存储器扩展技术

存储器扩展技术第一页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.1半导体存储器的分类半导体存储器磁心存储器电耦合存储器随机存取存储器只读存储器串行存储器并行存储器第二页，共四十二页，编辑于2023年，星期日

5.1.1随机存取的存储器随机存取存储器（RandomAccessMemory），简称RAM，在单片机系统中用于存放可随时修改的数据，因此在单片机领域中也常称之为数据存储器。RAM又可分为静态RAM（StaticRandomAccessMemory，简称SRAM）和动态RAM（DynamicRandomAccessMemory，简称DRAM）两种，对RAM既可以进行写操作，又可以进行读操作。RAM是易失性存储器，掉电后所存储的信息立即消失。第三页，共四十二页，编辑于2023年，星期日

5.1.2只读存储器只读存储器（ReadOnlyMemory），简称ROM，在单片机系统中用于存放程序、常数和表格常数等，因此在单片机领域中也为程序存储器。只读存储器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随意写入新的内容，而只能读取存储单元内容，故称只读存储器。只读存储器分为五种：掩膜ROM，简称ROM；可编程只读存储器，简称PROM；紫外线擦除可改写只读存储器，简称EPROM；电擦除可改写只读存储器，简称EEPROM（也写成E2PROM）；闪速存储器，简称FlashROM。第四页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.1.3串行存储器（1）串行存储器串行存储器是一种CMOS工艺制成的电擦除可编程只读存储器。近年来，基于I2C总线的各种串行E2PROM的应用日渐增多。二线制的24CXX系列产品，主要有24C02、24C04、24C08、24C16、24C32，容量分别对应于256/512/1K/2K/4K×8位；三线制的93CXX系列产品，主要有93C06、93C46、93C56、93C66，容量分别对应于64/128/256/512×8位。串行存储器具有一般并行E2PROM的特点，但以串行的方式访问，价格低廉。第五页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（2）24C02串行E2PROM

SCL：串行时钟端。SDA：串行数据/地址的输入/输出端。WP：写保护。A0、A1、A2：片选或页面选择地址输入。Vcc：电源电压接＋5V。Vss：接地端。24C02与8051的连接图24C02引脚图第六页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（3）93C46串行E2PROMCS：片选输入信号高电平有效；CLK：串行数据时钟输入，作为CPU与串行EEPROM之间通信的同步信号。DI：数据输入；DO：数据输出；NC：编程允许，高电平有效；ORG：组织结构选择输入，为1时16位为1个单元，为0时8位为1个单元。93C46引脚图93C46与8051连接图第七页，共四十二页，编辑于2023年，星期日

5.2单片机最小应用系统单片机最小应用系统是在简单的应用场合，以最简便的电路就可以满足其要求，它只需要一片单片机芯片再配上时钟电路和复位电路即可构成。结构简单，价格便宜，使用非常方便。第八页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.2.18051/8751最小应用系统8051/8751片内驻留4KB的掩膜ROM/EPROM，在构成最小应用系统时，只要加上复位电路、时钟电路、EA引脚接高电平，即可通电工作。（程序及原始数据占用程序存储器空间少）第九页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.2.28031最小应用系统8031片内无驻留ROM，所以必须扩展程序存储器，常选用EPROM芯片。在扩展程序存储器时，还必须接上地址锁存器。EA接地。第十页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.3单片机程序存储器扩展5.3.1单片机扩展系统结构MCS－51单片机扩展系统包括ROM、RAM和I/O接口电路等，通过总线把各扩展部件与单片机连接起来，如图所示。第十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.3.2系统总线及总线构造1．系统总线：分地址总线、数据总线、控制总线三组。（1）地址总线(AddressBus，简写AB)：输出地址信号，以选择存储单元和I/O端口。地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目。地址位数1234…16首单元地址0000000000…00…00末单元地址1111111111…11…11寻址单元个数2222324…216第十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（2）数据总线(DataBus，简写DB)：8位双向，用于在单片机与存储器、I/O端口之间相互传递数据。（3）控制总线(ControlBus，简写CB)：是一组控制信号线，对于任意某一根是单向的，可以输入到单片机，也从单片机输出，因此也称为准双向总线。2．总线构造（1）P0口：分时作低8位地址线（A7～A0）/数据线。（2）P2口：作高8位地址线（A15～A8）。有时只用部分构成部分地址线和片选信号。第十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（3）控制信号ALE：地址锁存的选通信号，输出，高电平有效;PSEN：程序存储器的读选通信号，输出，低电平有效；EA：片外程序存储器的选择信号，输入，低电平有效；RD：扩展数据存储器和I/O端口的读选通信号，输出，低电平有效；WR：扩展数据存储器和I/O端口的写选通信号，输出，低电平有效。第十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.3.3译码器与片选方法产生片选信号有两种方法：线选法和译码法。线选法：线选法是将剩余的高位地址线中的一位地址线直接(或经过反相器)加到存储器芯片的片选端的方法。译码法：又分部分译码法和全译码法。部分译码法是将余下的高位地址线部分经译码器后作为存储器芯片的片选信号线；全译码法是将余下的高位地址线全部进行译码产生存储器的片选信号。线选法和部分部分译码法会产生地址空间重叠现象。全译码法可以消除地址空间重叠现象。

