《扩展存储器》PPT课件

第 8章 AT89C51单 片 机 外 部 存 储 器 的 扩 展 1 2 内 容 概 要许 多 情 况 ， 片 内 的 存 储 器 资 源 还 不 能 满 足 需 要 ， 为 此 需AT89C51单 片 机 进 行 外 部 程 序 存 储 器 和 外 部 数 据 存 储 器 的 扩展 。 由 于 有 时 需 要 扩 展 多 片 芯 片 ， 首 先 介 绍 AT89C51单 片 机的 两 个 外 部 存 储 器 空 间 的 地 址 分 配 的 两 种 方 法 ， 即 线 选 法 和译 码 法 。 最 后 介 绍 扩 展 外 部 程 序 存 储 器 和 外 部 数 据 存 储 器 的具 体 设 计 。 8.1 系 统 扩 展 结 构AT89C51单 片 机 采 用 总 线 结 构 ， 使 扩 展 易 于 实 现 ，AT89C51单 片 机 系 统 扩 展 结 构 如 图 8-1所 示 。 图 8-1 AT89C51单 片 机 的 系 统 扩 展 结 构 3 由 图 8-1可 以 看 出 ， 系 统 扩 展 主 要 包 括 存 储 器 扩 展 和 I/O接 口 部 件 扩 展 。AT89C51单 片 机 的 存 储 器 扩 展 即 包 括 程 序 存 储 器 扩 展又 包 括 数 据 存 储 器 扩 展 。 AT89C51单 片 机 采 用 程 序 存 储 器空 间 和 数 据 存 储 器 空 间 截 然 分 开 的 哈 佛 结 构 。 扩 展 后 ， 系统 形 成 了 两 个 并 行 的 外 部 存 储 器 空 间 。系 统 扩 展 是 以 AT89C51为 核 心 ， 通 过 总 线 把 单 片 机 与各 扩 展 部 件 连 接 起 来 。 因 此 ， 要 进 行 系 统 扩 展 首 先 要 构 造系 统 总 线 。系 统 总 线 按 功 能 通 常 分 为 3组 ， 如 图 8-1所 示 。 4 5 （ 1） 地 址 总 线 （ Address Bus， AB） ： 用 于 传 送 单 片 机 发出 的 地 址 信 号 ， 以 便 进 行 存 储 单 元 和 I/O接 口 芯 片 中 的 寄存 器 单 元 的 选 择 。（ 2） 数 据 总 线 （ Data Bus， DB） ： 用 于 单 片 机 与 外 部 存 储器 之 间 或 与 I/O接 口 之 间 传 送 数 据 ， 数 据 总 线 是 双 向 的 。（ 3） 控 制 总 线 （ Control Bus， CB） ： 控 制 总 线 是 单 片 机 发出 的 各 种 控 制 信 号 线 。 如 何 来 构 造 系 统 的 三 总 线 。1 P0口 作 为 低 8位 地 址 /数 据 总 线AT89C51受 引 脚 数 目 限 制 ， P0口 既 用 作 低 8位 地 址 总 线 ，又 用 作 数 据 总 线 （ 分 时 复 用 ） ， 因 此 需 增 加 一 个 8位 地 址 锁 存器 。 AT89C51访 问 外 部 扩 展 的 存 储 器 单 元 或 I/O接 口 寄 存 器 时 ，先 发 出 低 8位 地 址 送 地 址 锁 存 器 锁 存 ， 锁 存 器 输 出 作 为 系 统 的低 8位 地 址 （ A7 A0） 。 随 后 ， P0口 又 作 为 数 据 总 线 口（ D7 D0） ， 如 图 8-2所示。 2 P2口 的 口 线 作 为 高 位 地 址 线P2口 用 作 系 统 的 高 8位 地 址 线 ， 再 加 上 地 址 锁 存 器 提 供 的低 8位 地 址 ， 便 形 成 了 系 统 完 整 的 16位 地 址 总 线 。 6 使 单 片 机 系 统 的 寻 址 范 围 达 到 64KB。 7 图 8-2 AT89C51单 片 机 扩 展 的 片 外 三 总 线 3 控 制 信 号 线除 地 址 线 和 数 据 线 外 ， 还 要 有 系 统 的 控 制 总 线 。 这 些 信号 有 的 就 是 单 片 机 引 脚 的 第 一 功 能 信 号 ， 有 的 则 是 P3口 第二 功 能 信 号 。 包 括 ：（ 1） 作 为 外 扩 程 序 存 储 器 的 读 选 通 控 制 信 号 。（ 2） 和 为 外 扩 数 据 存 储 器 和 I/O的 读 、 写 选 通控 制 信 号 。（ 3） ALE作 为 P0口 发 出 的 低 8位 地 址 锁 存 控 制 信 号 。（ 4） 为 片 内 、 片 外 程 序 存 储 器 的 选 择 控 制 信 号 。可 见 ， AT89C51的 4个 并 行 I/O口 ， 由 于 系 统 扩 展 的 需 要 ，真 正 作 为 数 字 I/O用 ， 就 剩 下 P1和 P3的 部 分 口 线 了 。 8 PSENRD WREA 8.2 地 址 空 间 分 配 和 外 部 地 址 锁 存 器本 节 讨 论 如 何 进 行 存 储 器 空 间 的 地 址 分 配 ， 并 介 绍 用于 输 出 低 8位 地 址 的 常 用 的 地 址 锁 存 器 。8.2.1 存 储 器 地 址 空 间 分 配实 际 系 统 设 计 中 ， 既 需 要 扩 展 程 序 存 储 器 ， 又 需 要 扩展 数 据 存 储 器 ， 如 何 把 片 外 的 两 个 64KB地 址 空 间 分 配 给各 个 程 序 存 储 器 、 数 据 存 储 器 芯 片 ， 使 一 个 存 储 单 元 只 对应 一 个 地 址 ， 避 免 单 片 机 发 出 一 个 地 址 时 ， 同 时 访 问 两 个单 元 ， 发 生 数 据 冲 突 。 这 就 是 存 储 器 地 址 空 间 分 配 问 题 。 9 AT89C51单 片 机 发 出 的 地 址 码 用 于 选 择 某 个 存 储 器 单元 ， 外 扩 多 片 存 储 器 芯 片 中 ， 单 片 机 必 须 进 行 两 种 选 择 ：一 是 选 中 该 存 储 器 芯 片 ， 这 称 为 “ 片 选 ” ， 未 被 选 中 的 芯片 不 能 被 访 问 。 