第6章单片机并行存储器扩展-修改

第6章单片机并行存储器扩展教学基本要求：

（1）、了解单片机系统并行扩展结构及扩展内容；（2）、熟悉常用存储器芯片、译码芯片的引脚功能及真值表；（3）、熟悉线选法和译码法两种编址方法；（4）、掌握单片机片外并行三总线的构造方法；（5）、掌握单片、多片存储器芯片扩展的方法；教学重点：（1）、单片程序存储器的扩展方法；（2）、单片数据存储器的扩展方法；（3）、程序存储器、数据存储器同时扩展的方法；教学难点：（1）、扩展的存储器芯片片内存储单元的地址范围分析；6.1单片机并行外扩展系统

单片机芯片内虽然含有CPU、ROM、RAM、T/C及I/O口等，但其内部资源毕竟有限。在实际应用中，大多数情况下，光靠片内资源是不够的。因此，需要对单片机进行资源性扩展，而最主要的是存储器扩展和I/O口扩展。6.1.1单片机并行扩展总线（1）系统总线总线：指连接计算机各部件的一组公共信号线。

（a）地址总线（AddressBus）AB

1）用于传送单片机送出的地址信号，选择存储器单元，

I/O口等；

2）具有单向性；

3）地址总线的数目决定可直接访问的存储单元数目。例：n位地址线，即可访问2n个存储单元。（b）数据总线（DataBus）DB1）用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。

2）具有双向性。

3）总线位数决定于单片机内CPU的字长。

MCS-51单片机是8位字长，因此，其数据总线也是8位。（c）控制总线（ControlBus）CB1）一组控制信号线。

2）对某一控制信号线而言，具有单向性；对于不同的控制信号线而言，具有双向性。（2）总线构造（总线扩展）（a）数据总线（D0～7）

P0口：P0.0～P0.7（D0～D7）；（b）地址总线（A0～15）

P0口：P0.0～P0.7（A0～A7）P2口：P2.0～P2.7（A8～A15）

（c）控制总线

ALE：地址锁存选通信号，实现低8位地址（A0～A7）的锁存。

/PSEN：扩展程序存储器的读选通信号。

/EA：内外程序存储器的选择信号。

/RD：扩展数据存储器和I/O端口的读选通信号。

/WR：扩展数据存储器和I/O端口的写选通信号。

6.1.2并行扩展系统的I/O编址和芯片选取1、单片机外扩地址空间单片机的外扩地址空间，与它的存储器系统有关。2、片选技术单片机片内存储单元和4个I/O口系统已经编址，因此，只有外扩的存储器和I/O口才存在编址和片选问题。

注意：以外扩存储器来讲解编址和片选技术所谓扩展存储器编址，即使用系统提供的地址线，通过适当地连接，达到一个编址唯一地对应存储器中一个存储单元的目的。由于扩展存储器往往是由多片存储器芯片组成，而一个存储器芯片内部又有众多的存储单元，因此，扩展存储器编址应分两个层次：即芯片的选择及芯片内部存储单元的选择。（a）芯片内部存储单元的编址：由芯片内的译码电路完成，只需将存储芯片的地址引脚与相应的系统地址线直接连接。（b）芯片的选择：每个存储芯片都有片选信号引脚，因此，芯片选择的实质就是如何产生芯片的片选信号。通常采用剩余的高位地址线作为存储芯片的片选信号。

存储器扩展的编址技术存储器扩展时，一般使用线选法和译码法两种编址方法：（a）线选法

1）直接以系统的地址线作为存储芯片的片选信号。

2）连接方式：把用到的地址线与芯片片选端直接连接。

3）优点：简单。

4）缺点：扩展存储空间容量小，且断续、有重叠现象。

（b）译码法

1）使用译码器对系统高位地址进行译码，以译码器输出作为存储芯片的片选信号。

2）两种方式：局部译码法和全部译码法。

3）优点：能有效利用存储空间。

4）常用译码芯片：74LS139（双2～4）、74LS138（3～8）

74LS138的引脚图：

74LS138引脚功能：/E1、/E2、E3为使能端；

A、B、C译码信号输入端；

Y7～Y0译码输出信号端，低电平有效。

74LS138的真值表：A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7774LS138返回返回使能端输出端使能选择Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7E3/E2/E1CBA10000001111111100001101111111000101101111110001111101111100100111101111001011111101110011011111101100111111111100××××111111111×1×××111111111××1××11111111174LS138真值表返回6.2存储器分类6.2.1只读存储器根据对ROM编程方式的不同，ROM分为以下五种。（1）掩膜ROM（maskROM）：由厂家在芯片生产过程中实现编程。（2）可编程ROM（PROM）（otpROM）：用户只能编程一次。（3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM）：用户能编程多次。典型芯片：INTEL2716（2K×8）、2732（4K×8）、

2764（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）（4）电擦除可改写ROM（EEPROM）：用户能编程多次。典型芯片：INTEL28C16、28C17、28C186.2.2读/写存储器6.3.1程序存储器并行扩展下面以INTEL2716为例进行说明（1）2716引脚及功能

