第六章存储器扩展

1第六章存储器系统扩展6.1MCS-51单片机扩展的原理6.2程序存储器扩展6.3数据存储器的扩展2问题的提出MCS-51单片机本身是一个基本的微型计算机，内部已经具有一定数量的存储单元和I/O接口，但在很多复杂的应用情况下，单片机内的RAM，ROM和I/O接口数量有限，不够使用，在内部的资源不能够满足系统的需要时，就需要进行资源的扩展。如何扩展?

扩展功能如何实现?

扩展部件如何连接?3

整个扩展系统以单片机为核心，通过总线把各扩展部件连接起来，各扩展部件“挂”在总线上。所谓总线，就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线，总线的根数（位数）称为总线宽度。

包括：地址总线（AB）；数据总线（DB）；控制总线（CB）。6.1MCS-51单片机扩展的原理1、片外三总线结构4AB、DB、CB各自的作用地址总线：单片机外部有存储器或接口芯片，其中都有存储单元或寄存器单元，这些单元地位平等，需要被分配地址编号才能予以区分，分配地址当然也是以电信号形式给出，由于存储器的容量很大，所以用于分配地址的线也较多，这些线被称为地址线总线。51单片机的地址总线AB（addressbus）为16位，可寻址216

（64K）存储空间数据总线：起着在CPU和存储器或外围接口电路之间传递数据的作用。我们常说的8位机、16位机、32位机，是说CPU的外数据总线（DB）(databus)）宽度（位数）。

控制总线：通常包括时序信号（时钟、定时、应答）、数据传送控制（如存储器的读写、IO设备的读写）信号、中断的请求和响应、总线请求、复位等信号，控制总线CB（controlbus）随CPU的不同而各具特色.。5MCS51单片机进行系统扩展时，其引脚可构成三总线结构ALEP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0EAPSENRST803180518751VccVssP1口P2口P0口373GE+5VA0~A7A8~A15D0~D7I/OXTAL1XTAL2RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD控制总线CB数据总线DB地址总线AB6

74LS573是有输出三态门的8D锁存器。当LE（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端Q的状态与数据输入端D相同（透明的）。当LE端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存器中，数据输入端D的变化不再影响Q端输出。

7CPU微处理器RAMI/OROMCBUSDBUSABUSCBUS：控制总线，方向不确定DBUS：数据总线，双向三态ABUS：地址总线，单向三态利用三总线可方便的进行系统的扩展设计:……8系统的扩展的连线原则系统的扩展归结为三总线的连接，连接的方法很简单，连线时应遵守下列原则：1。连接的双方数据线连数据线，地址线连地址线，控制线连控制线。要特别注意的是：

程序存储器接PSEN;数据存储器接RD和WR2。控制线相同的地址线不能相同，地址线相同的控制线不能相同。3。片选信号有效的芯片才选中工作，当一类芯片仅一片时片选端可接地，当同类芯片多片时片选端可通过线译码、部分译码、全译码接地址线（通常是高位地址线），在单片机中多采用线选法。9P0的驱动能力：驱动8个TTL门P1

、P2、

P3的驱动能力：驱动4个TTL门2、总线驱动能力单向总线驱动器74LS244双向总线驱动器74LS245当应用系统规模过大，超过总线的驱动能力时，系统不可能可靠工作，此时应加总线驱动器。10存储器设计要点：⑴外部存储器的操作时序，以及所使用

控制信号的作用⑵找出8051和存储器芯片之间引脚接线的对

应关系，将其相应的数据线、地址线和控

制线正确连接⑶地址译码

选择集成度高的芯片，若需多片则应选择容量相同的芯片，以简化电路的设计。选择片选信号6.2

程序存储器扩展11

存储器与微型机三总线的一般连接方法和存储器读写时序：（1）数据总线与地址总线为两组独立总线。DB0～n地址输出数据有效数据采样R/WAB0～ND0～n

DB0～n

AB0～NA0～N

ABN+1CSR/WR/W存储器微型机D0～n1、控制信号的时序与作用12（2）微型机复用总线结构：数据与地址分时共用一组总线。

ALE地址锁存地址锁存地址输出数据有效地址输出数据有效AD0～n数据采样数据采样R/W单片机

AD0～n

ALER/WD0～nA0～nR/W存储器Di

QiG地址锁存器13复位信号：高电平复位CPU，低电平CPU工作EA/VPPALEPSEN名称功能片外取指信号（片外程序存储器读）输出端低电平有效。通过P0口读回指令或常数。控制的是片外程序存储器RESET地址锁存信号。ALE低电平时，P0口出现数据信息；ALE高电平时，P0口出现地址信息。程序存储器选择信号

