51单片机外扩RAM

MCS-51系列单片机外部RAM为K，在一些特殊场合下，远不能满足需要，本文就ATC51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）使用单一5V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：

A0～A16是17条地址线；I/O0～I/O7是双向数据线；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，WR的上升沿将I/O0～I/O7上的数据写到A0～A16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

由于ATC51直接外部RAM容量为K，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ATC51的外部数据和外设地址通用，若扩展外设必然占用数据地址。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1。要达到1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：

地址总线

译码器

图7    RAM地址扩展电路

    当读写外部数据时，首先应往高位地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，备用电源发挥作用，这样RAM内的数据就不会丢失。其特性如表4所示。

表4 低电源电压数据保持特性

4.5V

    2.2V

    Vdri

    CS1

    0V

     Vcc

4.5V

    CS2 

    Vdr2

0.4V

      0V

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（CS2≤0.2V）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。

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。