二 是 在 “ 片 选 ” 的 基 础 上 再 根 据 单 片 机 发出 的 地 址 码 来 对 “ 选 中 ” 芯 片 的 某 一 单 元 进 行 访 问 ， 即“单 元 选 择 ” 。为 实 现 片 选 ， 存 储 器 芯 片 都 有 片 选 引 脚 。 同 时 也 都 有 多条 地 址 线 引 脚 ， 以 便 进 行 单 元 选 择 。 注 意 ， “ 片 选 ” 和“ 单 元 选 择 ” 都 是 单 片 机 通 过 地 址 线 一 次 发 出 的 地 址 信 号来 完 成 选 择 。通 常 把 单 片 机 系 统 的 地 址 线 笼 统 地 分 为 低 位 地 址 线 和 高 10 11 位 地 址 线 ， “ 片 选 ” 都 是 使 用 高 位 地 址 线 。 实 际 上 ， 16条 地址 线 中 的 高 、 低 位 地 址 线 的 数 目 并 不 是 固 定 的 ， 只 是 习 惯上 把 用 于 “ 单 元 选 择 ” 的 地 址 线 ， 都 称 为 低 位 地 址 线 ，其 余 的 为 高 位 地 址 线 。常 用 的 存 储 器 地 址 空 间 分 配 方 法 有 两 种 ： 线 性 选 择 法 （ 简 称线 选 法 ） 和 地 址 译 码 法 （ 简 称 译 码 法 ） ， 下 面 介 绍 。1 线 选 法是 直 接 利 用 系 统 的 某 一 高 位 地 址 线 作 为 存 储 器 芯 片 （ 或 I/O接 口 芯 片 ） 的 “ 片 选 ” 控 制 信 号 。 为 此 ， 只 需 要 把 用 到 的高 位 地 址 线 与 存 储 器 芯 片 的 “ 片 选 ” 端 直 接 连 接 即 可 。 线 选 法 优 点 是 电 路 简 单 ， 不 需 要 另 外 增 加 地 址 译 码 器 硬件 电 路 ， 体 积 小 ， 成 本 低 。 缺 点 是 可 寻 址 的 芯 片 数 目 受 到限 制 。 另 外 ， 地 址 空 间 不 连 续 ， 每 个 存 储 单 元 的 地 址 不 唯一 ， 这 会 给 程 序 设 计 带 来 不 便 ， 只 适 用 于 外 扩 芯 片 数 目 不多 的 单 片 机 系 统 的 存 储 器 扩 展 。2 译 码 法使 用 译 码 器 对 AT89C51单 片 机 的 高 位 地 址 进 行 译 码 ，译 码 输 出 作 为 存 储 器 芯 片 的 片 选 信 号 。 这 种 方 法 能 够 有 效地 利 用 存 储 器 空 间 ， 适 用 于 多 芯 片 的 存 储 器 扩 展 。 常 用 的译 码 器 芯 片 有 74LS138（ 3线-8线译 码 器 ） 、 74LS139（ 双 2线-4线译 码 器 ） 和 74LS154（ 4线-16线译 码 器 ） 。 12 若 全 部 高 位 地 址 线 都 参 加 译 码 ， 称 为 全 译 码 ； 若 仅 部 分高 位 地 址 线 参 加 译 码 ， 称 为 部 分 译 码 。 部 分 译 码 存 在 着 部分 存 储 器 地 址 空 间 相 重 叠 的 情 况 。下 面 介 绍 常 用 的 译 码 器 芯 片 。（ 1） 74LS1383线-8线译 码 器 ， 有 3个 数 据 输 入 端 ， 经 译 码 产 生 8种 状态 。 引 脚 如 图 8-3所示， 真 值 表 见 表 8-1。 由 表 8-1可见 ，当 译 码 器 的 输 入 为 某 一 固 定 编 码 时 ， 其 输 出 仅 有 一 个 固 定的 引 脚 输 出 为 低 电 平 ， 其 余 的 为 高 电 平 。 输 出 为 低 电 平 的引 脚 就 作 为 某 一 存 储 器 芯 片 的 片 选 信 号 。 13 14 G2ABY7654310 （ 2） 74LS139双 2线-4线译 码 器 。 这 两 个 译 码 器 完 全 独 立 ， 分 别 有 各 自的 数 据 输 入 端 、 译 码 状 态 输 出 端 以 及 数 据 输 入 允 许 端 ， 其引 脚 如 图 8-4所示， 真 值 表 见 表 8-2（ 只 给 出 其 中 一 组 ） 。 图 8-3 74LS138引 脚 图 图 8-4 74LS139引 脚 图 15 16 以 74LS138为 例 ， 如 何 进 行 地 址 分 配 。 例 如 ， 要 扩 8片 8KB的 RAM 6264， 如 何 通 过74LS138把 64KB空 间 分 配 给 各 个 芯 片 ？ 由 74LS138真 值 表 可 知 ， 把 G1接 到 +5V， 、 接 地 ， P2.7、 P2.6、 P2.5（ 高 3位 地 址 线 ） 分 别 接74LS138的 C、 B、 A端 ， 由 于 对 高 3位 地 址 译 码 ， 这 样 译码 器 有 8个 输 出 ， 分 别 接 到 8片 6264的 各 “ 片选 ” 端 ， 实 现 8选 1的 片 选 。低 13位 地 址 （ P2.4 P2.0， P0.7 P0.0） 完 成 对 选 中的 6264芯 片 中 的 各 个 存 储 单 元 的 “ 单 元 选 择 ” 。 这 样 就 把64KB存 储 器 空 间 分 成 8个 8KB空 间 了 。 17 G 2AG 2B Y7 Y0 64KB地 址 空 间 分 配 如 图 8-5所示。 图 8-5 64KB地 址 空 间 划 分 成 8个 8KB空 间这 里 采 用 全 地 址 译 码 方 式 。 因 此 ， AT89C51发 出 16位地 址 时 ， 每 次 只 能 选 中 某 一 芯 片 及 该 芯 片 的 一 个 存 储 单 元 18 如 何 用 74LS138把 64KB空 间 全 部 划 分 为 4KB的 块 呢 ？