MCS-51存储器扩展技术详解

外部扩展的基本知识

片内的资源如不满足需要，需外扩存储器和I/O功能部件。

系统扩展主要内容有：

（1）外部存储器的扩展（外部RAM、ROM）

（2）I/O接口部件的扩展

最小应用系统：晶振、复位系统、程序存储器和I/O口。

MCS-51单片机外部存储器结构：哈佛结构：程序空间与数据空间是分开的。

MCS-51 RAM和ROM的最大扩展空间各为64KB。

系统扩展首先要构造系统总线。

按功能吧系统总线分为三组：

1. 地址总线（Address Bus，简写AB）

2. 数据总线（Data Bus，简写DB）

3. 控制总线（Control Bus，简写CB）

系统总线：是连接计算机各部件的一组公共信号线，MCS51的系统总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。

地址总线：它是用来传输单片机所发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O端口的选择。地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元及I/O端口的数目。

数据总线：单片机与存储单元及I/O口之间传输数据信号。

控制总线：是一组控制信号线，包括单片机发出的也包括从外部存储单元或者I/O端口发送给单片机的。

优点：总线结构大大减小了单片机系统中传输线的数目，增加了系统的可靠性。

1. 以P0口作为数据总线（8位）。

2. 以P0口经8位锁存器锁存后的信号作为地址总线的低8位。

3. 以P2口作为地址总线高8位。

4. 控制信号线。

*ALE——-低8位地址锁存信号

*PSEN*—-扩展程序存储读选通信号

*EA*——-内外程序存储器选择信号

*RD*和WR*—–扩展RAM和I/O口的读选通、写选通信号。

优点：串行接口器件体积小，与单片机接口时需要的I/O口线少，可靠性提高。

缺点：串行接口器件速度较慢。

存储器扩展的读写控制

RAM芯片：读写控制引脚OE*和WE*，与MCS51的RD*和WR*引脚相连。

EPROM芯片：只有读出引脚OE*，与MCS51的PSEN*引脚相连。

存储器分类介绍

只读存储器

–ROM

–PROM

–EPROM

可读写存储器

–SRAM静态数据存储器（不断电的情况下可一直保存数据）

–DRAM动态数据存储器（需要不断定时刷新才能保存数据）

不挥发性读写存储器

–E²PROM

–NOVRAM：不挥发随机访问存储器，如背装锂电池的SRAM（当有外部电源时切换到外部电源，没有外接电源时切换到电池）

特殊存储器：

–加密型ROM：双端口RAM；先进先出RAM；

–快擦写型存储器

程序存储器扩展所使用的芯片

采用只读存储器，非易失性。

（1）掩膜ROM：在制造过程中编程，值适合于大批量生产。

（2）可编程ROM（PROM）：用独立的编程器写入，只能写入一次。

（3）EPROM：电信号编程，紫外线擦除的只读存储器芯片。

（4）E²PROM（EEPROM）：电信号编程，电擦除。读写操作与RAM相似，写入速度稍慢。断电后能够保存信息。

（5）Flash Rom：又称闪烁存储器，简称闪存。电改写，电擦除，读写速度快（70ns），读写次数多（1万次）。

常用EPROM介绍

2764 （8KB * 8）

27128 (16KB * 8)

27256 (32KB * 8)

27512 (64KB * 8)

