单片机程序存储器扩展技术

1.扩展总线

由于受引脚个数的限制，mcs51系列单片机的数据总线和地址总线（低8位）是分时复用的。当系统要求扩展时，为了便于与各种芯片相连接，应将其外部连线变为与一般cpu类似的三总线结构形式，即地址总线（ab）、数据总线（db）和控制总线（cb）。

1）数据总线的宽度为8位，由p0口提供。

2）地址总线的宽度为16位，可寻址范围达2¹⁶，即64kb。低8位（a7～a0）由p0口经地址锁存器提供，高8位（a15～a8）由p2口提供。由于p0口是数据、地址分时复用的，所以p0口输出的低8位地址必须用地址锁存器进行锁存。

3）控制总线由、、、ale和等信号组成，用于读／写控制，片外rom选通，地址锁存控制和片内、片外rom选择。

地址锁存器一般选用带三态缓冲输出的8d锁存器74ls373。74ls373的逻辑功能及与80c51系列单片机的连接方法如图26所示。

图2-6 74ls373的逻辑功能及与80c51系列单片机的连接

74ls373是具有输出三态门的电平允许8d锁存器。当使能端g为高电平时，锁存器的数据输出端q的状态与数据输入端d相同（透明的）。当g端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存器中，数据输入端d的变化不再影响q端输出。

在实际应用中经常用74ls573来取代74ls373，两者功能相同，但前者引脚排列更易于pcb布线。

2.片外rom操作时序

在mcs-51系列单片机应用系统的扩展中，经常要进行rom的扩展，其扩展方法较为简单容易，这是由单片机的优良扩展性能决定的。

单片机的地址总线为16位，扩展的片外rom的最大容量为64kb，地址范围是0000h～ffffh。扩展出片外ram的最大容量也为64kb，地址范围也是0000h～ffffh。由于mcs-51系列单片机采用不同的控制信号和指令（对rom的读操作由控制，指令用movc；对ram的读操作用控制，指令用movx），所以，尽管rom与ram的逻辑地址是重叠的（物理空间是独立的），也不会发生混乱。

mcs-51系列单片机对片内和片外rom的访问使用相同的指令，片内、外rom的选择是由硬件实现的。＝0时，选择片外rom；当e＝1时，选择片内rom。

【例2-7】 读外部rom时序。若指令“mova，＃50h”的2个字节编码74h和50h分别存放在片外rom的3412h和3413h单元，指令执行的时序如图27所示。

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图2-7 片外rom中指令。mova，＃50h”的操作时序

从图2-7中可见，地址锁存允许信号ale上升为高电平后，p2口输出高8位地址pch为34h，p0口输出低8位地址pcl为12h；ale下降为低电平后，p2口信息仍为34h，而p0口将用来读取片外rom中的指令码，因此低8位地址（12h）要在ale降为低电平时由地址锁存器锁存起来（从而合成为完整的地址3412h）。在低电平有效并选通片外rom后，p0口转为输入状态，读入片外rom中指令的操作码字节74h，继而再读入操作数字节50h。

可以看出，mcs-51系列单片机的cpu在访问片外rom的一个机器周期内，信号ale出现两次（正脉冲），rom选通信号也两次有效，这说明在一个机器周期内，cpu可以两次访问片外rom，即在一个机器周期内可以处理两个字节的指令代码，所以在mcs51系列单片机指令系统中配置有很多单周期双字节指令。

3.eprom芯片及扩展方法

常用的eprom芯片有27c64、27c128、27c256、27c512等，它们的主要技术特性见表2-8。

表2-8 常用eprom芯片的主要技术特性

eprom芯片的容量不同，引脚定义也有一些差别，但常用的几种芯片在使用上基本兼容。

图2-8 80c31扩展27c256程序存储器

图2-8为80c31扩展27c56的电路。由于80c31无片内rom，故ea应接地，使用片外rom。p0口为低8位地址及数据总线的分时复用引脚，需接地址锁存器，将低8位的地址锁存后再接到27c256的a0～a7上。图2-8中采用74ls573作为地址锁存器。80c31的地址锁存允许信号线ale接锁存器控制端g，当ale发生负跳变时，将低8位地址锁存于74ls573中，这时p0口就可作为数据总线使用了。

27c256的高位地址线有7条（a8～a14），直接接到p2口的p2.0～p2.6即可，输出允许信号由80c31的片外rom读选通信号p控制，由于是单片eprom扩展，故无需考虑片选问题，27c256的片选端直接接地即可。

根据容量要求选择rom芯片时，应尽可能使系统简化。在满足容量要求的前提下，尽可能选择大容量的芯片，以减少芯片数量，减轻总线的负担，提高系统可靠性。

小容量芯片使用较少，价格还高于大容量芯片，所以采用大容量芯片无论从经济上还是可靠性方面都是有好处的。