4KB空 间 需 12条 地 址 线 ， 而 译 码 器 输 入 只 有 3条 地 址 线（ P2.6 P2.4） ， P2.7没 有 参 加 译 码 ， P2.7发 出 的 0或 1决 定 选 择 64KB存 储 器 空 间 的 前 32KB还 是 后 32KB， 由 于P2.7没 有 参 加 译 码 ， 就 不 是 全 译 码 方 式 ， 前 后 两 个 32KB空 间 就 重 叠 了 。 那 么 ， 这 32KB空 间 利 用 74LS138译 码 器可 划 分 为 8个 4KB空 间 。如 果 把 P2.7通 过 一 个 非 门 与 74LS138译 码 器 G1端 连 接起 来 ， 如 图 8-6所示， 就 不 会 发 生 两 个 32KB空 间 重 叠 的 问题 了 。 这 时 ， 选 中 的 是 64KB空 间 的 前 32KB空 间 ， 地 址 范 19 20 围 为 0000H 7FFFH。 如 果 去 掉 图 8-6中 的 非 门 ， 地 址 范 围为 8000H FFFFH。 把 译 码 器 的 输 出 连 到 各 个 4KB存 储 器的 片 选 端 ， 这 样 就 把 32KB空 间 划 分 为 8个 4KB空 间 。P2.3 P2.0， P0.7 P0.0实 现 “ 单 元 选 择 ” ， P2.6P2.4通 过 74LS138译 码 实 现 对 各 存 储 器 芯 片 的 片 选 。采 用 译 码 器 划 分 的 地 址 空 间 块 都 是 相 等 的 ， 如 果 将 地 址 空 间块 划 分 为 不 等 的 块 ， 可 采 用 可 编 程 逻 辑 器 件 FPGA对 其 编程 来 代 替 译 码 器 进 行 非 线 性 译 码 。 图 8-6 存 储 器 空 间 被 划 分 成 每 块 4KB 21 8.2.2 外 部 地 址 锁 存 器受 引 脚 数 的 限 制 ， P0口 兼 用 数 据 线 和 低 8位 地 址 线 ， 为了 将 它 们 分 离 出 来 ， 需 在 单 片 机 外 部 增 加 地 址 锁 存 器 。 目前 ， 常 用 的 地 址 锁 存 器 芯 片 有 74LS373、 74LS573等 。1 锁 存 器 74LS373是 一 种 带 三 态 门 的 8D锁 存 器 ， 其 引 脚 如 图 8-7所示， 内部 结 构 如 图 8-8所示。 AT89C51与 74LS373锁 存 器 的 连 接如 图 8-9所 示 。 22 23图 8-7 锁 存 器 74LS373的 引 脚 图 8-8 74LS373的 内 部 结 构 24 25图 8-9 AT89C51单 片 机 P0口 与 74LS373的 连 接 引 脚 说 明 ：n D7 D0： 8位 数 据 输 入 线 ，n Q7Q0： 8位 数 据 输 出 线 。n G： 数 据 输 入 锁 存 选 通 信 号 。 当 加 到 该 引 脚 的 信 号 为 高电 平 时 ， 外 部 数 据 选 通 到 内 部 锁 存 器 ， 负 跳 变 时 ， 数 据 锁存 到 锁 存 器 中 。n ： 数 据 输 出 允 许 信 号 ， 低 电 平 有 效 。 当 该 信 号 为 低电 平 时 ， 三 态 门 打 开 ， 锁 存 器 中 数 据 输 出 到 数 据 输 出 线 。当 该 信 号 为 高 电 平 时 ， 输 出 线 为 高 阻 态 。74LS373锁 存 器 功 能 如 表 8-3。 26OE 27 OE 图 8-10 锁 存 器 74LS573的 引 脚 2锁存器74LS573也 是 一 种 带 有 三 态 门 的 8D锁 存 器 ， 功 能 及 内 部 结 构 与74LS373完 全 一 样 ， 只 是 其 引 脚 排 列 与 74LS373不 同 ， 图8-10为 74LS573引 脚 图 。 由 图 8-10， 与 74LS373相 比 ， 74LS573的 输 入 D端 和 输出 Q端 依 次 排 列 在 芯 片 两 侧 ， 为 绘 制 印 制 电 路 板 提 供 方 便引 脚 说 明 ：n D7 D0： 8位 数 据 输 入 线 。 n Q7Q0： 8位 数 据 输 出 线 。n G ：数 据 输 入 锁 存 选 通 信 号 ， 该 引 脚 与 74LS373的 G端功 能 相 同 。 28 29 n ： 数 据 输 出 允 许 信 号 ， 低 电 平 有 效 。 当该 信 号 为 低 电 平 时 ， 三 态 门 打 开 ， 锁 存 器 中数 据 输 出 到 数 据 输 出 线 。 当 该 信 号 为 高 电 平时 ， 输 出 线 为 高 阻 态 。OE 30 8.3 程 序 存 储 器 EPROM的 扩 展程 序 存 储 器 采 用 只 读 存 储 器 ， 因 为 这 种 存 储器 在 电 源 关 断 后 ， 仍 能 保 存 程 序 （ 我 们 称此 特 性 为 非 易 失 性 的 ） ， 在 系 统 上 电 后 ，CPU可 取 出 这 些 指 令 重 新 执 行 。 只 读 存 储 器 简 称 ROM（ Read Only Memory） 。 ROM中 的 信 息 一 旦 写 入 ， 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 ， 故 称 为 只 读 存 储 器 。向 ROM中 写 入 信 息 称 为 ROM编 程 。 根 据 编 程 方 式 不 同 ，分 为 以 下 几 种 。（ 1） 掩 模 ROM。 在 制 造 过 程 中 编 程 ， 是 以 掩 模 工 艺 实现 的 ， 因 此 称 为 掩 模 ROM。 这 种 芯 片 存 储 结 构 简 单 ， 集成 度 高 ， 但 由 于 掩 模 工 艺 成 本 较 高 ， 因 此 只 适 合 于 大 批 量生 产 。 31 （ 2） 可 编 程 ROM（ PROM） 。 