基于51单片机P0口的片外数据存储器扩展

随着单片机运算速度和处理能力的不断提高，其在各个领域得到更广泛的应用。然而。随着其应用领域的不断扩大及集成化的不断提高，其内部资源已不能满足实际需求，往往需要对其内部资源进行扩展。经典的扩展方法主要是通过地址总线、数据总线即P0、P2口，以及控制线ALE、*****等来进行数据或程序存储器的扩展，最大寻址空间可达64KB，但这种方法占用端口较多，在有些情况下不能满足需求。这里以MCS-8051系列单片机为例，介绍一种新的片外数据存储器扩展方法，仅用单片机的P0口、P1．6及P1．7共10个端口便可实现256 KB数据存储器的扩展。

1 总体设计思路
MCS-8051单片机片内部存储空间为256 B，有P0、P1、P2、P3 4个I／O端口。实际应用中，其内部存储空间往往不能满足需求，常常会在片外进行扩展。有别于经典的扩展方法，这里并没有用到P2口，仅用P0口和各个存储器的地址线、数据线连接，组成地址总线和数据总线。同时将PO口的P0．0、P0．1和P0．2这3个端口引到译码器件的输入端，译码后作为数据存储器件的片选择控制线，与单片机的其他控制端口一起形成控制总线。从而通过数据总线、地址总线和控制总线这3个总线实现单片机片外256 KB数据存储器的扩展。
单片机的PO口具备地址总线、数据总线及控制线的功能。由软件来分时传送地址信号、数据信号和片选择控制信号。

2 硬件接口电路设计
MCS-805l单片机与多片62256数据存储器的扩展电路主要由8片62256型数据存储器、3片74IS373锁存器和1片74LS138译码器件组成。62 256数据存储器为32 KB静态随机存取存储器，为片选信号输入线，为写选通信号输入线，为读选通信号输人线，A0～A14为地址输入线，D0～D7为双向三态数据线。该存储器件在不同操作方式下控制引脚电平的状态如表1所示。74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器，OE为使能端，G为控制端。其功能如表2所示。

图l是MCS-8051单片机与多片62256数据存储器的硬件连接电路。单片机的P0口与译码器741S138、锁存器74LS373-0和74LS373-l的输入端口相连，用来传输地址信息和控制信息。同时，P0口还与数据存储器的数据线相连接，用来传输数据信息。P1．6接到锁存器74LS373-2的控制端G，P1．7接到锁存器74LS373-1的控制端G，ALE接到锁存器74LS373-0的控制端上。由此，在P1．6、P1．7和ALE 3个端口共同作用下，使可实现地址信息和数据信息的分时传送。T0～T7是8片62256数据存储器，组成片外256 KB存储空间。

3 软件设计
3．1 数据存储器扩展的软件设计
MCS-8051单片机片外256 KB数据存储器扩展，其软件设计的主要思路是如何在MCS-805l单片机与要访问的片外存储单元之间建立联系，实现两者的信息传递。MOVX指令执行时，将地址信息同时进行锁存，然后开始传送数据，其读、写周期很短，但占用端口较多。为了节约端口资源，可将地址信息分时传送，图2是单片机读、写片外数据存储器的过程。与MOVX指令不同，单片机在访问片外存储单元时，首先是分时将片外存储单元的地址信息送入锁存器并锁存起来，然后再对片外数据存储单元进行读、写操作，这是2个完全独立的过程，这一特点大大节约了端口资源，但读、写周期较长。

3．2 数据存储器扩展的软件实例分析
分析对数据存储器扩展软件设计可知，单片机通过P1口读、写片外数据存储单元时，软件设计具有重要作用。下面通过一实例介绍单片机访问片外数据存储单元的过程。
以下程序段首先是将片外存储器000000H单元中的内容读到片内存储器30H单元中，然后再将片内存储器30H单元中的内容写到片外存储器077FFFH单元中。在程序中，首先将片内存储单元20H、21H和22H定义为地址信息存储单元，20H是高8位地址信息存储单元，仅低3位有效；21H是中8位地址信息存储单元，低7位有效；22H是低8位地址信息存储单元，8位全有效。所以，其寻址空间为000000H～007FFFH、010000H～017FFFH、020000H～027FFFH、030000H～037FFFH、040000H～047FFFH、050000H～057FFFH、060OOOH～067FFFH和070000H～077FFFH，共256 KB。MOVR和MOVW分别读、写子程序。


从程序中分析可知，能够仅用P0口及其他几个很少的控制端口便可实现片外大容量数据存储器的扩展，主要是因为PO口具备地址线、数据线及片选择控制线的功能，而这一功能是通过软件方式实现的，即分时传送地址信息，数据信息和控制信息。从MOVR和MOVW 2个子程序可以看出数据的具体传送过程。此外，在编程过程中，每次读、写外部存储器内容时，只要将地址信息写到DPHH、DPTRH和DPTRL3个单元中，然后调用子程序MOVR和MOVW便可实现对片外数据存储器的读、写操作。

4 结论
介绍MCS-8051单片机片外256 KB数据存储器的扩展方法，其特点主要是扩展的存储空间大，占用的端口少，数据传送采用并行传送方式。在外围设备较多的情况下，有限的端口无法满足要求，或是存储空间难以满足要求时，完全可采用该扩展方法。此外，如果将单片机与数据存储器件的硬件连接部分稍作改动，便可直接访问片外256 KB，2种访问方式可完全独立。如果256 KB的存储空间还不能满足实际需求，不妨将高位地址存储单元的8位全部进行译码。可得到256个片选择控制端口，那么原来的8片数据存储器便可增加到256片。这样，片外存储空间就可以达到8 MB。完全满足需求。而且，按此原理，还可以将原来的3个地址存储单元改为4个地址存储单元或更多，以增加其存储空间。但这样其读、写周期也将更长。因此需根据实际情况，综合考虑，最终使单片机的硬件与软件达到最优化。