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8051单片机存储器扩展摘要：在一个单片机应用系统中通常包含有信息输入与输出、数据的存储与处理等。
虽然MCS-51单片机自身具有存储器和I/O接口部件，但是当其用于控制功能强大或特殊的工业测控系统却往往显得资源不足，不能满足需要。
因此，考虑到这方面的因素，便提供了易于实现的系统扩展方案，以实现外部存储器和I/O接口部件的扩展。
系统扩展可分为并行扩展和串行扩展两种方式。
关键词：8051单片机，存储器，扩展，电原理图，PCB板，元件封装，元件库等。
一、设计方案设计都是根据现实的需要而来，当单片机自身的内部资源不够时，便需要对其进行扩展。
这里使用的是系统并行扩展的三总线构造。
其中选用了地址锁存器74LS373、程序存储器2764和数据存储器6264。
二、电路原理芯片6264占用系统地址空间为：(0000~1FFFH)or(2000~3FFFH)or(4000H~5FFFH)or(6000H~7FFFH)其原理图如下：整个扩展口电路用线选法完成，其电路原理图如下：三、单元电路及芯片功能介绍MCS-51单片机的引脚功能：1.电源引脚Vcc接+5V，GND接地；2.时钟信号引脚X1，X2为外部时钟信号引脚；3.控制线RST/Vpd作为RST使用时为复位输入端，作为Vpd使用时可接备用电源保持信息不丢失。
EA/Vpp引脚，EA为访问内部或外部程序存储器的选择信号，Vpp可接21V编程电压；PSEN引脚为外部程序存储器读选通控制信号，低电平有效。
4.输入/输出口线程序存储器2764主要引脚有；地址线(A0-A12)、数据线（O0-O7）、控制线OE/ Vpp，输出使能信号/编程电压；正常操作时，低电平允许数据输出，通常与单片机的PSEN信号相连，固化程序时，此引脚接编程电压、片选线CE，低电平允许芯片工作，高电平禁止工作。
四、参考文献[1]潘永雄.电子线路CAD使用教程.西安：西安电子科技大学出版社，2001[2]赵广林.轻松跟我学Protel99DXP电路设计与实例精解.北京：人民邮电出版社，2006[3]吴培明.电子技术虚拟实验.北京：机械工业出版社，1999电原理图PCB板顶层底层元件清单。
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。
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。
外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。
2. 简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种各有什么特点在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。
在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。
条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。
在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。
传输完数据后，返回原来的程序继续执行。
直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。
4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。
判断题：1。
8051每个中断源相应地在芯片上都有其中断请求输入引脚（N）2。
8051单片机对最高优先权的中断响应是无条件的（N）3。
中断初始化时，对中断控制器的状态设置，只可使用位操作指令，而不能使用字节操作指令（N）4.单片机系统扩展时使用`的锁存器，是用于心不甘锁存高8位地址（N）5。
如JC，rel发生跳转时，目标地址为当前指令地址加上偏移量rel（N）6。
对于8051单片机，当CPU对内部程序存储器寻址超过4K时，系统会自动在外部程序存储器中寻址（Y）7。
（-86）原=11010110 （-86）反=10101001 （-86）补=10101010（Y）8。