芯 片 出 厂 时 没 有 任 何 程序 信 息 ， 用 独 立 的 编 程 器 写 入 。 但 PROM只 能 写 一 次 ， 写入 内 容 后 ， 就 不 能 再 修 改 。（ 3） EPROM。 用 紫 外 线 擦 除 ， 用 电 信 号 编 程 。 在 芯片 外 壳 的 中 间 位 置 有 一 个 圆 形 窗 口 ， 对 该 窗 口 照 射 紫 外 线就 可 擦 除 原 有 的 信 息 。 使 用 编 程 器 可 将 调 试 完 毕 的 程 序 写入 。（ 4） E 2PROM（ EEPROM） 。 一 种 用 电 信 号 编 程 ， 也用 电 信 号 擦 除 的 ROM芯 片 。 对 E2PROM的 读 写 操 作 与RAM存 储 器 几 乎 没 有 什 么 差 别 ， 只 是 写 入 的 速 度 慢 一 些 ，但 断 电 后 仍 能 保 存 信 息 。 32 （ 5） Flash ROM。 又 称 闪 速 存 储 器 （ 简 称 闪 存 ） ， 是在 EPROM、 E2PROM的 基 础 上 发 展 起 来 的 一 种 电 擦 除 型只 读 存 储 器 。 特 点 是 可 快 速 在 线 修 改 其 存 储 单 元 中 的 数 据 ，改 写 次 数 可 达 1万 次 ， 其 读 写 速 度 很 快 ， 存 取 时 间 可 达70ns， 而 成 本 比 E2PROM低 得 多 ， 大 有 取 代 E2PROM的 趋势 。目 前 许 多 公 司 生 产 的 8051内 核 的 单 片 机 ， 在 芯 片 内 部大 多 集 成 了 数 量 不 等 的 Flash ROM。例 如 ， 美 国 ATMEL公 司 产 品 AT89C5x/AT89S5x， 片 内有 不 同 容 量 的 Flash ROM。 在 片 内 的 Flash ROM满 足 要 求下 ， 扩 展 外 部 程 序 存 储 器 可 省 去 。 33 8.3.1 常 用 的 EPROM芯 片使 用 较 多 的 是 并 行 EPROM， 首 先 介 绍 常 用 EPROM芯片 。EPROM的 典 型 芯 片 是 27系 列 产 品 ， 例 如 ， 2764（ 8KB） 、 27128（ 16KB） 、 27256（ 32KB） 、 27512（ 64KB） 。 型 号 “ 27” 后 面 的 数 字 表 示 其 位 存 储 容 量 。如 果 换 算 成 字 节 容 量 ， 只 需 将 该 数 字 除 以 8即 可 。例 如 ， “ 27128” 中 的 “ 27” 后 的 数 字 “ 128” ，128/8 =16KB随 着 大 规 模 集 成 电 路 技 术 的 发 展 ， 大 容 量 存 储 器 芯 片 产量 剧 增 ， 售 价 不 断 下 降 ， 性 价 比 明 显 增 高 ， 且 由 于 小 容 量 芯 片 停 止 生 产 ， 使 市 场 某 些 小 容 量 芯 片 价 格 反 而 比 大 容 量芯 片 还 贵 。 所 以 ， 应 尽 量 采 用 大 容 量 芯 片 。 34 1 常 用 EPROM芯 片 引 脚27系 列 EPROM芯 片 的 引 脚 如 图 8-11。芯 片 引 脚 功 能 ：n A0 A15： 地 址 线 引 脚 。 它 的 数 目 由 芯 片 的 存 储 容 量 决定 ， 用 于 进 行 单 元 选 择 。n D7D0：数 据 线 引 脚 。n ：片 选 控 制 端 。n ：输 出 允 许 控 制 端 。 n ：编 程 时 ， 编 程 脉 冲 的 输 入 端 。 35CEOEPCM 36图 8-11 常 用 EPROM芯 片 引 脚 n VPP： 编 程 时 ， 编 程 电 压 （ +12V或 +25V） 输 入 端 。n VCC： +5V， 芯 片 的 工 作 电 压 。n GND ： 数 字 地 。n NC： 无 用 端 。表 8-4为 27系 列 EPROM芯 片 的 技 术 参 数 ， 其 中 VCC是 芯片 供 电 电 压 ， VPP是 编 程 电 压 ， Im为 最 大 静 态 电 流 ， Is为 维持 电 流 ， T RM为 最 大 读 出 时 间 。 37 38 2 EPROM芯 片 的 工 作 方 式5种 工 作 方 式 ， 由 、 、 信 号 的 组 合 确 定 。5种 工 作 方 式 如 表 8-5。 39 CE/PGMO CE OE PCM （ 1） 读 出 方 式 。 工 作 在 该 方 式 的 条 件 是 使 片 选 控 制 线 为 低 电 平 ， 同 时 让 输 出 允 许 控 制 线 为 低 电 平 ， VPP为 +5V， 就 可 把 指 定 地 址 单 元 的 内 容 从 D7 D0上 读 出 。（ 2） 未 选 中 方 式 。 当 片 选 控 制 线 为 高 电 平 时 ， 芯片 未 选 中 方 式 ， 数 据 输 出 为 高 阻 抗 悬 浮 状 态 ， 不 占 用 数 据总 线 。 EPROM处 于 低 功 耗 的 维 持 状 态 。（ 3） 编 程 方 式 。 在 VPP端 加 上 规 定 好 的 高 压 ， 和 端 加 上 合 适 的 电 平 （ 不 同 芯 片 要 求 不 同 ） ， 能 将 数 据写 入 到 指 定 地 址 单 元 。 编 程 地 址 和 编 程 数 据 分 别 由 系 统 的A15 A0和 D7 D0提 供 。 40 OECE CE CEOE 41 （ 4） 编 程 校 验 方 式 。 VPP端 保 持 相 应 的 编 程 电 压 （ 高 压 ） ，再 按 读 出 方 式 操 作 ， 读 出 固 化 好 的 内 容 ， 校 验 写 入 内 容 是否 正 确 。（ 5） 编 程 禁 止 方 式 。8.3.2 程 序 存 储 器 的 操 作 时 序1 访 问 程 序 存 储 器 的 控 制 信 号AT89C51单 片 机 访 问 片 外 扩 展 的 程 序 存 储 器 时 ， 所 用 的 控 制信 号 有 以 下 3种 。