EA=0时，选外部ROM；1，地址小于4k时，选内部ROM地址大于4k时，选外部ROMP0口是数据/地址复用口用下降沿

锁存P0口的低8位地址到外部锁存器（3）作用14（1）常用的外部程序存储器：EPROM（紫外线可擦除）

常用的EPROM以27xx系列为主。EEPROM（电可擦除）

目前的EEPROM分为：串行EEPROM和并行EEPROM，在使用时，常常把串行的EEPROM作为数据存储器使用。以28xx系列为主。FlashROM（快闪电可擦除）

主要以29Cxx系列为主。2、8051与程序存储器连接15常用的EPROM芯片引脚封装示意图16常用的EPROM芯片引脚封装示意图17不同容量的EPROM只是在地址线的数目和编程信号引脚有一点区别，各重要的引脚含义如下：A0-Ai：地址输入线，决定存储器的容量；Q0-Q7：双向三态数据线；E：片选信号输入线；G：读选通输入信号线；P：编程脉冲输入线；VPP：编程电源输入线；VCC：工作电源输入线（常为+5V）；GND/VSS：工作时接地线。182817A2864A常用的EEPROM芯片引脚封装示意图19不同容量的EEPROM只是在地址线的数目和编程信号引脚有一点区别，各重要的引脚含义如下：A0-Ai：地址输入线，决定存储器的容量；I/O0-I/O7（D0-D7）：双向三态数据线；CE：片选信号输入线；OE：读选通输入信号线；WE：读选通信号输入线；VCC：工作电源输入线（常为+5V）；GND：工作时接地线。2029c25629c512常用的FlashROM芯片引脚封装示意图21对于那么多型号的程序存储器芯片，应该如何计算其地址线和数据线的条数？若半导体存储器芯片的容量为a×b，则其数据线条数为b条，地址线条数满足如下关系：2n=a，对于MCS51系列的单片机来说其数据线的条数为8，由此就可计算出地址线的条数，以2764为例，其容量64为：8K×8,213=23×21022（2）程序存储器扩展实例MCS-51单片机与2764芯片的接口。

利用EPROM扩展一个存储容量为8KB的程序存储器MCS-51单片机与2片2764芯片的接口。23例1某微机系统只有一片2764，试将其与8051进行连接。ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB12①将芯片的13位地址线按引脚名称一一并联，然后按次序逐根接至系统地址总线的低13位。②将芯片的8位数据线依次接至系统数据总线的O0-O7。③芯片的OE端接至系统控制总线的存储器读信号（PSEN）④因为系统中只有1片2764，所以2764的CE可以接地。地址码的计算24ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB12

计算2764每个单元的地址（8051送出何种地址码时选中该单元）

P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00AB15AB14AB13AB12AB11AB10AB9AB8AB7AB6AB5AB4AB3AB2AB1AB0***0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨***11111111111110000H---1FFFH89C51从2764中读取信息的过程：①89C51发地址码P00—P07------AB-----2764的A0—A7ALE=1P20—P27------AB------2764的A8—A12②89C51发读ROM信号PSEN=0—CB----2764的OE③2764将选中单元的内容送出----DB---89C051的P00---P0725ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB12例2用2764构成16K的存储系统，试将它们与8051进行连接。A0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB02764的容量是8K*8，1片2764上有8K个存储单元，每个存储单元有8个基本存储电路，能存放8位二进制信息，可以满足位数的要求，但是1片2764上有8K个存储单元，为了满足内存的容量的要求，需要2片2764串联使用，即2片2764不能同时被选中。因为2片2764的的数据线都接在8位DB上，当二者同时被选中时，会出现争占DB的现象。这时，需要考虑片选问题。26ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB123、片选信号的产生A0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0片选信号的产生方法有3种：线选法、部分译码法和全译码法。27ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB12线选法A0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0