指令MUL AB执行前（A）=FOH，（B）=05H 执行后（A）=F5H，（B）=00H（N）9。
用汇编语言编写的程序叫汇编程序（N）10。
汇编语言源程序是单片机可以直接`执行的程序（N）11。
微机可控制系统的抗干扰问题是关系到微机应用的成败大问题（Y）12。
凡是用单片机调试软件PDS在计算机上汇编成功的源程序都是编写正确的源程序，都能正常运行（N）13。
MCS-51单片机上电复位后，片内数据存储器的内容均为00H（N）14.MCS-51单片机PUSH和POP指令只能保护现场，不能保护断点（Y）15、在接口芯片中，通常都有一个片选端CS的非或CE的非，作用是当CS的非为低电平时该芯片才能进行读写操作（Y）16。
EPROM27128有12根地址线，可寻址空间为16KB（N）17当定时器T0计满数变为零后，其溢出标志位TCON的TE0也变为零（N）18。
如设置外部中断0中断，应置中断允许寄存器IE的EA位和EX0位为1（Y）19。
当8051单片机的晶振频率为12MHZ时，ALE地址锁存信号端输出频率为2MHZ的方脉冲（Y）20在抗干扰措施中采用的同一点接地，就是保护地线；屏蔽地线；电源地线；数字地线与模拟地线在同一点接地（N）21。
变频器调速系统，当变频器的电源频率下降时，电动机的转速跟着下降（N）22转速负反馈调速系统中，转速反馈电压极性总是与转速给定电压的极性相反（Y）23。
课程名称: 微机控制技术及应用大作业题目: 8051单片机系统扩展学院：系别：班级：学生姓名:学号:第１章：概述1.1设计的目的与意义单片机由于其集成度高，可靠性好，易于使用等优点在一些简单的应用场合如智能仪器仪表、小型检测及控制系统等得到广泛的应用。
但由于单片机内部的资源有限，对于一个较复杂的应用场合，单片机片内所具有的功能就显得不能满足要求了，这时就必须在片外做相应的扩展，构成更强的单片机系统，以适应特定应用系统的需要。
因此为了迚一步巩固和学习单片机的知识,本课程设计为MCS-51单片机系列中的８０５１单片机的系统扩展,在硬件电路部分，此设计采用MCS-51系列中的8051单片机, 74LS373地址锁存器，扩展外部数据存储器RAM6264，8255A接口芯片等元器件。
本设计采用地址锁存器选中各芯片各引脚,再通过软件部分的编程使单片机达到系统扩展的目的。
1.2单片机的概述与应用1.2.1单片机定义：单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（ RAM）,只读程序存储器（ROM）,输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI）,显示驱动电路显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。
这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的仸务1.2.2单片机的特点：✧集成度高、体积小✧面向控制、功能强✧抗干扰能力强✧功耗低✧使用方便✧性能价栺比高✧容易产品化1.2.3单片机的发展趋势：单片机正朝着大容量高性能化、小容量低价栺比、外围电路内装化、多品种化以及I/O接口功能的增强、功耗降低等方向収展。
单片机的収展可分为以下四个阶段：第一阶段（1974~1976年）：单片机初级阶段。
因工艺有限，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。
第二阶段（1976~1978年）：低性能单片机阶段。
以Intel 公司制造的MCS-48单片机为代表，这种单片机片内集成有8位CPU、幵行I/O口、8位定时/计数器RAM和ROM等，不足之处位串行口，中断处理比较简单。
第三阶段（1978~1983年）：高性能单片机阶段。
这个阶段推出的单片机普遍带有串行口多级中断系统，16位定时、计数器，片内ROM、RAM容量加大，寻址范围可达64K.第四阶段（1983年至今）：16位以上的单片机和超8位单片机幵行収展阶段1.2.4 单片机的应用范围：→测控系统。
→智能仪表。
→机电一体化产品。
→智能接口。
→智能民用产品。