（ 1） ALE： 用 于 低 8位 地 址 锁 存 控 制 。（ 2） ： 片 外 程 序 存 储 器 “ 读 选 通 ” 控 制 信 号 。 它 接外 扩 EPROM的 引 脚 。 OEPSEN （ 3） ： 片 内 、 片 外 程 序 存 储 器 访 问 的 控 制 信 号 。当 =1时 ， 在 单 片 机 发 出 的 地 址 小 于 片 内 程 序 存 储 器 最大 地 址 时 ， 访 问 片 内 程 序 存 储 器 ；当 =0时 ， 只 访 问 片 外 程 序 存 储 器 。如 果 指 令 是 从 片 外 EPROM中 读 取 的 ， 除 了 ALE用 于 低 8位 地 址 锁 存 信 号 之 外 ， 控 制 信 号 还 有 ， 接 外 扩EPROM的 脚 。 此 外 ， P0口 分 时 用 作 低 8位 地 址 总 线和 数 据 总 线 ， P2口 用 作 高 8位 地 址 线 。 42 EAOE PSENEAEA 43 8.3.3 AT89C51单 片 机 与 EPROM的 接 口 电 路设 计由 于 AT89S5x单 片 机 片 内 集 成 不 同 容 量 的Flash ROM， 可 根 据 实 际 需 要 来 决 定 是 否外 部 扩 展 EPROM。 当 应 用 程 序 不 大 于 单 片机 片 内 的 Flash ROM容 量 时 ， 扩 展 外 部 程序 存 储 器 的 工 作 可 省 略 。 但 作 为 扩 展 外 部 程 序 存 储 器 的 基 本 方 法 ， 还 是 应 掌 握 。1 AT89C51与 单 片 EPROM的 硬 件 接 口 电 路在 设 计 接 口 电 路 时 ， 由 于 外 扩 的 EPROM在 正 常 使 用 中只 读 不 写 ， 故 EPROM芯 片 只 有 读 出 控 制 引 脚 ， 记 为 ，该 引 脚 与 AT89C51单 片 机 的 相 连 ， 地 址 线 、 数 据 线 分 别与 AT89C51单 片 机 的 地 址 线 、 数 据 线 相 连 ， 片 选 端 控 制 可采 用 线 选 法 或 译 码 法 。介 绍 2764、 27128芯 片 与 AT89C51的 接 口 。 更 大 容 量的 27256、 27512与 AT89C51的 连 接 ， 差 别 只 是 连 接 的 地址 线 数 目 不 同 。 44 OE 由 于 2764与 27128引 脚 的 差 别 仅 在 26脚 ， 2764的 26脚是 空 脚 ， 27128的 26脚 是 地 址 线 A13， 因 此 在 设 计 外 扩 存储 器 电 路 时 ， 应 选 用 27128芯 片 设 计 电 路 。 在 实 际 应 用 时 ，可 将 27128换 成 2764， 系 统 仍 能 正 常 运 行 。图 8-13所 示 为 AT89C51外 扩 16KB的 EPROM 27128的电 路 。由 于 只 扩 展 一 片 EPROM， 所 以 片 选 端 直 接 接 地 ， 也 可接 到 某 一 高 位 地 址 线 上 （ A15或 A14） 进 行 线 选 ， 也 可 接某 一 地 址 译 码 器 的 输 出 端 。 45 46图 8-13 AT89C51单 片 机 与 27128的 接 口 电 路 2 使 用 多 片 EPROM的 扩 展 电 路图 8-14所 示 为 利 用 4片 27128 EPROM扩 展 成 64KB程 序存 储 器 的 方 法 。 片 选 信 号 由 译 码 器 产 生 。 4片 27128各 自所 占 的 地 址 空 间 ， 读 者 自 己 分 析 。8.4 静 态 数 据 存 储 器 RAM的 扩 展在 单 片 机 应 用 系 统 中 ， 外 部 扩 展 的 数 据 存 储 器 都 采 用 静态 数 据 存 储 器 （ SRAM） 。对 外 部 扩 展 的 数 据 存 储 器 空 间 访 问 ， P2口 提 供 高 8位 地址 ， P0口 分 时 提 供 低 8位 地 址 和 8位 双 向 数 据 总 线 。 片 外数 据 存 储 器 RAM的 读 和 写 由 AT89C51的 （ P3.7） 和 （ P3.6） 信 号 控 制 。 47RDWR 48图 8-14 AT89C51与 4片 27128 EPROM的 接 口 电 路 49 8.4 静 态 数 据 存 储 器 RAM的 扩 展在 单 片 机 应 用 系 统 中 ， 外 部 扩 展 的 数 据 存 储 器 都 采 用静 态 数 据 存 储 器 （ SRAM） 。对 外 部 扩 展 的 数 据 存 储 器 空 间 访 问 ， P2口 提 供 高 8位地 址 ， P0口 分 时 提 供 低 8位 地 址 和 8位 双 向 数 据 总 线 。 片外 数 据 存 储 器 RAM的 读 和 写 由 AT89C51的 （ P3.7） 和 （ P3.6） 信 号 控 制 。 RDWR 而 片 外 程 序 存 储 器 EPROM的 输 出 端 允 许 （ ） 由 单片 机 的 读 选 通 信 号 控 制 。尽 管 与 EPROM的 地 址 空 间 范 围 相 同 ， 但 由 于 控 制 信 号不 同 ， 不 会 发 生 总 线 冲 突 。 8.4.1 常 用 的 静 态 RAM（ SRAM） 芯 片单 片 机 系 统 中 常 用 的 RAM芯 片 的 典 型 型 号 有 6116（ 2KB ） ， 6264（ 8KB） ， 62128（ 16KB） ， 62256（ 32KB） 。6116为 24脚 封 装 ， 6264、 62128、 62256为 28脚 封 装 。这 些 RAM芯 片 的 引 脚 如 图 8-15所示。 50 PSEN OE 51图 8-15 常 用 的 RAM引 脚 图 各 引 脚 功 能 ：A0 A14： 地 址 输 入 线 。