單片機片外數據存儲器擴展設計技巧簡(jiǎn)介

隨著(zhù)單片機運算速度和處理能力的不斷提高，其在各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應用。然而。隨著(zhù)其應用領(lǐng)域的不斷擴大及集成化的不斷提高，其內部資源已不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，往往需要對其內部資源進(jìn)行擴展。經(jīng)典的擴展方法主要是通過(guò)地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)即P0、P2口，以及控制線(xiàn)ALE等來(lái)進(jìn)行數據或程序存儲器的擴展，最大尋址空間可達64KB，但這種方法占用端口較多，在有些情況下不能滿(mǎn)足需求。這里以MCS-8051系列單片機為例，介紹一種新的片外數據存儲器擴展方法，僅用單片機的P0口、P1.6及P1.7共10個(gè)端口便可實(shí)現256 KB數據存儲器的擴展。

1 總體設計思路

MCS-8051單片機片內部存儲空間為256 B，有P0、P1、P2、P3 4個(gè)I/O端口。實(shí)際應用中，其內部存儲空間往往不能滿(mǎn)足需求，常常會(huì )在片外進(jìn)行擴展。有別于經(jīng)典的擴展方法，這里并沒(méi)有用到P2口，僅用P0口和各個(gè)存儲器的地址線(xiàn)、數據線(xiàn)連接，組成地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)。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，譯碼后作為數據存儲器件的片選擇控制線(xiàn)，與單片機的其他控制端口一起形成控制總線(xiàn)。從而通過(guò)數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)這3個(gè)總線(xiàn)實(shí)現單片機片外256 KB數據存儲器的擴展。

單片機的PO口具備地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)及控制線(xiàn)的功能。由軟件來(lái)分時(shí)傳送地址信號、數據信號和片選擇控制信號。

2 硬件接口電路設計

MCS-805l單片機與多片62256數據存儲器的擴展電路主要由8片62256型數據存儲器、3片74IS373鎖存器和1片74LS138譯碼器件組成。62 256數據存儲器為32 KB靜態(tài)隨機存取存儲器，

圖l是MCS-8051單片機與多片62256數據存儲器的硬件連接電路。單片機的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)傳輸地址信息和控制信息。同時(shí)，P0口還與數據存儲器的數據線(xiàn)相連接，用來(lái)傳輸數據信息。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)現地址信息和數據信息的分時(shí)傳送。T0～T7是8片62256數據存儲器，組成片外256 KB存儲空間。

3 軟件設計

3.1 數據存儲器擴展的軟件設計

MCS-8051單片機片外256 KB數據存儲器擴展，其軟件設計的主要思路是如何在MCS-805l單片機與要訪(fǎng)問(wèn)的片外存儲單元之間建立聯(lián)系，實(shí)現兩者的信息傳遞。MOVX指令執行時(shí)，將地址信息同時(shí)進(jìn)行鎖存，然后開(kāi)始傳送數據，其讀、寫(xiě)周期很短，但占用端口較多。為了節約端口資源，可將地址信息分時(shí)傳送，圖2是單片機讀、寫(xiě)片外數據存儲器的過(guò)程。與MOVX指令不同，單片機在訪(fǎng)問(wèn)片外存儲單元時(shí)，首先是分時(shí)將片外存儲單元的地址信息送入鎖存器并鎖存起來(lái)，然后再對片外數據存儲單元進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，這是2個(gè)完全獨立的過(guò)程，這一特點(diǎn)大大節約了端口資源，但讀、寫(xiě)周期較長(cháng)。

隨著(zhù)單片機運算速度和處理能力的不斷提高，其在各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應用。然而。隨著(zhù)其應用領(lǐng)域的不斷擴大及集成化的不斷提高，其內部資源已不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，往往需要對其內部資源進(jìn)行擴展。經(jīng)典的擴展方法主要是通過(guò)地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)即P0、P2口，以及控制線(xiàn)ALE、*****等來(lái)進(jìn)行數據或程序存儲器的擴展，最大尋址空間可達64KB，但這種方法占用端口較多，在有些情況下不能滿(mǎn)足需求。這里以MCS-8051系列單片機為例，介紹一種新的片外數據存儲器擴展方法，僅用單片機的P0口、P1.6及P1.7共10個(gè)端口便可實(shí)現256 KB數據存儲器的擴展。

3.2 數據存儲器擴展的軟件實(shí)例分析

分析對數據存儲器擴展軟件設計可知，單片機通過(guò)P1口讀、寫(xiě)片外數據存儲單元時(shí)，軟件設計具有重要作用。下面通過(guò)一實(shí)例介紹單片機訪(fǎng)問(wèn)片外數據存儲單元的過(guò)程。

以下程序段首先是將片外存儲器000000H單元中的內容讀到片內存儲器30H單元中，然后再將片內存儲器30H單元中的內容寫(xiě)到片外存儲器 077FFFH單元中。在程序中，首先將片內存儲單元20H、21H和22H定義為地址信息存儲單元，20H是高8位地址信息存儲單元，僅低3位有效;21H是中8位地址信息存儲單元，低7位有效;22H是低8位地址信息存儲單元，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、060OOOH～067FFFH和070000H～077FFFH，共256 KB。MOVR和MOVW分別讀、寫(xiě)子程序。

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)現片外大容量數據存儲器的擴展，主要是因為PO口具備地址線(xiàn)、數據線(xiàn)及片選擇控制線(xiàn)的功能，而這一功能是通過(guò)軟件方式實(shí)現的，即分時(shí)傳送地址信息，數據信息和控制信息。從MOVR和MOVW 2個(gè)子程序可以看出數據的具體傳送過(guò)程。此外，在編程過(guò)程中，每次讀、寫(xiě)外部存儲器內容時(shí)，只要將地址信息寫(xiě)到DPHH、DPTRH和DPTRL3個(gè)單元中，然后調用子程序MOVR和MOVW便可實(shí)現對片外數據存儲器的讀、寫(xiě)操作。

4 結論

介紹MCS-8051單片機片外256 KB數據存儲器的擴展方法，其特點(diǎn)主要是擴展的存儲空間大，占用的端口少，數據傳送采用并行傳送方式。在外圍設備較多的情況下，有限的端口無(wú)法滿(mǎn)足要求，或是存儲空間難以滿(mǎn)足要求時(shí)，完全可采用該擴展方法。此外，如果將單片機與數據存儲器件的硬件連接部分稍作改動(dòng)，便可直接訪(fǎng)問(wèn)片外256 KB，2種訪(fǎng)問(wèn)方式可完全獨立。如果256 KB的存儲空間還不能滿(mǎn)足實(shí)際需求，不妨將高位地址存儲單元的8位全部進(jìn)行譯碼?？傻玫?56個(gè)片選擇控制端口，那么原來(lái)的8片數據存儲器便可增加到 256片。這樣，片外存儲空間就可以達到8 MB。完全滿(mǎn)足需求。而且，按此原理，還可以將原來(lái)的3個(gè)地址存儲單元改為4個(gè)地址存儲單元或更多，以增加其存儲空間。但這樣其讀、寫(xiě)周期也將更長(cháng)。因此需根據實(shí)際情況，綜合考慮，最終使單片機的硬件與軟件達到最優(yōu)化。