空间地址重叠现象就是指多个地址映射一个单元的现象。第十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期日在译码电路中常用的译码器芯片有74LS139（双2-4译码器）和74LS138（3-8译码器）等。（1）74LS139译码器74LS139译码器引脚图输入端输出端使能选择Y0Y1Y2Y3GBA1××1111000011100110110101101011111074LS139译码器真值表第十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（2）74LS138译码器74LS138译码器引脚图输入端输出端CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000011111110011011111101011011111011111011111001111011110111111011110111111011111111111074LS138译码器真值表上述必须保证使能E3、E2、E1分别为1、0、0，若为其他组合，输出均为1。第十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期日

5.3.4常用的EPROM常用的芯片有27系列的2716(2K×8bit)、2732(4K×8bit)、2764(8K×8bit)、27128(16K×8bit)、27256(32K×8bit)，27为系列号，后面的数字表示芯片的位容量（Kb)，括号内2K、4K等代表有多少个存储单元，可得出地址线数；8bit代表8根数据线。第十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期日引脚说明：A0～A11：地址线（2732地址线为12位，212＝4K）；O0～O7：数据线（8bit）；OE／Vpp：非编程时作OE使用，为数据允许输出端，低电平有效；编程时作Vpp使用，为编程电源输入端，接＋25V。

CE／PGM：非编程时作CE使用，为片选信号输入端，低电平有效；编程时作PGM使用，为编程脉冲输入端，输入正脉冲；Vcc：电源（+5V）；GND：接地端；第十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.3.5程序存储器扩展举例

1．单片程序存储器扩展【例】用一片2764EPROM扩展8KB程序存储器。解：2764代表容量是8K×8bit，其中：8K代表有8192个单元，地址线13根即代表213＝8192，8bit代表一次可以输出8位，有8根数据线。注意：如果数据线是4位、2位或1位，必须分别用2片、4片或8片同样的芯片组成一组地址范围相同的8位存储器。

连线情况：地址线低位接由P0口经地址锁存器8位输出，高5位接P2口的低5位；数据线直接接P0,OE接PSEN，CE接由P2余下的3位形成的片选信号（可采用选线法、部分译码法、全译码法）；EA视情况可接地或高电平。第二十页，共四十二页，编辑于2023年，星期日2134第二十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期日扩展的程序存储器地址分析：（1）线选法：开关打在1或2位置上1）开关打1,即P2.7经反相后接CE，此情况下要选中该芯片，须P2.7＝1。地址情况：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A01××00000000000001××00000000000011××00000000000101××

…1××1111111111111第二十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期日P2.6、P2.5无论处于何种状态，只要P2.7＝1,均选中该片。若将P2.6、P2.5视为0、0,则地址：8000H～9FFFH；若将P2.6、P2.5视为0、1,则地址：0A000H～0BFFFH；若将P2.6、P2.5视为1、0,则地址：0C000H～0DFFFH；若将P2.6、P2.5视为0、1,则地址：0E000H～0FFFFH。因此每个单元都有4个地址映射它，这就是地址重叠现象，会造成地址空间的资源浪费。第二十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期日2）开关打2,即P2.7直接接CE，此情况下要选中该芯片，须P2.7＝0。地址情况：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A00××00000000000000××00000000000010××00000000000100××

