第6章 单片机外部存储器扩展《单片机原理与应用系统设计》

《单片机原理与应用系统设计》✩精品课件合集第X章XXXX第六章 单片机外部存储器扩展6.16.26.36.4第六章 单片机外部存储器扩展单片机系统扩展概述存储器的扩展程序存储器扩展数据存储器扩展6.551系列单片机存储器系统的特点和使用6

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1 单片机系统扩展概述所谓系统扩展一般有两项主要任务：其一，是把系统所需的外设和单片机连接起来，使单片机系统能与外界进行信息交换。如通过键盘、A/D

转换器等外部设备向单片机送入数据、命令等有关信息，去控制单片机；通过显示器、发光二极管、打印机等设备把单片机处理的结果送出来，向人们提供各种信息或对外界设备提供控制信息，这项任务实际上就是单片机接口设计。其二，是扩大单片机的存储容量。由于单片机的结构、集成工艺等关系，单片机内的ROM、RAM

等容量不可能很大，在使用中有时不够，需要在芯片外进行扩展。6

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1 单片机系统扩展概述最小应用系统所谓最小系统，是指一个真正可用的单片机最小配置系统。对于片内带有程序存储器的单片机（如AT89C51），只要在芯片上外接时钟电路和复位电路就能达到真正可用，这就是一个最小系统。AT89C51最小系统结构图最小应用系统6

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1 单片机系统扩展概述对于片内不带有程序存储器的单片机（如80C31）来说，除了在芯片上外接时钟电路和复位电路外，还需外接程序存储器，才能构成一个最小系统。80C31最小系统结构图6

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1 单片机系统扩展概述单片机系统扩展方法·系统总线的基本概念总线是指连接系统中各扩展部件的一组公共信号线；是传送信息的公共通道。51

单片机系统扩展结构图6

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1 单片机系统扩展概述单片机系统扩展方法·单片机的三总线构造单片机本身没有三总线，为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接，常将单片机芯片的外部引线变为一般微型计算机的三总线形式。三总线由地址总线、数据总线和控制总线构成。51

单片机的三总线结构形式6

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1 单片机系统扩展概述单片机系统扩展方法·单片机的串行扩展技术串行扩展是通过串行接口实现的，这样可以减少芯片的封装引脚，降低成本，简化系统结构，增加系统扩展的灵活性。为了实现串行扩展。一些公司（例如PHILIPS

和ATMEL

公司等）已经推出了正统单片机的变种产品——非总线型单片机芯片，并且具有SPI（SerialPeriperal

Interface）三线总线和I2C

共用双总线两种串行总线形式。与此相配套，也出现了串行的外围接口芯片。存储器扩展概述6

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2 存储器的扩展半导体存储器分类6

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2 存储器的扩展存储器扩展概述51

单片机的扩展能力根据51

单片机地址总线宽度（16

位）可知，在片外可扩展的存储器最大容量为64

KB，地址为0000H～FFFFH。存储器按读/写特性不同区分，将只读存储器ROM

称为程序存储器，随机读写存储器RAM

称为数据存储器。存储器芯片有多种类型，即使是同一种类的存储器芯片，因其容量的不同，则引脚数目也不同。但存储器芯片与单片机扩展连接具有共同的规律。6

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2 存储器的扩展存储器扩展概述存储器主要性能指标存储容量：是指存储器可以存储的二进制信息总量，也可以说是存储单元的数目。存取速度：存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期来衡量。存取时间：是指完成一次存储器读/写操作所需要的时间，故又称读写时间。存取周期：是连续进行读/写操作的所需的最小时间间隔。价格：存储器的价格也是人们比较关心的指标。6

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2 存储器的扩展存储器扩展概述存储器容量的确定存储器容量的确定与将要扩展的存储器芯片的地址总线有关。地址总线包含8

