第8章单片机存储器扩展 本章要点： 单片机的程序存储器和数据存储器典型芯片信号引脚和工作方式 ■ 单片机的程序存储器和数据存储器的扩展。 单片机的程序存储器和数据存储器的编址技术
第8章 单片机存储器扩展 本章要点： n 单片机的程序存储器和数据存储器典型芯片信号引脚和工作方式 n 单片机的程序存储器和数据存储器的扩展。 n 单片机的程序存储器和数据存储器的编址技术
8.1MCS-51单片机系统扩展 单片机芯片内部的存储器容量如果不满足微机应用系统的 要求，就需要外接存储器芯片对单片机存储系统进行扩展，包 括扩展外部程序存储器和扩展外部数据存储器。MCS一51单片 机数据存储器和程序存储器的最大扩展空间都是64KB,扩展后 系统形成两个并行的64KB存储空间。 扩展外部存储器是以单片机为核心，通过系统总线进行的， 通过总线把各扩展部件连接起来，并进行数据、地址和信号的 传送，MCS-51使用的是并行总线结构，总线包括地址总线、数 据总线和控制总线
8.1 MCS-51单片机系统扩展 单片机芯片内部的存储器容量如果不满足微机应用系统的 要求，就需要外接存储器芯片对单片机存储系统进行扩展，包 括扩展外部程序存储器和扩展外部数据存储器。MCS—51单片 机数据存储器和程序存储器的最大扩展空间都是64KB，扩展后 系统形成两个并行的64KB存储空间。 扩展外部存储器是以单片机为核心，通过系统总线进行的， 通过总线把各扩展部件连接起来，并进行数据、地址和信号的 传送，MCS-51使用的是并行总线结构，总线包括地址总线、数 据总线和控制总线
1、地址总线AB(Address Bus) 地址总线由P2口提供高8位地址线，P2口具有输出锁存功能， 能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。由于PO口分时作为地址 线、数据线使用，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低8 位的地址信号。一般采用ALE信号的下降沿控制锁存时刻。 地址总线是单向的，地址信号只能由单片机向外送出。 地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目，例如位 地址，可以产生2个连续地址编码，因此可访问2m个存储单元，即 通常所说的寻址范围为2地址单元。 2、数据总线DB(Data Bus) 数据总线由P0口提供，数据总线的位数（宽度）与单片机处理 数据的字长一致，如MCS-51单片机的字长是8位，所以数据总线的位 数也是8位。 数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传送
1、地址总线AB（Address Bus） 地址总线由P2口提供高8位地址线，P2口具有输出锁存功能， 能保留地址信息。由P0口提供低8位地址线。由于P0口分时作为地址 线、数据线使用，所以为保存地址信息，需外加地址锁存器锁存低8 位的地址信号。一般采用ALE信号的下降沿控制锁存时刻。 地址总线是单向的，地址信号只能由单片机向外送出。 地址总线的数目决定着可直接访问的存储单元的数目，例如n位 地址，可以产生2 n个连续地址编码，因此可访问2 n个存储单元，即 通常所说的寻址范围为2 n地址单元。 2、数据总线DB（Data Bus） 数据总线由P0口提供，数据总线的位数（宽度）与单片机处理 数据的字长一致，如MCS-51单片机的字长是8位，所以数据总线的位 数也是8位。 数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传送
3、控制总线 控制总线(Control bus)是一组控制信号线。对于一条 具体的控制总线来说，其传送方向是单向的，但是由不同 方向的控制信号线组成的控制总线则表示为双向。 MCS-51扩展系统常用的控制信号有地址锁存信号 ALE、片外程序存储器读选通信号PSEN、内外程序存储 器选择信号EA、数据存储器和I/O端口的读写选通信号 RD和WR
3、控制总线 控制总线(Control bus)是一组控制信号线。对于一条 具体的控制总线来说，其传送方向是单向的，但是由不同 方向的控制信号线组成的控制总线则表示为双向。 MCS-51扩展系统常用的控制信号有地址锁存信号 ALE、片外程序存储器读选通信号PSEN、内外程序存储 器选择信号EA、数据存储器和I/O端口的读写选通信号 RD和WR