27后面的数字表示其位存储量。扩展程序存储器时，应尽量用大容量的芯片。

1. 常用的EPROM芯片

引脚功能如下：

A0~A15：地址线引脚。数目决定存储容量。

D7~D0：数据线引脚。

CE*：片选输入端。

OE*：输出允许控制端。

PGM*：编程时，加编程脉冲的输入端。

Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）

Vcc：+5V，芯片的工作电压。

GND：数字地。

NC：无用端。

2. EPROM芯片的工作方式

（1）读出方式

片选控制线CE为低，输出允许OE为低，Vpp为+5V，指定地址单元的内容从D7~D0上读出。

（2）未选中方式

片选控制线为高电平。

（3）编程方式

Vpp端加规定高压，CE*和OE*端加合适电平，就能将数据线上的数据写入到指定的地址单元。

（4）编程校验方式

（5）编程禁止方式

输出呈高阻状态，不写入程序。

3. EPROM使用的一点注意事项

工作电压为5V，但不同厂家的芯片编程电压会有所不同。

存储器的扩展方法

扩展存储器即分配地址空间给每个芯片，注意要避免地址和数据的冲突。

芯片的片选端口为避免数据的冲突提供了方便，如何通过MCS51的地址线产生片选信号是避免地址冲突的有效途径。

片选控制

–线选法

适用于系统芯片数目较少

利用高端地址线（未用到的地址线）直接作为外扩芯片的片选线，线路简单

地址空间有重叠，即同一存储空间可能对应多个地址

–译码选通法

适用于多片存储器扩展

高端地址线经译码器译码后作为存储器片选线，线路需增加译码器芯片

地址空间连续，存储芯片空间对应地址唯一。

芯片译码选通法的分类

全译码方式：所有片选地址线（高端地址线）全部参加译码。

部分译码方式：片选地址线（高端地址线）部分参加译码，剩下部分悬空。

2 * 16 * 16 * 16 = 2^13

程序存储器的外扩

74L139的输出在0000H~3FFFH之间时，控制的是第一个27128芯片，C000H~FFFFH对应的是第四个27128芯片。每个27128芯片有不同的地址。

数据存储器的外扩

RAM芯片6264的相关总线介绍

控制总线

–存储器读选通OE

–存储器写选通WE

–存储器片选控制CS1（CE）CS2（CS）

数据总线

–数据接口D0~D7

地址总线

–地址总线接口A0~A12

用线选法扩展多片外部数据存储器6264的电路

地址线位A0~A12，故剩余地址线为三根。用线选法可扩展3片6264.3片6264对应的地址空间如下：

译码法扩展

数据存储器扩展

上图中各片62128地址分配

单片62256与8031的接口电路，地址范围为0000H~7FFFH

E²PROM芯片的外扩

保留信息时间长

程序存储器和数据存储器的地址是可以重叠的，通过不同的控制线和不同的指令加以区分。

编程举例

例1 编写程序将片外RAM中5000H~50FFH单元全部清“0”

方法1：用DPTR作为数据区地址指针，同时使用字节计数器。

MOV DPTR, #5000H; 设置数据块指针的初值

MOV R7, #00H; 设置块长度计数器初值

CLR A

LOOP: MOVX @DPTR, A; 把某一单元清0

INC DPTR; 地址指针加1

DJNZ R7, LOOP; 数据块长度减1，0则继续清0

HERE: SJMP HEREL； 执行完毕，原地踏步

方法2： 用DPTR作为数据区地址指针，但不使用字节计数器，而是比较特征地址。

MOV DPTR, #5000H

CLR A

LOOP: MOVX #DPTR, A

INC DPTR

MOV R7, DPL

CJNE R7, #0, LOOP; 与末地址加1比较

HERE: SJMP HERE

外扩存储器的软件设计

1. 单片机片外程序区读指令过程（MOVC指令）

2. 单片机片外数据区读写数据过程（MOVX指令）

例如，把片外程序存储器1000H单元的数送到片内RAM 50H单元，程序如下：

MOV A, #00H

MOV DPTR, #1000H

MOVC A, @A+DPTR

MOC 50H, A

例如，把片内50H单元的数据送到片外数据存储器1000H单元中。

MOV A, 50H

MOV DPTR, #1000H

MOVX @DPTR, A

提高： MCS-51单片机读写片外数据存储器中的内容，除用MOVX A, @DPTR和MOVX @DPTR， A外，还可使用MOVX A, @Ri和MOVX @Ri， A。这时通过P0口输出Ri中的内容（低8位地址），而把P2口原有的内容作为高8位地址输出。