根地址线时：2^8＝256，共计256

B。每根地址线可传送1

位二进制信息（0或1），当地址总线包含8

根地址线时，则可传送的最小数字为00000000B＝00H，最大数字为11111111B＝255＝FFH。所以地址范围是：00H～FFH。地址总线包含16

根地址线时：2^16＝64×1024＝64

KB；共计64

KB。则可传送的最小数字为0000000000000000B＝0000H，最大数字为1111111111111111B＝65536＝FFFFH。所以地址范围是0000H～FFFFH。6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术什么是存储器编址存储器编址就是利用系统提供的地址线，通过适当的连接，最终达到给存储器中每一个存储单元对应唯一地址的目的。储器编址的任务有两个：存储芯片的选择（也称为存储器映象）和芯片内部存储单元的选择。6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术存储器编址的实现方法通常把单片机系统地址笼统地分为低位地址和高位地址。芯片内部存储单元的编址，是由芯片内的译码电路来完成的。存储器芯片的地址线数目总是少于单片机地址总线的数目，剩余地址线一般作为扩展存储器芯片片选信号，片选信号线与单片机系统的译码输出相接后，就决定了存储器芯片的地址范围。6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术存储器芯片片选端的处理线选法，就是直接以系统的高地址位作为存储芯片的片选信号。为此只需把片内寻址未用的任何高位地址直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位有效来使片选信号有效的方法称为线选法。译码法就是使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。分为部分译码法和完全译码法：进行译码产生片选信号。用片内寻址未用的全部高位地址译码产生片选信号。6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术存储器芯片片选端的处理在设计存储器扩展连接或分析扩展连接电路确定存储器芯片的地址范围时，常采用下图所示的地址译码关系图的方法。地址译码关系图6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术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：若所选存储器芯片字长与单片机字长不一致，则不仅需要扩展容量，还需扩展字长。所需芯片数目按下式确定：扩展存储器编址技术6

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2 存储器的扩展常用译码器介绍74LSl39

是双2—4

译码器74LS139

译码器引脚图74LS139

的真值表6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术常用译码器介绍74LS138为一种常用的 3-8

地址译码器芯片。74LS138

译码器引脚图6

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2 存储器的扩展扩展存储器编址技术常用译码器介绍74LS138

的真值表6.3 程序存储器扩展只读存储器概述只读存储器简称为ROM。ROM

中的信息一旦写入之后就不能随意更改，特别是不能在程序运行过程中写入新的内容，而只能读存储单元内容。ROM

存储器是由MOS

管阵列构成的，以MOS

管的接通或断开来存储二进制信息。按照程序要求确定ROM

存储阵列中各MOS

管状态的过程叫做ROM

编程。ROM分为:掩膜式ROMPROM可擦除ROM电擦除可改写ROM快擦写ROM6.3 程序存储器扩展EPROM

典型芯片介绍EPROM芯片27162716

是一种2

K×8

位（即2

KB）的紫外线擦除可改写ROM芯片。采用单一＋5

V

电源供电，2716为24

脚双列直插式封装。EPROM

芯片2716

的引脚图6.3 程序存储器扩展EPROM

典型芯片介绍2716

的工作方式6.3 程序存储器扩展程序存储器扩展举例片选信号的连接与地址译码线选法的单片程序存储器的扩展。【例6-1】试用EPROM

2764构成80C31的最小系统。2764

是8K×8位程序存储器，芯片的地址引脚线有13

条，顺次和单片机的地址线A0～A12

相接。由于采用线选法，因此高3

位地址线A13、A14、A15

不接，故有23＝8

个重叠的8

KB

地址空间。因只用一片 2764，故其片选信号CE可直接接地（常有效）。分为地址线、数据线和控制信号线的连接与存储映象分析。6.3 程序存储器扩展程序存储器扩展举例片选信号的连接与地址译码线选法的单片程序存储器的扩展。2764

与51

单片机的扩展连接图6.3 程序存储器扩展程序存储器扩展举例片选信号的连接与地址译码采用线选法的多片程序存储器的扩展。【例6-2】使用两片2764

扩展16

KB

的程序存储器，采用线选法选中芯片。例6－2

扩展连接图6.3 程序存储器扩展程序存储器扩展举例片选信号的连接与地址译码采用地址译码器的多片程序存储器的扩展。【例6-3】要求用2764

芯片扩展片外程序存储器，分配的地址范围为0000H～3FFFH

共16KB。要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。2764

为8KB×8

位，故需要两片。第1

片的地址范围应为0000H～1FFFH；第2

片的地址范围应为2000H～3FFFH。地址映象表6.3 程序存储器扩展程序存储器扩展举例片选信号的连接与地址译码采用地址译码器的多片程序存储器的扩展。【例6-3】要求用2764

芯片扩展片外程序存储器，分配的地址范围为0000H～3FFFH

共16

KB。要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。2764

为8

KB×8

位，故需要两片。第1

片的地址范围应为0000H～1FFFH；第2

片的地址范围应为2000H～3FFFH。其中未用高位地址线A15、A14、A13

用作译码器输入，采用完全译码法编址。由此可知，选用74LS138

译码器时，其输出Y0

接在第1

片的片选线上，Y1

接在第2

片的片选线上。程序存储器扩展举例6.3 程序存储器扩展用2

片2764

EPROM的扩展连接图6.4 数据存储器扩展数据存储器扩展的必要性数据存储器典型芯片常用于单片机扩展的静态数据存储器芯片有6116（2

K×8

位）、6264（8K×8位），62128（16K×8位），62256（32

K×8

位）等。静态RAM

存储器有读出、写入、维持三种工作方式，三种RAM

电路的主要技术特性见表。常用静态电路的主要技术特性6.4 数据存储器扩展数据存储器扩展的必要性数据存储器典型芯片——常用静态RAM

芯片的引脚图6.4 数据存储器扩展数据存储器扩展的必要性数据存储器的扩展举例外扩数据存储器与程序存储器相比较，数据存储器的扩展连接在数据线、地址线的连接方法是完全相同的，所不同的只在控制信号线上。扩展时同样由P2