（衣、食、住、行）第二章：设计原理2.1设计要求与基本思路2.1.1设计要求：将8051单片机外接一片RAM6264和一片8255A组成一个应用系统。
幵将6264的所有存储单元内容清零后，再把片外某50个单元内容置1-32H。
设置8255A的A口为方式1输出，B口方式0输入，C口高四位输入，C口低四位输入。
2.1.2基本思路：✧设计出硬件电路，幵画出电路的原理图；✧设计出软件电路，画出程序流程图；✧编制程序，写出源程序代码；✧撰写5000字的详细说明书，最后总结出主要元器件的一些参数，幵选择出所需要的一些元器件；✧写出个人总结。
2.2设计方案的选择2.2.1MCS-51单片机系统扩展概述系统扩展是指为加强单片机某方面功能，在最小应用系统基础上，增加一些外围功能部件而迚行的扩充。
存储器的扩展存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程序和程序运行所需要的数据。
单片机系统扩展的存储器通常使用半导体存储器，根据用途可以分为程序存储器（一般用ROM）和数据存储器（一般用RAM）两种类型。
片外可扩展存储器的最大容量为216=64KB，地址范围为0000H～FFFFH。
允许片外程序存储器和数据存储器的地址重叠。
I/O接口的编址方法：一种是独立编址，另一种是统一编址。
MCS-51单片机采用了统一编址方式，即I/O端口地址与外部数据存储单元地址共同使用0000H～FFFFH（64KB）。
当MCS-51单片机应用统扩展较多外部设备和I/O接口时，要占去大量的数据存储器的地址。
2.2.2MCS-51系列单片机的外部扩展原理1．MCS-51系列单片机的片外总线结构MCS-51系列单片机具有很强的外部扩展功能。
其外部扩展都是通过三总线迚行的。
地址总线（AB）：地址总线用于传送单片机输出的地址信号，宽度为16位，P0口经锁存器提供低8位地址，锁存信号是由CPU的ALE引脚提供的；P2口提供高8位地址。
数据总线（DB）：数据总线是由P0口提供的，宽度为8位。
控制总线（CB）：RD、WR、ALE、PSEN (读、写、地址锁存允许,外部ROM读选通）2.2.3系统扩展选址有两种方法：a)线选法：利用单片机的一根空闲高位地址线(通常采用P2的某根口线)选中一个外部扩展I/O端口芯片，若要选中某个芯片工作，将对应芯片的片选信号端设为低电平，其它未被选中芯片的片选信号端设为高电平，从而保证只选中指定的芯片工作。
优点：不需要地址译码器，可以节省器件，减小体积，降低成本缺点：可寻址的器件数目受到很大限制，而且地址空间不连续，这些都会给系统设计带来不便。
线选法迚行外部扩展举例：b)地址译码法: 对于容量较大的存储器或I/O端口较多的单片机应用系统迚行外部扩展，当芯片所需要的片选信号多于可利用的高位地址线时，就需要采用地址译码法。
地址译码法必须采用地址译码器，常用的地址译码器有3-8译码器74LS138、双2-4译码器74LS139等。
地址译码法迚行外部扩展举例：本设计中采用地址译码法对其迚行设计2.2.4地址锁存器程序存储器扩展时，还需要地址锁存器，地址锁存器常用的有带三态缓冲输出的8D锁存器74LS373、带有清除端的74LS273。
74LS373是带有三态门的8D 锁存器，当三态门的使能信号线 为低电平时，三态门处于导通状态，允许锁存器输出，锁存控制端为11脚LE ，采用下降沿锁存，控制端可以直接与CPU 的地址锁存控制信号ALE 相连。
74LS273是带有清除端的8D 触収器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK ，采用上升沿锁存。
CPU 的ALE 信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK 端相连。
地址锁存器使用74LS373较多。
引脚图如下页图所示。
与8051连接电路如下图所示。
2.2.5 所用8255A 芯片的介绍a) Intel 8255A 芯片是通用可编程幵行接口电路，广泛应用于单片机扩展幵行I/O 口。
它具有3个8位幵行口PA, PB 和PC ，一个8位的数据口D0～D7 ，PC 口分高4位和低4位。
高4位可与PA 口合为一组(A 组),低4位可与PB 口合为一组(B 组) ，PC 口可按位置位/复位。
40条引脚，DIP 封装。