A10～A0：11位地址线

O7～O0：8位数据引脚

/CE（PGM）：

/CE：片选，低电平有效。

/OE：输出信号允许，当/OE=0时有效。

Vpp：编程电源：+25V；正常工作：+5V。

6.3存储器并行扩展（2）2716的工作方式

（a）读方式：

（b）未选中方式：

（c）编程方式：（d）程序检验方式：（e）编程禁止:

引脚方式/CE/PGM/OEVPPO7～O0读出低低+5V程序读出未选中高×+5V高阻编程正脉冲高+25V程序写入程序检验低低+25V程序读出编程禁止低高+25V高阻

程序存储器扩展举例（1）单片程序存储器扩展例：80C51单片机需要扩展2KB的外部ROM，采用Intel2716芯片。解：Intel2716芯片具有2KB的存储单元，因此，2716芯片内部存储单元的寻址需要11根地址线（A0～A10）（211=2KB）。

（a）80C51单片机的片外三总线与2716芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓O0～O7；地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A10）：P2.0～2〓A8～A10

片选线：P2.7〓/CE

控制总线：/PSEN〓/OE/EA〓“+5V”

（b）存储映像分析所谓存储器的存储映像分析就是指如何确定扩展存储器芯片内存储单元的地址范围（最低地址～最高地址）。上述三总线的连接过程中，地址总线只需11根（A0～A10），占据了P0口的8根口线（P0.0～7）和P2口的3根口线（P2.0～2），片选线占据了P2口的1根口线（P2.7）。因此，P2口还剩4根口线（P2.3～6），一般来说其状态是任意的。为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A11～A14（P2.3～6）处于一种确定状态（例如：全部为“0”状态），则扩展的程序存储器芯片Intel2716的地址范围分析如表所示：如果没有用到的高位地址线A11～A14（P2.3～6）全部为“1”状态，则扩展的程序存储器芯片2716的地址范围分析如表所示：

由此可见，当没有用到的高位地址线A11～A14（P2.3～6）从0000～1111变化时，Intel2716的地址范围有16个，具有重叠性，这是由于译码的方法采用片选法的原因。思考题：

1）如果片选信号采用P2.6，没有用到的高位地址线的状态全部为“0”，应如何连线，其地址范围是多少？

2）如果片选信号采用P2.7，没有用到的高位地址线的状态全部为“0”，应如何连线，其地址范围是多少：（2）多片程序存储器扩展例：80C51单片机需要扩展16KB的外部ROM，采用Intel2764芯片。解：Intel2764芯片具有8KB的存储单元，因此，2716芯片内部存储单元的寻址需要13根地址线（A0～A12）（213=8KB），需采用2片Intel2764芯片。

（a）80C51单片机的片外三总线与2764芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓O0～O7；地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A12）：P2.0～4〓A8～A12

片选线：P2.7〓/CE

控制总线：/PSEN〓/OE/EA〓“+5V”

（b）存储映像分析上述三总线的连接过程中，地址总线只需13根（A0～A12），占据了P0口的8根口线（P0.0～7）和P2口的5根口线（P2.0～4），片选线占据了P2口的1根口线（P2.7）。因此，P2口还剩2根口线（P2.5～6），一般来说其状态是任意的。为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A13～A14（P2.5～6）处于一种确定状态（例如：全部为“0”状态），则扩展的程序存储器芯片Intel2764（1）的地址范围分析如表所示：

Intel2764（2）的地址范围分析如表所示：思考题：如果2764（1）、2764（2）的片选信号分别采用P2.7、P2.6，没有用到的高位地址线的状态全部为“0”，则应如何连线，其2764（1）、2764（2）地址范围是多少？

口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址1000000000000000最高地址1000011111111111Intel2716存储器芯片内部存储单元的地址范围8000H～87FFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址1111100000000000最高地址1111111111111111Intel2716存储器芯片内部存储单元的地址范围F800H～FFFFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0100000000000000最高地址0100011111111111Intel2716存储器芯片内部存储单元的地址范围4000H～47FFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0000011111111111Intel2716存储器芯片内部存储单元的地址范围0000H～07FFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0001111111111111Intel2764（1）芯片内部存储单元的地址范围0000H～1FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址1000000000000000最高地址1001111111111111Intel2764（2）芯片内部存储单元的地址范围8000H～9FFFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0100000000000000最高地址0111111111111111Intel2764（1）芯片内部存储单元的地址范围4000H～7FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址1000000000000000最高地址1011111111111111Intel2764（2）芯片内部存储单元的地址范围8000H～0BFFFH返回6.3.2数据存储器并行扩展下面以INTEL6116为例进行说明（1）6116引脚及功能