D0 D7： 双 向 三 态 数 据 线 。 ： 片 选 信 号 输 入 线 。 对 6264芯 片 ， 当 24脚 （ CS）为 高 电 平 且 为 低 电 平 时 才 选 中 该 片 。 ： 读 选 通 信 号 输 入 线 ， 低 电 平 有 效 。 ： 写 允 许 信 号 输 入 线 ， 低 电 平 有 效 。V CC 工 作 电 源 +5V。GND 地 。RAM存 储 器 有 读 出 、 写 入 、 维 持 3种 工 作 方 式 ， 工 作 方式 的 控 制 见 表 8-6。 52OECE CEWE 53 8.4.2 外 扩 数 据 存 储 器 的 读 写 操 作 时 序对 片 外 RAM读 和 写 两 种 操 作 时 序 的 基 本 过 程 相 同 。1 读 片 外 RAM操 作 时 序若 外 扩 一 片 RAM， 应 将 脚 与 RAM的 脚 连 接 ， 脚与 芯 片 脚 连 接 。 WE RDWROE 单 片 机 读 片 外 RAM操 作 时 序 如 图 8-16所示。在 第 一 个 机 器 周 期 的 S1状 态 ， ALE信 号 由 低 变 高 （处 ） ， 读 RAM周 期 开 始 。 在 S2状 态 ， CPU把 低 8位 地 址 送到 P0口 总 线 上 ， 把 高 8位 地 址 送 上 P2口 （ 在 执 行 “ MOVX A， DPTR” 指 令 阶 段 才 送 高 8位 ； 若 执 行 “ MOVX A，Ri” 则 不 送 高 8位 ） 。ALE下 降 沿 （处 ） 用 来 把 低 8位 地 址 信 息 锁 存 到 外 部锁 存 器 74LS373内 。 而 高 8位 地 址 信 息 一 直 锁 存 在 P2口 锁存 器 中 （处 ） 。在 S3状 态 ， P0口 总 线 变 成 高 阻 悬 浮 状 态。 在 S4状 态 ，执 行 指 令 “ MOVX A， DPTR” 后 使 信 号 变 有 效 54RD 55图 8-16 AT89C51单 片 机 读 片 外 RAM操 作 时 序 图 56 （处 ） ， 信 号 使 被 寻 址 的 片 外 RAM过 片 刻 后 把 数 据 送 上P0口 总 线 （处 ） ， 当 回 到 高 电 平 后 （处 ） ， P0总 线 变悬 浮 状 态 （ 处 ） 。2 写 片 外 RAM操 作 时 序向 片 外 RAM写 数 据 ， 单 片 机 执 行 “ MOVX DPTR， A” 指 令 。 指 令 执 行 后 ， AT89C51的 信 号 为 低 有 效 ， 此 信 号 使 RAM的 端 被 选 通 。写 片 外 RAM的 时 序 如 图 8-17所示。 开 始 的 过 程 与 读 过 程 类 似 ， 但写 的 过 程 是 CPU主 动 把 数 据 送 上 P0口 总 线 ， 故 在 时 序 上 ，CPU先 向 P0口 总 线 上 送 完 8位 地 址 后 ， 在 S3状 态 就 将 数 据 送 到P0口 总 线 （处 ） 。 此 间 ， P0总 线 上 不 会 出 现 高 阻 悬 浮 现 象 。RD RDWRWE 57图 8-17 AT89C51单 片 机 写 片 外 RAM操 作 时 序 图 在 S4状 态 ， 写 信 号 有 效 （处 ） ， 选 通 片 外 RAM，稍 过 片 刻 ， P0口 上 的 数 据 就 写 到 RAM内 了 ， 然 后 写 信 号 变 为 无 效 （处 ） 。8.4.3 AT89C51单 片 机 与 RAM的 接 口 电 路 设 计AT89C51对 片 外 RAM的 读 和 写 由 AT89C51单 片 机 的 （ P3.7） 和 （ P3.6） 控 制 ， 片 选 端 由 译 码 器 译 码输 出 控 制 。 因 此 设 计 时 ， 主 要 解 决 地 址 分 配 、 数 据 线 和 控制 信 号 线 的 连 接 问 题 。 在 与 高 速 单 片 机 连 接 时 ， 还 要 根 据时 序 解 决 读 /写 速 度 匹 配 问 题 。图 8-18为 用 线 选 法 扩 展 AT89C51外 部 数 据 存 储 器 电 路 。图 中 数 据 存 储 器 选 用 6264， 该 芯 片 地 址 线 为 A0 A12， 故 AT89C51剩 余 地 址 线 为 3条 。 58 WRWR WRRD 59图 8-18 线 选 法 扩 展 外 部 数 据 存 储 器 电 路 图 用 线 选 可 扩 展 3片 6264， 对 应 的 存 储 器 空 间 见 表 8-7。用 译 码 法 扩 展 外 部 数 据 存 储 器 的 接 口 电 路 如 图 8-19所 示 。数 据 存 储 器 62128， 芯 片 地 址 线 为 A0 A13， 剩 余 地 址 线为 两 条 ， 若 采 用 2线-4线译 码 器 可 扩 展 4片 62128。 各 片62128芯 片 地 址 分 配 如 表 8-8所 示 。 60 61图 8-19 译 码 法 扩 展 外 部 数 据 存 储 器 电 路 图 62 Y0123 【 例 8-1】 编 写 程 序 将 片 外 数 据 存 储 器 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 。 参 考 程 序 如 下 ： 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 （ 00H是； 循 环 256次 ） CLR ALOOP： MOVX DPTR， A ； 给 一 单 元 送 “ 00H” INC DPTR ； 地 址 指 针 加 1 DJNZ R7， LOOP ； 数 据 块 长 度 减 1， 若 不 为 0则 跳； LOOP继 续 清 “ 0”HERE： SJMP HERE ； 执 行 完 毕 ， 原 地 踏 步 63 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 。 