…0××1111111111111地址空间为0000H～1FFFH，或2000H～3FFFH，或4000H～5FFFH，或6000H～7FFFH。也存在地址重叠现象。第二十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（2）固定接法：开关打在3位置上,此时P2.7、P2.6、P2.5无论处于何种情况，均选中该芯片。地址情况：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A0

×

××0000000000000×××0000000000001

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××0000000000010

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××

…

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××1111111111111地址范围为：0000H～1FFFH，或2000H～3FFFH，或4000H～5FFFH，或6000H～7FFFH,或8000H～9FFFH,或0A000H～0BFFFH，或0C000H～0DFFFH，或0E000H～0FFFFH。第二十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期日（2）全译码法：开关打在4位置上,此时CE接Y0,要保证选中该芯片，Y0＝0,则P2.7、P2.6、P2.5分别为0、0、0。地址情况：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A12A11～A8 A7～A4A3～A0000

0000000000000000

0000000000001000

0000000000010000

…000

1111111111111地址范围为：0000H～1FFFH。每个单元的地址是惟一的，无地址重叠现象。注意：如果扩展ROM是惟一的芯片，CE须接Y0。第二十六页，共四十二页，编辑于2023年，星期日【例】用一片2732扩展4KB程序存储器，采用全译码法。第二十七页，共四十二页，编辑于2023年，星期日解：分析：要保证Y0＝0,则输入端BA＝00,即P2.7、P2.6均为0,使能端1G＝0,所以：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3～P2.0P0.7～P0.4P0.3～P0.0A11～A8 A7～A4A3～A00000000000000000000000000000000100000000000000100000………………0000111111111111地址范围为：0000H～0FFFH。每个单元的地址是惟一的，无地址重叠现象。第二十八页，共四十二页，编辑于2023年，星期日2．多片程序存储器扩展【例】采用2764扩展16KB程序存储器。第二十九页，共四十二页，编辑于2023年，星期日解：由于2764是8K×8bit的EPROM，要扩展16KB程序存储器必须采用2片的2764才行。注意：只是对于不同的芯片必须采用不同的片选信号。在接片选信号时，其中一片扩展ROM必须用Y0，确保地址范围是以0000H开头的连续地址（0000H～1FFFH），其它存储器的片选可以用Y1～Y7中任意一个，但在编程时对程序存放地址须作好安排。本题用Y0和Y1分别接1#2764、2#2764的CE，使1#2764、2#2764的地址范围分别是0000H～1FFFH和2000H～3FFFH，为连续的16KB。为什么？第三十页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.4单片机数据存储器扩展

如果内部128B的RAM不够，可以通过外部扩展RAM，外部扩展RAM的空间原则上最大可以为64KB，但还要考虑一部分地址要留给扩展I/O口，因此扩展不能占用整个空间。对于单片机系统，扩展的RAM采用静态RAM。第三十一页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.4.1常用静态RAM目前常用的静态RAM芯片有Intel公司的6116、6264、62128和62256。下面列出三种常用SRAM的主要技术特性如表所示。6116626462256容量/KB2832引脚数242828工作电压/V555典型工作电流/mA35408典型维持电流/mA520.5存取时间/ns100～200(由产品型号而定)主要特性型号第三十二页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.4.2数据存储器的扩展方法

（1）地址线和数据线的连接：与扩展程序存储器的连接方法相同。（2）控制线的连接ALE：与地址锁存器的G相连接；RD（P3.7）：读控制信号，与RAM芯片的RD或OE连接。WR（P3.6）：写控制信号，与RAM芯片的WE连接。第三十三页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.4.3访问片外RAM单元指令访问片外RAM单元指令只能用下列四条指令：MOVX

A,@RiMOVX

@Ri,A；访问片外RAM页内单元MOVX

A,@DPTRMOVX

@DPTR,A；访问片外RAM任意单元当CPU执行上述指令时，自动产生有效的读写控制信号从RD和WR引脚输出。第三十四页，共四十二页，编辑于2023年，星期日5.4.4数据存储器扩展实例【例】用两片6264芯片扩展16KB的外部数据存储器。

第三十五页，共四十二页，编辑于2023年，星期日解：分析：在扩展数据存储器时，译码器的任一输出均可作为存储器片选信号，这不同于程序存储器扩展时必须要Y0来片选一片存储器芯片。本图中1#6264的地址范围是0000H～1FFFH，2#6264的地址范