线选法就是用剩余的高位地址线作片选信号。线选法有2个缺点：其一是各芯片的地址不连续，其二是有一些地址不能使用，否则会造成片选的混乱（有地址重叠现象，即一个存储单元有多个地址码）。AB15AB14P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00AB15AB14AB13AB12AB11AB10AB9AB8AB7AB6AB5AB4AB3AB2AB1AB001*0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨01*111111111111110*0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨10*11111111111110400H---5FFFH8000H---9FFFH28ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0AB0AB15AB12全译码法A0A12CEOEVPPPGM～O0O72764～～～AB12AB0

全译码法就是剩余的全部地址线都参与译码，译码器的输出作为片选信号。因为译码器在某一时刻只有1条输出线有效，保证了在某一时刻只有1个芯片被选中的要求。全译码法则没有地址重叠现象，即各存储单元的地址码唯一。AB15AB14P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00AB15AB14AB13AB12AB11AB10AB9AB8AB7AB6AB5AB4AB3AB2AB1AB00000000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨00011111111111110010000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨00111111111111110000H---1FFFH2000H---3FFFH74LS13874LS139Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7AG1G2AG2BCB74LS138AB13+5V29Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7AG1G2AG2BCB74LS13874LS13874LSl38具有三个输入选择端，能够组合成8种输入状态，对应8种输出，可产生8个片选信号，低电平有效。也就是说，每种输入状态，仅允许一个输出端输出低电平，其余输出端全部为高电平。同时，74LS138还具有3个使能端G1、G2A、G2B，3个使能端必须同时输入有效电平，译码器才能正常工作，即仅当G1、G2A、G2B＝100时，才能选通译码器，否则译码器输出全无效。

73LS138译码器的逻辑功能真值表输入输出使能选择Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2AG2BＣＢＡ10010010010010010010010000000101001110010111011101111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111100XXX1XXX1XXXXXXXXX11111111111111111111111130解①（64K×8）÷（8K×8）=8,即共需要8片8K×8的存储器芯片。64K=65536=216，所以组成64K的存储器共需要16根地址线寻址。8K=8192=213，即13根作字选线，选择存储器芯片片内的单元。6-13=3即3根作片选线，选择8片存储器芯片。例3用8K×8的存储器芯片组成容量为64K×8的存储器试问：①共需几个芯片？共需多少根地址线寻址？其中几根作字选线？几根作片选线？②若用74LS138作地址译码，试画出译码电路，并标出其输出线的选址范围。③若改用线选法能够组成多大容量的存储器？试写出各线选线的选址范围。31解②8K×8芯片有13根地址线A12～A0为字选，余下的高位地址线是A15～A13，所以译码电路对A15～A13进行译码，译码电路及译码输出线的选址范围如图所示.CBAA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000000000000000000HY000011111111111111FFFH00100000000000002000HY100111111111111113FFFH┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1110000000000000E000HY71111111111111111FFFFH32解③改用线选法A15～A133根地址线各选一片8K×8的存储器芯片，只能接3个芯片，故仅能组成容量为24K×8的存储器，A15A143所选芯片的地址范围分别为：和A156000H～7FFFH、A14A000H～BFFFH和A13C000H～DFFFH。33程序存储器扩展实例思考：MCS-51单片机与一片2764芯片的接口中，为什么片选信号可以直接接地？它的地址范围还可以是多少？34常用的数据存储器：静态RAM

静态RAM在应用时存取速度快、使用方便并且价格比较的低廉。但它具有在掉电时，内部的数据会丢失。典型的有6116、6264、62256等芯片。为了避免掉电数据丢失，出现了自动保护的静态RAM，如：DS1225、DS1235。串行EEPROM

串行EEPROM的与并行的EEPROM特性一样，只是在数据的读写使用串行方式。常用的有24Cxx系列（I2C接口）和X25系列（SPI接口）的串行EEPROM。6.3数据存储器的扩展35（1）静态RAM

不同容量的静态RAM只是在地址线的数目和编程信号引脚有一点区别，各重要的引脚含义如下：A0-Ai：地址输入线，决定存储器的容量；I/O0-I/O7：双向三态数据线；CE：片选信号输入线；OE：读选通输入信号线；WE：写选通输入信号；VPP：编程电源输入线；VCC：工作电源输入线（常为+5V）；GND：工作时接地线。36626462256常用的静态RAM芯片引脚封装示意图型号：6264前两位数62,表示SRAM后两位64÷8=8k字节容量62128有128÷8=16k字节容量62256有256÷8=32k字节容量37二、串行ROM