参 考 程 序 如 下 ： MOV DPTR， #5000H； 设 置 数 据 块 指 针 的 初 值 CLR A ； A清 0LOOP： MOVX DPTR， A ； 给 一 单 元 送 “ 00H” INC DPTR ； 数 据 块 地 址 指 针 加 1 MOV R7， DPL ； 数 据 块 末 地 址 加 1送 R7 CJNE R7， #0， LOOP； 与 末 地 址 +1比 较HERE： SJMP HERE 64 8.5 EPROM和 RAM的 综 合 扩 展在 系 统 设 计 中 ， 经 常 是 既 要 扩 展 程 序 存 储 器 ， 也 要 扩 展数 据 存 储 器 （ RAM） 或 I/O， 即 进 行 存 储 器 的 综 合 扩 展 。下 面 介 绍 如 何 进 行 综 合 扩 展 。8.5.1 综 合 扩 展 的 硬 件 接 口 电 路【 例 8-2】 采 用 线 选 法 扩 展 2片 8KB的 RAM和 2片 8KB的 EPROM。 RAM芯 片 选 用 2片 6264。 扩 展 2片 EPROM芯片 ， 选 用 2764。 硬 件 接 口 电 路 如 图 8-20所示。 65 66图 8-20 采 用 线 选 法 的 综 合 扩 展 电 路 图 示 例 （ 1） 控 制 信 号 及 片 选 信 号地 址 线 P2.5直 接 接 到 IC1（ 2764） 和 IC3（ 6264） 的 片选 端 ， P2.6直 接 接 到 IC2（ 2764） 和 IC4（ 6264） 的 片 选 端 。当 P2.6=0， P2.5=1时 ， IC2和 IC4的 片 选 端 为 低 电 平 ，IC1和 IC3的 端 全 为 高 电 平 。当 P2.6=1， P2.5=0时 ， IC1和 IC3的 端 都 是 低 电 平 ， 每次 同 时 选 中 两 个 芯 片 ， 具 体 对 哪 个 芯 片 进 行 读 /写 操 作 还要 通 过 、 、 控 制 线 来 控 制 。当 为 低 电 平 时 ， 到 片 外 程 序 存 储 区 EPROM中 读程 序 ； 当 读 /写 信 号 或 为 低 电 平 时 ， 则 对 片 外 67WRRDRD WRPSENPSEN 68 RAM读 数 据 或 写 数 据 、 、 3个 信 号 是 在 执 行 指 令时 产 生 的 ， 任 意 时 刻 只 能 执 行 一 条 指 令 ， 所 以 只 能 有 一 个 信号 有 效 ， 不 可 能 同 时 有 效 ， 所 以 不 会 发 生 数 据 冲 突 。（ 2） 各 芯 片 地 址 空 间 分 配硬 件 电 路 一 旦 确 定 ， 各 芯 片 的 地 址 范 围 实 际 上 就 已 经 确 定 ， 编程 时 只 要 给 出 所 选 择 芯 片 的 地 址 ， 就 能 对 该 芯 片 进 行 访 问 。结 合 图 8-20， 介 绍 IC1、 IC2、 IC3、 IC4芯 片 地 址 范 围 的 确 定方 法 。存 储 器 地 址 均 用 16位 ， P0口 确 定 低 8位 ， P2口 确 定 高 8位 。如 果 P2.6=0、 P2.5=1， 选 中 IC2、 IC4。 地 址 线 A15 A0与 P2、P0对 应 关 系 如 下 ： PSEN RD WR 69 除 P2.6、 P2.5固 定 外 ， 其 他 “ ”位 均 可 变 。 设 无 用位 P2.7 = 1， 当 “ ”各 位 全 为 “ 0” 时 ， 则 为 最 小 地 址A000H； 当 “ ”均 为 “ 1” 时 ， 则 为 最 大 地 址 BFFFH。IC2、IC4的 地 址 空 间 为 A000H BFFFH共 8KB。同 理 IC1、 IC3的 地 址 范 围 为 C000H DFFFH。4片 存 储 器 各 自 所 占 的 地 址 空 间 如 表 8-9所 示 。 即 使地 址 空 间 重 叠 ， 也 不 会 发 生 数 据 冲 突 。 IC1与 IC3也 同 样 如此 。 70 下 面 介 绍 采 用 译 码 器 法 进 行 地 址 空 间 分 配 的 例 子 。 【 例 8-3】 采 用 译 码 法 扩 展 2片 8KB EPROM和 2片 8KB RAM。 EPROM选 用 2764， RAM选 用 6264。扩 展 接 口 电 路 如 图 8-21所示。 图 中 ， 74LS139的 4个 输出 端 ， 分 别 连 接 4个 芯 片 IC1、 IC2、 IC3、 IC4的片 选 端 。74LS139在 对 输 入 端 译 码 时 ， 每 次 只 能 有 一位 输 出 为 “ 0” ， 其 他 三 位 全 为 “ 1” ， 输 出 为 “ 0” 的 一端 所 连 接 的 芯 片 被 选 中 。译 码 法 地 址 分 配 ， 首 先 要 根 据 译 码 芯 片 真 值 表 确 定 译 码芯 片 的 输 入 状 态 ， 由 此 再 判 断 其 输 出 端 选 中 芯 片 的 地 址 。 71 Y0 Y3 Y0 Y3 72图 8-21 采 用 译 码 法 的 综 合 扩 展 电 路 图 示 例 如 图 8-21， 74LS139的 输 入 端 A、 B、 分 别 接 P2口 的P2.5、 P2.6、 P2.7三 端 ， 为 使 能 端 ， 低 电 平 有 效 。由 表 8-2 74LS139的 真 值 表 可 见 ， 当 =0、 A=0、B=0时 ， 输 出 端 只 有 为 “ 0” ， 全 为 “ 1” ，选 中 IC1。 这 样 ， P2.7、 P2.6、 P2.5全 为 0， P2.4 P2.0与 P0.7 P0.0这 13条 地 址 线 的 任 意 状 态 都 能 选 中 IC1的 某一 单 元 。