基于單片機P0口的片外數(shù)據(jù)存儲器擴展

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）

隨著單片機運算速度和處理能力的不斷提高，其在各個領域得到更廣泛的應用。然而，隨著其應用領域的不斷擴大及集成化的不斷提高，其內部資源已不能滿足實際需求，往往需要對其內部資源進行擴展。經典的擴展方法主要是通過地址總線、數(shù)據(jù)總線即 P0、P2口，以及控制線 ALE、WE、RD等來進行數(shù)據(jù)或程序存儲器的擴展，最大尋址空間可達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系列單片機為例，介紹一種新的片外數(shù)據(jù)存儲器擴展方法，僅用單片機的P0口、P1.6及P1.7共10個端口便可實現(xiàn)256 KB數(shù)據(jù)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I/O端口。實際應用中，其內部存儲空間往往不能滿足需求，常常會在片外進行擴展[1-2]。有別于經典的擴展方法，這里并沒有用到P2口，僅用P0口和各個存儲器的地址線、數(shù)據(jù)線連接，組成地址總線和數(shù)據(jù)總線。同時將P0口的P0.0、P0.1和P0.2這3個端口引到譯碼器件的輸入端，譯碼后作為數(shù)據(jù)存儲器件的片選擇控制線，與單片機的其他控制端口一起形成控制總線。從而通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線這3個總線實現(xiàn)單片機片外256 KB數(shù)據(jù)存儲器的擴展。單片機的P0口具備地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制線的功能，由軟件來分時傳送地址信號、數(shù)據(jù)信號和片選擇控制信號。

2 硬件接口電路設計

MCS-8051單片機與多片62256數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路主要由8片62256型數(shù)據(jù)存儲器、3片74LS373鎖存器和1片74LS138譯碼器件組成。62256數(shù)據(jù)存儲器為32 KB靜態(tài)隨機存取存儲器，CS為片選信號輸入線，WE為寫選通信號輸入線，OE為讀選通信號輸入線，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[5]與多片62256數(shù)據(jù)存儲器的硬件連接電路。單片機的P0口與譯碼器74LS138、鎖存器74LS373-0和74LS373-1的輸入端口相連，用來傳輸?shù)刂沸畔⒑涂刂菩畔?。同時，P0口還與數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)線相連接，用來傳輸數(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個端口共同作用下，使可實現(xiàn)地址信息和數(shù)據(jù)信息的分時傳送。T0～T7是8片62256數(shù)據(jù)存儲器，組成片外256 KB存儲空間。

圖1 MCS-8051單片機與62256連接電路

3 軟件設計

3.1 數(shù)據(jù)存儲器擴展的軟件設計

MCS-8051單片機片外256 KB數(shù)據(jù)存儲器擴展，其軟件設計的主要思路是如何在MCS-8051單片機與要訪問的片外存儲單元之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)兩者的信息傳遞。MOVX指令執(zhí)行時，將地址信息同時進行鎖存，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，可將地址信息分時傳送，圖2是單片機讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲器的過程。與MOVX指令不同，單片機在訪問片外存儲單元時，首先是分時將片外存儲單元的地址信息送入鎖存器并鎖存起來，然后再對片外數(shù)據(jù)存儲單元進行讀、寫操作，這是2個完全獨立的過程，這一特點大大節(jié)約了端口資源，但讀、寫周期較長。

3.2 數(shù)據(jù)存儲器擴展的軟件實例分析

分析對數(shù)據(jù)存儲器擴展軟件設計[6]可知，單片機通過P1口讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲單元時，軟件設計具有重要作用。下面通過一實例介紹單片機訪問片外數(shù)據(jù)存儲單元的過程。

圖2 單片機讀、寫片外數(shù)據(jù)存儲器的過程框圖

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、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單元20H、21H和22H

SJMP MOVR ;讀片外存儲單元000000H中的內容到片內30H單元中

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

SJMP MOVW ;將片內30H單元中的內容寫到片外存儲單元07FFFFH中

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

4 結論

介紹MCS-8051單片機片外256 KB數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法，其特點主要是擴展的存儲空間大，占用的端口少，數(shù)據(jù)傳送采用并行傳送方式。在外圍設備較多的情況下，有限的端口無法滿足要求，或是存儲空間難以滿足要求時，完全可采用該擴展方法。此外，如果將單片機與數(shù)據(jù)存儲器件的硬件連接部分稍作改動，便可直接訪問片外256 KB，2種訪問方式可完全獨立。如果256 KB的存儲空間還不能滿足實際需求,不妨將高位地址存儲單元的8位全部進行譯碼，可得到256個片選擇控制端口,那么原來的8片數(shù)據(jù)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，完全滿足需求。而且，按此原理，還可以將原來的3個地址存儲單元改為4個地址存儲單元或更多，以增加其存儲空間。但這樣其讀、寫周期也將更長。因此需根據(jù)實際情況，綜合考慮，最終使單片機的硬件與軟件達到最優(yōu)化。

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[2]胡薔.微機原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[3]周常森，范愛平.數(shù)字電子技術基礎[M].2版.山東：山東科學技術出版社，2005.

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