PSFN 西 →控制线 WR P2 高8位地址 ALF (A15-A8) 80C51 M 低8位地址 PON 锁存器 (A7-A10) EA 数据线 (D7-D0) MCS-51单片机总线结构图 设一个取指令周期： P0口： 传送8位地址 传送数据 P2口： 传送高8位数据
锁存器 PSFN RD WR P2 ALE 80C51 P0 EA 数据线 （D7-D0) 低8位地址 （A7-A10) 高8位地址 （A15-A8) 控制线 MCS-51单片机总线结构图 设一个取指令周期： P0口： 传送8位地址 传送数据 P2口： 传送高8位数据
8.2存储器简介与编址技术 8.2.1存储器的分类 存储器的种类很多，如按照存储器存储方式分类，存储器可分为随机 存取存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)。其中RAM和ROM各自又分为多种类型。 1.只读存储器(ROM)的分类 (1)掩模ROM 掩膜式ROM是由制造厂家利用一种掩膜技术写入程序的，掩膜ROM制成 后，用户不能修改，根据制造工艺可以将它们分为MOS型和双极型两种。 MOS型ROM功耗小、速度慢，适用于一般微机系统；而双极型ROM速度快， 功耗大，适用于速度高的计算机系统
8.2存储器简介与编址技术 8.2.1存储器的分类 存储器的种类很多，如按照存储器存储方式分类，存储器可分为随机 存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）。其中RAM和ROM各自又分为多种类型。 1．只读存储器（ROM）的分类 （1）掩模ROM 掩膜式ROM是由制造厂家利用一种掩膜技术写入程序的，掩膜ROM制成 后，用户不能修改，根据制造工艺可以将它们分为MOS型和双极型两种。 MOS型ROM功耗小、速度慢，适用于一般微机系统；而双极型ROM速度快、 功耗大，适用于速度高的计算机系统
(2)可编程ROM(Programmable ROM,又称为PROM) PROM芯片在出厂时没有任何信息，由用户写入。只能写入一次， 不能再进行修改。 (3)紫外光可擦除可编程序ROM(Erasable Programmable ROM,.又 称为EPROM) EPOM其内容可以由用户写入，允许反复擦除重新写入数据， 重新改写时需将芯片拆下来用专门的编程器来进行改写，且只能整 片改写。但由于其价格较低、使用方法较简单，使用很广。EPROM芯 片用一定波长和强度的紫外光照射后，就能擦除信息。为了防止平 时日光中紫外线的照射，一般在其芯片窗口上帖上黑纸等防光
（2）可编程ROM（Programmable ROM，又称为PROM） PROM芯片在出厂时没有任何信息，由用户写入。只能写入一次， 不能再进行修改。 （3）紫外光可擦除可编程序ROM（Erasable Programmable ROM，又 称为EPROM） EPROM其内容可以由用户写入，允许反复擦除重新写入数据， 重新改写时需将芯片拆下来用专门的编程器来进行改写，且只能整 片改写。但由于其价格较低、使用方法较简单，使用很广。EPROM芯 片用一定波长和强度的紫外光照射后，就能擦除信息。为了防止平 时日光中紫外线的照射，一般在其芯片窗口上帖上黑纸等防光
(4)电可擦除可编程的ROM(Electrically Erasable Programmable ROM,又 称为E2PROM) 电可擦除只读存储器是在EPROM的基础上开发的，可以在加电的情况 下以字节为单位擦除存储器的全部或某一部分内容。当要改写某存储单元 的存储内容时，只需让电流通入该单元就可将其中的信息擦除并写入新的 内容，而未通入电流的存储单元内容可仍然保留原来的信息。可见这种操 作方法无须像EPROM-一样只能使用专用编程器擦除信息。 (5)快擦型存储器(Flash ROM) 快擦型存储器英文名称F1 ash ROM,又译为快闪存储器，简称闪存。它 是在EPROM和E2PROM的制造技术基础上发展起来的一种新型的非易失性存储 器件。它具有EPROM的价格便宜、集成度高的优点，又有E2PROM的电可擦除 性和可重写性，而且它的擦除和重写的速度快。一块1Mb的闪存，其擦除和 重写一遍的时间少于5秒，比一般的EPOM要快得多。但是它只能整片擦除， 不能像EPOM那样可以逐个字节进行擦除和重写。目前商品化的快擦型存储 器已经可以做到可以擦写1万次到100万次，读取时间小于90s
