是通过控制总线来进行区分的。

数据存储器的扩展所使用的控制总线是和RD，而程序存储器所使用的控制总线是PSEN。

在51系列单片机的并行扩展系统中，数据存储器的扩展地址和外部I/O口的扩展地址是进行统一编制的。

数据存储器的地址范围与图8-10的6116的地址完全一样，而27C64的地址计算方法与6116的计算方法一样。

（三）习题与思考题1、画出8031扩展一片28C16作为程序存储器的逻辑扩展图并写出其地址范围。

2、画出综合扩展一片27C64和两片6264的逻辑扩展图并写出它们的地址范围。