1、单片机外部 RAM 扩展模块MCS-51 系列单片机外部 RAM 为 64K，在一些特殊场合下，远不能满足需要，本文就 AT89C51 讨论 MCS-51 系列单片机大容量 RAM 的扩展方法。首先介绍 128K 随机读取 RAM HM628128。HM628128是 32 脚双列直插式 128K 静态随机读取 RAM，它具有容量大、功耗低、价格便宜、集成度高、速度快、设计和使用方便等特点。如若在系统中加入掉电保护电路，保护数据有很高的可靠性，可以和 EEPROM 相媲美。技术特性：（1） 最大存取时间为 120ns；（2） 典型选通功耗 75mW；典型未选通功耗10uW；（3） 使用单一 5
2、V 电源供电；（4） 全静态存储器，不需要时钟及时序选通信号；（5） 周期时间与存取时间相等；（6） 采用三态输出电路，数据输入和输出端公用；（7） 所有输入和输出引脚均与 TTL 电平直接兼容；（8） 有两个片选端，适合于低功耗使用，即为了保存信息，用电池作为后备电源。保存信息的最低电源电压 Vcc=2V。引脚安排及功能表：图 6 是 HM628128 的外部引脚排列图，各引脚名称及功用分别如下：A0A16 是 17 条地址线；I/O0I/O7 是 8 条双向数据线；CS1 是片选 1，低电平有效，CS2 是片选 2，高电平有效；WR 是写控制线，当 CS1 为低电平，CS2 为高电平时，W
3、R 的上升沿将 I/O0I/O7 上的数据写到 A0A16 选中的存储单元中；OE 是读出允许端，低电平有效。HM628128 的功能表如表 3 所示。表 3 HM628128 功能表WR CS1 CS2 OE 工作方式X H X X 未选中X X L X 未选中H L H H 输出禁止H L H L 读L L H H 写其中，H 表示高电平，L 表示低电平，X 表示任意状态由于 AT89C51 直接外部 RAM 容量为 64K，地址线为 16 条，其中低 8 位地址和数据分时复用，因此需要外部地址锁存器和 ALE 锁存信号来锁存低 8 位地址。又由于 AT89C51 的外部数据和外设地址通用
4、，若扩展外设必然占用数据地址。图 6 HM628128 外部引脚排列图因此本系统采用 P2.7（A15）口来区分数据和外设：当 P2.7（A15）口为高电平时，选择外部数据；P2.7（A15）口为低电平时，则为外设。因此，直接外部数据容量和外设数量都为 32K，可用地址线为 15 条。本系统外部扩展 RAM 为256K，地址线 18 条。要达到 18 条地址线，则必须扩展。理论上可行方法很多，如以 P1 口的某几位作为最高位地址输出、外加锁存器锁存高位地址等。本系统采用后者，以保留 P1 口，况且外设空间充裕。扩展电路如图 7 所示：图 7 RAM 地址扩展电路当读写外部数据时，首先应往高位地
5、址锁存器中送入高位地址，然后再以DPTR 为间接地址访问外部数据，注意最高位地址应为 1，即数据区最低地址为8000H。以下程序段演示了外部数据的读写。MOV DPTR，#0020H ；0020H 为高位地址锁存器的地址MOV A，#00H ；00H 表示第一个 32K 空间MOVX DPTR，A ；写入地址数据MOV DPTR，#8000H ；8000H 为每个 32K 的第一个字节地址MOVX A，DPTR ；从地址单元读取数据若最后一句换为:MOVX DPTR，A则为向 RAM 中写数据。同时作者还利用 HM628128 的数据保持特性为其加入了掉电保护电路。当主电源关闭时，备用电源发挥
6、作用，这样 RAM 内的数据就不会丢失。其特性如表4 所示。译码器地址总线表 4 低电源电压数据保持特性名称 符号表示 最小 值 典型 值 最大 值 单位 实验条件数据保持的电源电压 Vcc VOR 2.0 - - VCS1Vcc-0.2V,CS2Vcc-0.2V,或 0VCS20.2V,Vin0V- 1 50 uA数据保持电流- 1 50 uAVcc=3.0V,Vin0V,CS1Vcc-0.2V,CS2Vcc-0.2V,或 0VCS20.2V片选禁止到数据状态时间 tCDR 0 - - ns运行恢复时间 tR 5 - - ms见波形图 8低电源电压数据保持时序关系如图 8 所示。4.5V2.
7、2VVdriCS10VVcc4.5VCS2 Vdr20.4V0V图 8 CS2 控制数据保持时序根据表 4 和图 8 可知，只要在系统上电或断电期间保证使 HM628128 的 CS2立即变为低电平（CS20.2V）或 WR 立即变为高电平就可使其中的数据维持不变，图 9 可实现这一功能。tRCS1Vcc-0.2VCS20.2VTCDR tRTCDR 数据保持方式数据保持方式图 9 掉电保护电路其原理如下：当系统正常时，电流通过 D1 向 HM628128 供电，同时向电池BT 充电，当系统电源切断时，将由电池供电。上电时，系统电源对 C1 充电，在此期间 CS2 是输入要经过一定的延时后才能变为高电平，同时，由于 U1、U2 的电源是由系统电源对 C2 充电来建立的，这就保证了在上电时 HM628128 处于写静止状态。在系统掉电瞬间，由于 U1、U2 由 Vs 供电，仍处于工作状态，电源掉电致使 U1 的输入立即变低，WR 端变为低电平，从而禁止对 HM628128 的写入。同时C1 也通过 D2 和 R2 放电，从而使 CS2 变为低电平。因此在掉电瞬间和掉电后，HM628128 也处于写禁止状态。经实践证明，本电路工作可靠，RAM 中数据保存完整。