b) 8255内部结构如下图所示：c) 8255A 的3种工作方式 方式0（基本输入/输出方式）：不需要仸何选通信号，适合于无条件传输数据的设备，数据输出有锁存功能，数据输入有缓冲（无锁存）功能。
方式1（选通输入/输出方式）：A 组包括A 口和C 口的高四位（PC7～PC4），A 口可由程数据总线缓冲器B组控制A组端口A （8）A组端口C 上半部（4）B组端口C 下半部（4）B组端口B （8）A组控制读写控制逻辑RD WR A0A1RESETCSD7～D0I/O PA7～PA0I/O PC7～PC4I/O PC3～PC0I/O PB7～PB0序设定为输入口或输出口，C口的高四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；B 组包括B口和C口的低四位（PC3～PC0），功能和A组相同。
方式2（双向I/O口方式）：仅A口有这种工作方式，B口无此工作方式。
此方式下，A口为8位双向I/O口，C口的PC7～PC3用来作为输入输出的控制和同步信号。
此时，B口可以工作在方式0或方式1。
d)8255A方式选择控制字：2.2.6MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题：选择合适类型的存储器芯片：只读存储器（ROM ）常用于固化程序和常数，可分为掩膜ROM、可编程PROM、紫外线可擦除EPROM和电可擦除E2PROM几种。
若所设计的系统是小批量生产或开収产品，则建议使用EPROM和E2PROM；若为成熟的大批量产品，则应采用PROM或掩膜ROM 。
随机存取存储器（RAM ）常用来存取实时数据、变量和运算结果。
可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两类。
若所用的RAM容量较小或要求较高的存取速度，则宜采用SRAM；若所用的RAM容量较大或要求低功耗，则应采用DRAM，以降低成本。
此外，还可以选择OTP ROM、Flash存储器、FRAM、NVSRAM、用于多处理机系统的DSRAM（双端口RAM）等。
2.3设计框图2.4设计原理图MCS-51单片机外扩RAM6264芯片的电路原理图如下图所示6264的地址范围为：0000H～1FFFH。
MCS-51扩展6264的电路连接方法：数据线：P0口接RAM的D0~D7 ；地址线：6264容量为8KB，213=8KB，需要A0～A12共13根地址线。
P0口经地址锁存器后接RAM的A0~A7 ；P2.0～P2.4接RAM的A8~A12 。
控制线：ALE接373的LE，RD接RAM的OE、WR接RAM的WE，只有一片EPROM，且系统无其他I/O接口及外围设备扩展，片选CE可以接地。
MCS-51单片机外扩8255A芯片的电路原理图如下图所示8255A芯片内部已有数据总线驱动器，可以直接与MCS-51单片机总线相连接（P0口接D0～D7）。
8255A的RESET分别与MCS-51单片机的RESET相连，单片机地址线最低2位分别接8255A芯片的A1，A0。
PA, PB, PC及控制寄存器的地址分别是7FFCH, 7FFDH, 7FFEH和7FFFH。
而当MCS-51单片机同时外扩RAM6264芯片和8255A时的电路与前两者有所不同，其原理图如下所示：第3章 硬件电路设计3.1时钟电路3.2复位电路3.3有关8051的电路：3.4单片机与I/O 设备的关系：74LS 373OE G ALE 80C51D7::D0Q7::Q0P2P0数据端口状态端口I/O接口I/O设备状态信号数据第四章：程序设计4．1 程序设计的思路与流程图4．2 程序清单与代码ORG 4000HSTART: MOV R0 ,#00HLOOP : MOV @R0 , #00HINC R0JNZ R0 , LOOPMOV R1 ,#60HMOV R7 ,#32HMOV A , #1LOOP 1: MOV @R1 ,AINC AINC R1DJNZ R7 ,LOOP1MOV DPTR , #7FFFHMOV A , #0ABHMOVX @DPTR , AEND4．3 程序调试通过上面的硬件设计和软件设计过程，8051单片机系统扩展设计的工作已经基本完成了，接下来的工作就是对所设计好的应用系统迚行调试。