当 13条 地 址 线 全 为 “ 0” 时 ， 为 最 小 地 址 0000H；当 13条 地 址 线 全 为 “ 1” 时 ， 为 最 大 地 址 1FFFH。所 以 IC1的 地 址 范 围 为 0000H 1FFFH。 同 理 可 确 定 电路 中 各 个 存 储 器 地 址 范 围 见 表 8-10。 73 Y0 1Y 3Y G 74 8.5.2 外 扩 存 储 器 电 路 的 工 作 原 理 及 软 件 设 计 为 使 读 者 弄 清 楚 单 片 机 与 扩 展 的 存 储 器 软 、 硬 件 之 间 的 关系 ， 结 合 图 8-21所 示 的 译 码 电 路 ， 说 明 片 外 读 指 令 和 从 片 外读 /写 数 据 的 过 程 。 1 单 片 机 片 外 程 序 区 读 指 令 过 程单 片 机 复 位 后 ， CPU就 从 0000H地 址 开 始 取 指 令 ， 执 行程 序 。取 指 令 期 间 ， 低 8位 地 址 送 P0口 ， 经 锁 存 器 A0 A7输出 。 高 8位 地 址 送 往 P2口 ， 直 接 由 P2.0 P2.4锁 存 到 A8A12地 址 线 上 ， P2.5 P2.7输 入 给 74LS139进 行 译 码 输 出片 选 。 这 样 ， 根 据 P2口 、 P0口 状 态 则 选 中 第 一 个 程 序 存储 器 芯 片 IC1（ 2764） 的 第 一 个 单 元 地 址 0000H。 然 后 当PSEN*变 为 低 时 ， 把 0000H中 指 令 代 码 经 P0口 读 入 内 部RAM中 进 行 译 码 ， 从 而 决 定 进 行 何 种 操 作 。 75 取 出 一 个 指 令 字 节 后 PC自 动 加 1， 然 后 取 第 二 个 字 节 ，依 次 类 推 。 当 PC=1FFFH时 ， 从 IC1最 后 一 个 单 元 取 指 令 ，然 后 PC = 2000H， CPU向 P2口 、 P0口 送 出 2000H地 址 时 ，则 选 中 第 二 个 程 序 存 储 器 IC2， IC2的 地 址 范 围 为 2000H3FFFH， 读 指 令 过 程 同 IC1， 不 再 赘 述 。2 单 片 机 片 外 数 据 区 读 /写 数 据 过 程当 程 序 运 行 中 ， 执 行 “ MOV” 类 指 令 时 ， 表 示 与 片 内RAM交 换 数 据 ； 当 遇 到 “ MOVX” 类 指 令 时 ， 表 示 对 片 外数 据 存 储 器 区 寻 址 。 片 外 数 据 存 储 器 区 只 能 间 接 寻 址 。例 如 ， 把 片 外 6000H单 元 的 数 据 送 到 片 内 RAM 50H单元 中 ， 程 序 如 下 ： 76 77 MOV DPTR， #6000HMOVX A， DPTRMOV 50H， A向 片 外 数 据 区 写 数 据 的 过 程 与 读 数 据 的 过 程 类 似 。例 如 ， 把 片 内 50H单 元 的 数 据 送 到 片 外 4000H单 元 中 ， 程 序如 下 ： MOV A， 50HMOV DPTR， #4000HMOVX DPTR， A执 行 第 1条 指 令 ， 先 把 片 内 RAM 50H单 元 的 数 据 送 到 A中 ，第 2条 指 令 把 寻 址 地 址 4000H送 到 数 据 指 针 寄 存 器 DPTR 中 ， 当 执 行 “ MOVX DPTR， A” 时 ， DPTR的 低 8位（ 00H） 由 P0口 输 出 并 锁 存 ， 高 8位 （ 40H） 由 P2口 直 接输 出 ， 根 据 P0口 、 P2口 状 态 选 中 IC3（ 6264） 的 4000H单元 。 当 写 选 通 信 号 有 效 时 ， A中 的 内 容 送 往 片 外 4000H单元 。 单 片 机 读 写 片 外 数 据 存 储 器 中 内 容 ， 除 了 用 “ MOVX A， DPTR” 和 “ MOVX DPTR， A” 外 ， 还 可 用 指 令“ MOVX A， Ri” 和 “ MOVX Ri， A” 。 这 时 P0口装 入 Ri中 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 。 例 8-4是 采 用 “ MOVX Ri， A” 指 令 的 例 子 。 78 【 例 8-4】 编 程 ， 将 程 序 存 储 器 中 以 TAB为 首 址 的 32个 单元 内 容 依 次 传 送 到 外 部 RAM以 4000H为 首 址 的 区 域 。DPTR指 向 标 号 TAB首 地 址 。 R0既 指 示 外 部 RAM的 地址 ， 又 表 示 数 据 标 号 TAB的 位 移 量 。 程 序 为 一 循 环 程 序 ，循 环 次 数 为 32， R0的 值 达 到 32就 结 束 循 环 。 参 考 程 序 ： MOV P2， #40H ； MOV DPTR， #TAB ； 要 传 送 数 据 的 首 地 址 #TAB送； 入 数 据 指 针 DPTR MOV R0， #0 ； R0的 初 始 值 为 0 AGIN： MOV A， R0 79 MOVC A， A+DPTR ； 把 以 TAB为 首 址 32个 单 元 内； 容 送 入 AMOVX R0， A ； 程 序 存 储 器 中 表 的 内 容 送 入； 外 部 RAM单 元 INC R0 ； 循 环 次 数 加 1， 也 即 外 部； RAM单 元 的 地 址 指 针 加 1 CJNE R0， #32， AGIN； 判 32个 单 元 的 数 据 是 否 已 经； 传 送 完 毕 ， 未 完 则 继 续HERE： SJMP HERE ； 原 地 跳 转 ， 模 拟 一 段 实 际 要； 执 行 的 其 他 程 序 段TAB： DB ， ； 外 部 程 序 存 储 器 中 要 传 送 的 ； 32个 单 元 的 内 容 80