口提供高8

位地址，P0口分时提供低8

位地址和用作8

位双向数据总线。区别在于，片外数据存储器RAM

的读和写由RD

（P3.7）和WR

（P3.6）信号控制，而片外程序存储器EPROM

的输出允许端OE

由读选通PSEN

信号控制。尽管与EPROM共处同一地址空间，但由于控制信号及使用的数据传送指令不同，故不会发生总线冲突。6.4 数据存储器扩展数据存储器扩展的必要性数据存储器的扩展举例【例6-4】利用线选法进行一片6264

静态RAM

扩展电路，如图所示：6.4 数据存储器扩展数据存储器扩展的必要性数据存储器的扩展举例【例6-5】线选法多片数据存储器扩展。用4

片6116

实现8

KB

数据存储器扩展。其连接如图

所示。例6-5

题多片RAM

扩展连接图6.4 数据存储器扩展兼有片外程序存储器和片外数据存储器的扩展举例【例6-6】如图为采用74LS139

全译码扩展两片2764（8

K）EPROM

和两片6264（8 K）RAM

芯片的电路，分析它们的地址范围。6.4 数据存储器扩展兼有片外程序存储器和片外数据存储器的扩展举例A15（P2.7）接译码器的使能端G

必须为“0”，A14、A13（P2.6、P2.5）接译码器的输入端，由于采用完全译码法，每个芯片的地址是唯一的，对应关系如图。图6-15

对应的地址映象表6.5 51系列单片机存储器系统的特点和使用数据51

单片机存储器的复杂性程序存储器与数据存储器同时存在在单片机系统中，程序存储器与数据存储器同时存在并截然分开，程序存储器是为了存放程序，而数据存储器是为了运行程序。单片机它不能配备磁盘等外存储设备，因此只能使用ROM

构成的程序存储器来解决程序的存放问题。但程序存储器是只读存储器，不能进行写操作，只能运行程序，为此RAM

构成的数据存储器又是不可缺少的。6.5 51系列单片机存储器系统的特点和使用数据51

单片机存储器的复杂性内外存储器同时存在单片机芯片的内部虽然已经有了一定数量的ROM

与RAM，但在实际使用中，只要系统稍具规模，就需要外部扩展存储器。从而形成了单片机系统既有内部存储器又有外部存储器，内部存储器有ROM

和RAM

之分，外部存储器也有ROM和RAM

之分，ROM

存储器有内外之分，RAM

存储器也有内外之分，这样一种特殊的存储器交叠配置现象，是任何其他计算机都不曾出现过的。6.5 51系列单片机存储器系统的特点和使用数据51

单片机存储器的复杂性存储器地址空间的重叠和连续两种类型的内外存储器，构成了单片机系统的4

个物理存储空间，即：片内程序存储空间、片外程序存储空间、片内数据存储空间及片外数据存储空间。对于程序存储器来说，为了运行程序的需要，要求内外程序存储器连续编址，形成一个完整的地址空间；而数据存储器，为了使用的方便，要求内外数据存储器分开各自编址，都是从“0”单元开始。从而形成了用户使用角度上的3

个逻辑存储空间。6.5 51系列单片机存储器系统的特点和使用数据51

单片机存储器的使用存储空间的区分在51系列单片机中，为区分不同的存储空间采用了硬件和软件两种措施。所谓硬件措施是指对不同的存储空间使用不同的控制信号；而软件措施则指访问不同的存储空间使用不同的指令。部程序存储器与数据存储器的区分：芯片内部的ROM

与RAM

是通过指令来相互区分的。读ROM

时使用“MOVC”指令，而读RAM时则使用“MOV”指令。51

系列单片机存储器的4

个物理存储空间和3

个逻辑存储空间6.5 51系列单片机存储器系统的特点和使用数据51

单片机存储器的使用存储空间的区分外部程序存储器与数据存储器的区分：对外部扩展ROM

与RAM，同样使用指令来加以区分，读外部ROM

使用指令“MOVC”，而读外部RAM

则使用指令“MOVX”。此外在电路连接上还提供了两个不同的选通