白雷杰，趙志偉，彭立山

（渤海石油裝備巨龍鋼管管件分公司 河北 滄州 062658）

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。經(jīng)典的擴(kuò)展方法主要是通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線即 P0、P2口，以及控制線 ALE、WE、RD等來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，最大尋址空間可達(dá)64 KB，但這種方法占用端口較多，在有些情況下不能滿足需求。這里以MCS-8051系列單片機(jī)為例，介紹一種新的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法，僅用單片機(jī)的P0口、P1.6及P1.7共10個(gè)端口便可實(shí)現(xiàn)256 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。

1 總體設(shè)計(jì)思路

MCS-8051單片機(jī)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[1-2]。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P0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，與單片機(jī)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P0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-8051單片機(jī)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74LS373鎖存器和1片74LS138譯碼器件組成。62256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為32 KB靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，CS為片選信號(hào)輸入線，WE為寫選通信號(hào)輸入線，OE為讀選通信號(hào)輸入線，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。

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74LS373是帶三態(tài)緩沖[3-4]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。

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圖1是MCS-8051單片機(jī)[5]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74LS138、鎖存器74LS373-0和74LS373-1的輸入端口相連，用來(lái)傳輸?shù)刂沸畔⒑涂刂菩畔?。同時(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。

圖1 MCS-8051單片機(jī)與62256連接電路

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的軟件設(shè)計(jì)

MCS-8051單片機(jī)片外256 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展，其軟件設(shè)計(jì)的主要思路是如何在MCS-8051單片機(jī)與要訪問(wèn)的片外存儲(chǔ)單元之間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)兩者的信息傳遞。MOVX指令執(zhí)行時(shí)，將地址信息同時(shí)進(jìn)行鎖存，然后開始傳送數(shù)據(jù)，其讀、寫周期很短，但占用端口較多。為了節(jié)約端口資源，可將地址信息分時(shí)傳送，圖2是單片機(jī)讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的過(guò)程。與MOVX指令不同，單片機(jī)在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)單元時(shí)，首先是分時(shí)將片外存儲(chǔ)單元的地址信息送入鎖存器并鎖存起來(lái)，然后再對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀、寫操作，這是2個(gè)完全獨(dú)立的過(guò)程，這一特點(diǎn)大大節(jié)約了端口資源，但讀、寫周期較長(zhǎng)。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的軟件實(shí)例分析

分析對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展軟件設(shè)計(jì)[6]可知，單片機(jī)通過(guò)P1口讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元時(shí)，軟件設(shè)計(jì)具有重要作用。下面通過(guò)一實(shí)例介紹單片機(jī)訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的過(guò)程。

圖2 單片機(jī)讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的過(guò)程框圖

以下程序段首先是將片外存儲(chǔ)器000000H單元中的內(nèi)容讀到片內(nèi)存儲(chǔ)器30H單元中，然后再將片內(nèi)存儲(chǔ)器30H單元中的內(nèi)容寫到片外存儲(chǔ)器077FFFH單元中。在程序中，首先將片內(nèi)存儲(chǔ)單元20H、21H和22H定義為地址信息存儲(chǔ)單元，20H是高8位地址信息存儲(chǔ)單元，僅低3位有效；21H是中8位地址信息存儲(chǔ)單元，低7位有效；22H是低8位地址信息存儲(chǔ)單元，8位全有效。所以，其尋址空間為000000H～007FFFH、010000H～017FFFH、020000H～027FFFH、030000H～037FFFH、040000H～047FFFH、050000H～057FFFH、060000H～067FFFH 和 070000H～077FFFH，共 256 KB。MOVR和MOVW分別讀、寫子程序。

MOV DPTRL, #00H ;將000000H地址信息寫入地址存儲(chǔ)單元20H、21H和22H

SJMP MOVR ;讀片外存儲(chǔ)單元000000H中的內(nèi)容到片內(nèi)30H單元中

MOV DPTRL, #0FFH ;將077FFFH地址信息寫入地址存儲(chǔ)單元20H、21H和22H

SJMP MOVW ;將片內(nèi)30H單元中的內(nèi)容寫到片外存儲(chǔ)單元07FFFFH中

從程序中分析可知，能夠僅用P0口及其他幾個(gè)很少的控制端口便可實(shí)現(xiàn)片外大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，主要是因?yàn)镻0口具備地址線、數(shù)據(jù)線及片選擇控制線的功能，而這一功能是通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)的，即分時(shí)傳送地址信息，數(shù)據(jù)信息和控制信息。從MOVR和MOVW 2個(gè)子程序可以看出數(shù)據(jù)的具體傳送過(guò)程。此外，在編程過(guò)程中，每次讀、寫外部存儲(chǔ)器內(nèi)容時(shí)，只要將地址信息寫到DPHH、DPTRH和DPTRL 3個(gè)單元中，然后調(diào)用子程序MOVR和MOVW便可實(shí)現(xiàn)對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀、寫操作。

4 結(jié)論

介紹MCS-8051單片機(jī)片外256 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法，其特點(diǎn)主要是擴(kuò)展的存儲(chǔ)空間大，占用的端口少，數(shù)據(jù)傳送采用并行傳送方式。在外圍設(shè)備較多的情況下，有限的端口無(wú)法滿足要求，或是存儲(chǔ)空間難以滿足要求時(shí)，完全可采用該擴(kuò)展方法。此外，如果將單片機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的硬件連接部分稍作改動(dòng)，便可直接訪問(wèn)片外256 KB，2種訪問(wèn)方式可完全獨(dú)立。如果256 KB的存儲(chǔ)空間還不能滿足實(shí)際需求,不妨將高位地址存儲(chǔ)單元的8位全部進(jìn)行譯碼，可得到256個(gè)片選擇控制端口,那么原來(lái)的8片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器便可增加到256片。這樣，片外存儲(chǔ)空間就可以達(dá)到8 MB，完全滿足需求。而且，按此原理，還可以將原來(lái)的3個(gè)地址存儲(chǔ)單元改為4個(gè)地址存儲(chǔ)單元或更多，以增加其存儲(chǔ)空間。但這樣其讀、寫周期也將更長(zhǎng)。因此需根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮，最終使單片機(jī)的硬件與軟件達(dá)到最優(yōu)化。

[1]詹林.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2]胡薔.微機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]周常森，范愛(ài)平.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

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