單片機(jī)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展問(wèn)題及設(shè)計(jì)技巧

　　隨著單片機(jī)運(yùn)算速度和處理能力的不斷提高，其在各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。然而，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大及集成化的不斷提高，其內(nèi)部資源已不能滿足實(shí)際需求，往往需要對(duì)其內(nèi)部資源進(jìn)行擴(kuò)展。今天就來(lái)說(shuō)說(shuō)單片機(jī)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展問(wèn)題以及它的設(shè)計(jì)技巧。

　　51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的系統(tǒng)擴(kuò)展：

　　當(dāng)輸出允許信號(hào)（/OE）為高電平時(shí)，輸出端Qn為高阻狀態(tài)，正常工作時(shí)，/OE接地；LE為鎖存允許信號(hào)，當(dāng)其為高電平時(shí)，信號(hào)可以從D端傳輸至Q端，即Q端的信號(hào)會(huì)隨著D端信號(hào)的變化而變化；當(dāng)LE從高電平跳變到低電平時(shí)，跳變時(shí)D端的信號(hào)就被鎖存到Q端，以后只要LE為低電平，不論D端的信號(hào)如何改變，Q端的電平都不會(huì)發(fā)生變化。單片機(jī)系統(tǒng)中，通常將ALE信號(hào)接到LE端，由圖5.3（程序存儲(chǔ)器的讀時(shí)序）可知，每當(dāng)ALE由高變低時(shí)，P0口的信息正好是PCL（非MOVX指令時(shí)）或有效的地址（MOVX指令時(shí)），這樣就可以利用ALE信號(hào)把通過(guò)SN74LS373把P0口的址址信息鎖存下來(lái)，形成地址總線的低8位，實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)分離。

　　SN74LS373的真值表如表所示：

　　SN74LS573的功能與SN74LS373完全一樣，但兩者的引腳分布不同。SN74LS373的輸入端D和輸出端O分布在芯片兩側(cè)，而SN74LS573的引腳分布如下圖所示，所有輸入端D位于同一側(cè)，而輸出端O位于芯片的另一側(cè)，這樣繪制PCB印制電路板圖時(shí)，連線會(huì)更方便。實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，還可以用SN74HC373或SN74HC573，HC系列的芯片速度比LS系列要快。

　　4.2單片機(jī)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（EPROM/E2PROM/Flash）擴(kuò)展 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有4KB Flash，當(dāng)程序大于4KB時(shí)，就需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。由于AT89S51是基于總線的單片機(jī)，因此，作為程序存儲(chǔ)器的芯片首先必須是并行接口的芯片，其次，程序存儲(chǔ)器還須具有系統(tǒng)掉電后信息不會(huì)丟失的特性，所以，前面討論的并行接口EPROM、EEPROM、Flash芯片都可以作為程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的程序存儲(chǔ)器是用紫外線擦除的27系列EPROM芯片，如27C64（8KB）、27C128（16KB）、27C256（32KB）以及27C512（64KB）等。27系列芯片上一般都有一個(gè)小窗口，用于擦除其中的信息，當(dāng)寫入調(diào)試好的程序后，一定要將小窗口用不透明的膠紙?zhí)希駝t，陽(yáng)光中的紫外線可能會(huì)破壞其中的信息；在一些特殊的場(chǎng)合，可能需要系統(tǒng)有在線編程功能，這時(shí)就只能用EEPROM和Flash作為程序存儲(chǔ)器。很多廠商都生產(chǎn)E2PROM和Flash芯片，如ATMEL 公司的AT28C64（8KB E2PROM）、AT28C256（32KB E2PROM）以及AT29C256（32KB Flash）、AT29C512（64KB Flash）等。程序存儲(chǔ)器的“片選（/CE）”信號(hào)一般都是直接接地，不存在譯碼的問(wèn)題。單片機(jī)系統(tǒng)最多可擴(kuò)展64KB的外部程序存儲(chǔ)器。

　　單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，/EA引腳必須接地；由P2口和鎖存器共同組成16位的地址總線；P0為數(shù)據(jù)總線；/PSEN為控制總線。27C256是一個(gè)容量為32KB EPROM芯片，引腳定義如圖5.8（b）所示，它共有28個(gè)引腳，分別是：電源（VCC）、數(shù)字地（GND）、地址引腳（A14~A0）、數(shù)據(jù)引腳（O7~O0）、/片選信號(hào)（/CE）、輸出允許（/OE）和編程電源Vpp。27C256作為程序存儲(chǔ)器時(shí)，其地址引腳A14~A0分別接地址總線的A14~A0；數(shù)據(jù)引腳D7~D0分別接數(shù)據(jù)總線的D7~D0；片選信號(hào)/CE接地；輸出允許（/OE）接程序選通允許/PSEN。VCC接+5V

　　電源；GND接數(shù)字地；Vpp接+5V電源。

單片機(jī)外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展設(shè)計(jì)技巧

　　1、總體設(shè)計(jì)思路

　　MCS-8051片內(nèi)部存儲(chǔ)空間為256 B，有P0、P1、P2、P3 4個(gè)I/O端口。實(shí)際應(yīng)用中，其內(nèi)部存儲(chǔ)空間往往不能滿足需求，常常會(huì)在片外進(jìn)行擴(kuò)展。有別于經(jīng)典的擴(kuò)展方法，這里并沒(méi)有用到P2口，僅用P0口和各個(gè)存儲(chǔ)器的地址線、數(shù)據(jù)線連接，組成地址總線和數(shù)據(jù)總線。同時(shí)將PO口的P0.0、P0.1和P0.2這3個(gè)端口引到譯碼器件的輸入端，譯碼后作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的片選擇控制線，與的其他控制端口一起形成控制總線。從而通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線這3個(gè)總線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)片外256 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 單片機(jī)的PO口具備地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制線的功能。由軟件來(lái)分時(shí)傳送地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和片選擇控制信號(hào)。

　　2、硬件接口電路設(shè)計(jì)

　　MCS-805l與多片62256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路主要由8片62256型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、3片74IS373鎖存器和1片74LS138譯碼器件組成。62 256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為32 KB靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，為片選信號(hào)輸入線，為寫選通信號(hào)輸入線，為讀選通信號(hào)輸人線，A0～A14為地址輸入線，D0～D7為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。該存儲(chǔ)器件在不同操作方式下控制引腳電平的狀態(tài)如表1所示。

? ? ? ? 74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，OE為使能端，G為控制端。其功能如表2所示。

　　機(jī)與多片62256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的硬件連接電路。單片機(jī)的P0口與譯碼器741S138、鎖存器74LS373-0和 74LS373-l的輸入端口相連，用來(lái)傳輸?shù)刂沸畔⒑涂刂菩畔ⅰＭ瑫r(shí)，P0口還與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線相連接，用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息。P1.6接到鎖存器 74LS373-2的控制端G，P1.7接到鎖存器74LS373-1的控制端G，ALE接到鎖存器74LS373-0的控制端上。由此，在P1.6、 P1.7和ALE 3個(gè)端口共同作用下，使可實(shí)現(xiàn)地址信息和數(shù)據(jù)信息的分時(shí)傳送。T0～T7是8片62256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，組成片外256 KB存儲(chǔ)空間。