A10～A0：地址引脚

D7～D0：数据引脚

/CS：片选

/OE：数据输出允许

/WE：写选通

Vcc：+5V

GND：地

（2）6116的工作方式

（a）未选中：

（b）禁止：

（c）读出：（d）写入：

状态/CS/OE/WED7～D0未选中1××高阻禁止011高阻读出001数据读出写入010数据写入

数据存储器扩展举例数据存储器扩展与程序存储器扩展在数据线、地址线的连接上是完全相同的。不同之处在于控制信号，程序存储器的扩展使用/PSEN作为读选通信号，而数据存储器的扩展使用/RD和/WR分别作为读、写选通信号。（1）单片数据存储器扩展例：80C51单片机需要扩展2KB的外部RAM，采用Intel6116芯片。解：Intel6116芯片具有2KB的存储单元，因此，6116芯片内部存储单元的寻址需要11根地址线（A0～A10）（211=2KB）。（a）80C51单片机的片外三总线与6116芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓D0～D7；

地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A10）：P2.0～2〓A8～A10

片选线/CS：接地控制总线：/RD〓/OE；/WR〓/WE/EA〓“+5V”（b）存储映像分析为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A11～A15（P2.3～7）全部为“0”状态，则扩展的数据存储器芯片Intel6116的地址范围分析如表所示：（2）线选法多片数据存储器扩展例：80C51单片机需要扩展8KB的外部RAM，采用Intel6116芯片、线选法编址。解：Intel6116芯片具有2KB的存储单元，因此，6116芯片内部存储单元的寻址需要11根地址线（A0～A10）（211=2KB）。（a）80C51单片机的片外三总线与6116芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓D0～D7；地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A10）：P2.0～2〓A8～A10

片选线/CS：P2.6～3

控制总线：/RD〓/OE；/WR〓/WE/EA〓“+5V”（b）存储映像分析为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A15（P2.7）为“0”状态，则扩展的数据存储器芯片

Intel6116（1）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（2）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（3）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（4）的地址范围分析如表所示：（3）译码法多片数据存储器扩展例：80C51单片机需要扩展8KB的外部RAM，采用Intel6116芯片，利用74LS139芯片译码法编址。解：Intel6116芯片具有2KB的存储单元，因此，6116芯片内部存储单元的寻址需要11根地址线（A0～A10）（211=2KB）。（a）80C51单片机的片外三总线与6116芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓D0～D7；地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A10）：P2.0～2〓A8～A10

片选线/CS：P2.3～5〓74LS139（Y0～Y3）控制总线：/RD〓/OE；/WR〓/WE/EA〓“+5V”（b）存储映像分析为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A15～A15（P2.7～P2.7）为“0”状态，则扩展的数据存储器芯片

Intel6116（1）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（2）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（3）的地址范围分析如表所示：

Intel6116（4）的地址范围分析如表所示：思考题：上例中，如果译码芯片采用74LS138（3～8）或74LS154（4～16），则应如何接线，其地址范围又如何确定？返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0000011111111111Intel6116存储器芯片内部存储单元的地址范围0000H～07FFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0011100000000000最高地址0011111111111111Intel6116（1）芯片内部存储单元的地址范围3800H～3FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0101100000000000最高地址0101111111111111Intel6116（2）芯片内部存储单元的地址范围5800H～5FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0110100000000000最高地址0110111111111111Intel6116（3）芯片内部存储单元的地址范围6800H～6FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0111000000000000最高地址0111011111111111Intel6116（4）芯片内部存储单元的地址范围7000H～77FFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0000011111111111Intel6116（1）芯片内部存储单元的地址范围0000H～07FFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000100000000000最高地址0000111111111111Intel6116（2）芯片内部存储单元的地址范围0800H～0FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0001000000000000最高地址0001011111111111Intel6116（3）芯片内部存储单元的地址范围1000H～17FFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0001100000000000最高地址0001111111111111Intel6116（4）芯片内部存储单元的地址范围1800H～1FFFH返回

同时扩展程序存储器和数据存储器在单片机应用系统中，常常同时需要扩展程序存储器和数据存储器。例：80C51单片机需要同时扩展8KB的外部ROM和8KB的外部RAM，外部ROM芯片采用2764，而外部RAM芯片采用6264。

2764芯片和6264芯片均具有8KB的存储单元，因此，两种芯片内部存储单元寻址需要13根地址线（A0～A12）（213=8KB）。（a）80C51单片机的片外三总线与2764、6264芯片的连接数据总线（D0～D7）：P0.0～7〓D0～D7；地址总线（A0～A7）：P0.0～7（经74LS373输出）〓A0～A7

（A8～A12）：P2.0～4〓A8～A12

片选线：2764/CE：接地

6264/CS：接地控制总线：/PSEN〓2764/OE/RD〓6264/OE；/WR〓6264/WE/EA〓“+5V”（b）存储映像分析为了便于存储映像分析，通常假设没有用到的高位地址线A13～A15（P2.5～7）全部为“0”状态，则扩展的程序存储器芯片Intel2764的地址范围分析如表所示：扩展的数据存储器芯片Intel6264的地址范围分析如表所示：思考题：1）2764与6264地址范围相同，使用时会发生冲突吗？

2）如果2764、6264分别采用P2.7、P2.6进行片选，应如何连接，2764与6264地址范围应如何确定？返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0001111111111111Intel2764芯片内部存储单元的地址范围0000H～1FFFH返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地址线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址0000000000000000最高地址0001111111111111Intel6264芯片内部存储单元的地址范围0000H～1FFFH返回返回口线P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0地