（4）电可擦除可编程的ROM(Electrically Erasable Programmable ROM ，又 称为E2PROM) 电可擦除只读存储器是在EPROM的基础上开发的，可以在加电的情况 下以字节为单位擦除存储器的全部或某一部分内容。当要改写某存储单元 的存储内容时，只需让电流通入该单元就可将其中的信息擦除并写入新的 内容，而未通入电流的存储单元内容可仍然保留原来的信息。可见这种操 作方法无须像EPROM一样只能使用专用编程器擦除信息。 （5）快擦型存储器(F1ash ROM) 快擦型存储器英文名称F1ash ROM，又译为快闪存储器，简称闪存。它 是在EPROM和E 2PROM的制造技术基础上发展起来的一种新型的非易失性存储 器件。它具有EPROM的价格便宜、集成度高的优点，又有E 2PROM的电可擦除 性和可重写性，而且它的擦除和重写的速度快。一块1Mb的闪存，其擦除和 重写一遍的时间少于5秒，比一般的E 2PROM要快得多。但是它只能整片擦除， 不能像E 2PROM那样可以逐个字节进行擦除和重写。目前商品化的快擦型存储 器已经可以做到可以擦写1万次到100万次，读取时间小于90ns
2、RAM的分类 。RAM的存储单元的内容可通过指令随机访问，且对存储器中) 任一存储单元进行读写操作所需时间基本一样，它又分为静 态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种类型。 ·静态RAM靠双稳态触发器来记忆信息，功耗较大，容量小， 存取速度快。动态RAM靠MOS电路中的栅极电容来记忆信 息，由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给予补充，所以动 态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度 高、功耗低、成本也低，适合用于大容量存储器
2、RAM的分类 ❖ RAM的存储单元的内容可通过指令随机访问，且对存储器中 任一存储单元进行读写操作所需时间基本一样，它又分为静 态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。 ❖ 静态RAM靠双稳态触发器来记忆信息，功耗较大，容量小， 存取速度快。动态RAM靠MOS电路中的栅极电容来记忆信 息，由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给予补充，所以动 态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度 高、功耗低、成本也低，适合用于大容量存储器
8.2.2编址技术 所谓编址，就是如何使用系统提供的地址线，通过适 当连接，最终达到系统中的一个存储单元只唯一对应一个 地址的要求。 个存储芯片具有一定的地址空间，如11根地址线的 芯片，其地址空间为2KB,这2KB地址空间在微处理器的内 存空间（如MCS-51有16根地址线，能寻址64KB)中被分配 在什么位置，由高位地址线A15A1产生的该芯片的片选信号 来决定。当存储器芯片多于一片时，为了避免误操作，必 须选用片选信号来分别确定各芯片的地址分配。 产生片选信号的方式不同，存储器的地址分配也就不同。 片选方式有线选、全译码和局部译码三种
8.2.2编址技术 所谓编址，就是如何使用系统提供的地址线，通过适 当连接，最终达到系统中的一个存储单元只唯一对应一个 地址的要求。 一个存储芯片具有一定的地址空间，如11根地址线的 芯片，其地址空间为2KB，这2KB地址空间在微处理器的内 存空间（如MCS-51有16根地址线，能寻址64KB）中被分配 在什么位置，由高位地址线A15-A11产生的该芯片的片选信号 来决定。当存储器芯片多于一片时，为了避免误操作，必 须选用片选信号来分别确定各芯片的地址分配。 产生片选信号的方式不同，存储器的地址分配也就不同。 片选方式有线选、全译码和局部译码三种