不同容量的串行ROM存储容量上有区别，各重要的引脚含义如下：A0、A1、A2：芯片的地址输入线；SDA：串行数据输入端；SCL：串行时钟输入端；RESET：复位信号输入；WP：写保护输入端，为低电平时不允许写数据；SCK：串行时钟输入端；SI：串行数据输入端；VCC：工作电源输入线（常为+5V）；GND：工作时接地线。38AT24CxxX25043AT24CXX和X25043的芯片引脚封装示意图392、RAM存储器的连接

DB0～n

AB0～ND0～nA0～N

ABN+xCSR/WR/W微型机存储器存储器与微型机三总线的连接：1)数据线D0～n

连接数据总线DB0～n

2)地址线A0～N

连接地址总线低位AB0～N。3)片选线CS

连接地址总线高位ABN+x。4)读写线OE、WE(R/W)连接读写控制线RD、WR。40例1某微机系统只有一片6264，试将其与8051进行连接。ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CS1OE～D0D76264～～～AB12AB0AB0AB15AB12①将芯片的13位地址线按引脚名称一一并联，然后按次序逐根接至系统地址总线的低13位。②将芯片的8位数据线依次接至系统数据总线的D0-D7。③芯片的OE端接至系统控制总线的存储器读信号（RD）④芯片的WE端接至系统控制总线的存储器写信号（WR）⑤因为系统中只有1片6264，所以6264的CS1可以接地。CS2+5VWE41ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBAB12AB0AB0AB15AB12

计算6264每个单元的地址（8051送出何种地址码时选中该单元）

P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00AB15AB14AB13AB12AB11AB10AB9AB8AB7AB6AB5AB4AB3AB2AB1AB0***0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨***11111111111110000H---1FFFH89C51从6264中读取信息的过程：①89C51发地址码P00—P07------AB-----2764的A0—A7ALE=1P20—P27------AB------2764的A8—A12②89C51发读RAM信号RD=0—CB----6264的OE③6264将选中单元的内容送出----DB---89C051的P00---P07A0A12CS1OE～D0D76264～～～CS2+5VWE89C51向6264中写入信息的过程：①89C51发地址码P00—P07------AB-----2764的A0—A7ALE=1P20—P27------AB------2764的A8—A12②89C51发写RAM信号WR=0—CB----6264的WE③89C51送出数据----DB-----6264将选中单元42ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBAB12AB0AB0AB15AB12例2用6264构成16K的存储系统，试将它们与8051进行连接。AB12AB0A0A12CSOECS2～D0D76264～～～A0A12CSOECS2～D0D76264～～～WE+5VWE+5V6264的容量是8K*8，1片6264上有8K个存储单元，每个存储单元有8个基本存储电路，能存放8位二进制信息，可以满足位数的要求，但是1片6264上有8K个存储单元，为了满足内存的容量的要求，需要2片6264串联使用，即2片6264不能同时被选中。因为2片6264的的数据线都接在8位DB上，当二者同时被选中时，会出现争占DB的现象。这时，需要考虑片选问题。43ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBA0A12CSOECS2～D0D76264～～～AB12AB0AB0AB15AB123、片选信号的产生A0A12CSOECS2～D0D76264～～～AB12AB0片选信号的产生方法有3种：线选法、部分译码法和全译码法。WE+5VWE+5V44ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.789C51P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7A0A1A2A3A4A5A6A7OELED0D1D2D3D4D5D6D774LS373DBABCBAB12AB0AB0AB15AB12线选法AB12AB0

线选法就是用剩余的高位地址线作片选信号。线选法有2个缺点：其一是各芯片的地址不连续，其二是有一些地址不能使用，否则会造成片选的混乱（有地址重叠现象，即一个存储单元有多个地址码）。AB15AB14P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00AB15AB14AB13AB12AB11AB10AB9AB8AB7AB6AB5AB4AB3AB2AB1AB001*0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨01*111111111111110*0000000000000¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨10*11111111111110400H---5FFFH8000H---9FFFHA0A12CSOECS2～D0D76264～～～A0A12CSOECS2～D0D76264～～～WE+5VWE+5V45ALERDWRPSENP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0