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1、第8章 AT89S51单片机 外部存储器的扩展,1,内容概要 AT89S51单片机片内集成4KB程序存储器和128B的数据存储器，有些情况下，片内存储器资源还不能满足需要，需扩展外部程序存储器或外部数据存储器。由于有时需要扩展多片芯片，本章首先介绍AT89S51单片机的两个外部存储器空间的地址分配的两种方法，即线选法和译码法。最后介绍扩展外部程序存储器和外部数据存储器的具体设计。,2,8.1 系统扩展结构AT89S51单片机采用总线结构，使扩展易于实现，AT89S51单片机系统扩展结构如图8-1所示。图8-1 AT89S51单片机的系统扩展结构,3,由图8-1可以看出，系统扩展主要包括存储器扩
2、展和I/O接口部件扩展。AT89S51的存储器扩展即包括程序存储器扩展又包括数据存储器扩展。AT89S51采用的哈佛结构。扩展后，系统形成了两个并行的外部存储器空间。系统扩展是以AT89S51为核心，通过总线把单片机与各扩展部件连接起来。因此，要进行系统扩展首先要构造系统总线。系统总线按功能通常分为3组，如图8-1。,4,（1）地址总线（Address Bus，AB）：用于传送单片机发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的选择。（2）数据总线（Data Bus，DB）：用于单片机与外部存储器之间或与I/O接口之间传送数据，数据总线是双向的。（3）控制总线（Control
3、 Bus，CB）：控制总线是单片机发出的各种控制信号线。,如何来构造系统的三总线。1P0口作为低8位地址/数据总线 AT89S51引脚数目限制，P0口既用作低8位地址总线，又用作数据总线（分时复用），因此需增加一个8位地址锁存器。AT89S51访问外部扩展的存储器单元或I/O接口寄存器时，先发出低8位地址送地址锁存器锁存，锁存器输出作为系统的低8位地址（A7 A0）。随后，P0口又作为数据总线口（D7 D0），如图8-2。2P2口的口线作为高位地址线 P2口用作系统的高8位地址线，再加上地址锁存器提供的低8位地址，便形成了完整的16位地址总线。,6,使单片机系统的寻址范围达到64KB。,7,图
4、8-2 AT89C51单片机扩展的片外三总线,3控制信号线除地址线和数据线外，还要有系统的控制总线。这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是P3口第二功能信号。包括：（1）PSEN*作为外扩程序存储器的读选通控制信号；（2）RD*和WR*为外扩数据存储器和I/O的读、写选通控制信号；（3）ALE作为P0口发出的低8位地址锁存控制信号；可见，AT89S51的4个并行I/O口，由于系统扩展的需要，真正作为数字I/O用，就剩下P1和P3的部分口线了。,8,8.2 地址空间分配和外部地址锁存器 本节讨论如何进行存储器空间的地址分配，并介绍用于输出低8位地址的地址锁存器。8.2.1 存储器地址
5、空间分配 实际设计中，有时需扩展程序存储器，又需要扩展数据存储器，如何把片外的两个64KB地址空间分配给各个程序存储器、数据存储器芯片，使一个存储单元只对应一个地址，避免单片机发出一个地址时，同时访问两个单元，发生数据冲突。这就是存储器地址空间分配问题。,9,AT89S51发出的地址码用于选择某个存储器单元，外扩多片存储器芯片中，单片机必须进行两种选择：一是选中该存储器芯片，这称为“片选”，未被选中的芯片不能被访问。二是在“片选”的基础上再根据单片机发出的地址码来对“选中”芯片的某一单元进行访问，即“单元选择”。为实现片选，存储器芯片都有片选引脚。同时也都有多条地址线引脚，以便进行单元选择。注
6、意，“片选”和“单元选择”都是单片机通过地址线一次发出的地址信号来完成选择。通常把单片机系统的地址线笼统地分为低位地址线和高,10,位地址线，“片选”都是使用高位地址线。实际上，16条地址线中的高、低位地址线的数目并不固定，只是习惯上把用于“单元选择”的地址线，都称为低位地址线，其余的为高位地址线。常用的存储器地址空间分配方法有两种：线性选择法（简称线选法）和地址译码法（简称译码法），下面介绍。1线选法 是直接利用系统的某一高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的“片选”控制信号。为此，只需要把用到的高位地址线与存储器芯片的“片选”端直接连接即可。,线选法优点是电路简单，不需要另外增加地
7、址译码器硬件电路，体积小，成本低。缺点是可寻址的芯片数目受到限制。另外，地址空间不连续，每个存储单元的地址不唯一，这会给程序设计带来不便，只适用于外扩芯片数目不多的单片机系统的存储器扩展。2译码法 使用译码器对AT89S51单片机的高位地址进行译码，译码输出作为存储器芯片的片选信号。这种方法能够有效地利用存储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。常用的译码器芯片有74LS138（3-8译码器）、74LS139（双2-4译码器）和74LS154（4-16译码器）。,12,若全部高位地址线都参加译码，称全译码；仅部分高位地址线参加译码，称部分译码。部分译码存在着部分存储器地址空间相重叠的情况。下面介绍
8、常用的译码器芯片。（1）74LS1383-8译码器，有3个数据输入端，经译码产生8种状态。引脚如图8-3，真值表如表8-1。由表8-1见，当译码器的输入为某一固定编码时，其输出仅有一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。输出为低电平的引脚就作为某一存储器芯片的片选信号。,13,14,（2）74LS139双2-4译码器。两个译码器完全独立，分别有各自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端，其引脚如图8-4，真值表如表8-2（只给出其中的一组）。图8-3 74LS138引脚图 图8-4 74LS139引脚图,15,以74LS138为例，如何进行地址分配。例如，要扩8片8KB的RAM 6
9、264，如何通过74LS138把64KB空间分配给各个芯片？由74LS138真值表可知，把G1接到+5V，G2A*、G2B*接地，P2.7、P2.6、P2.5（高3位地址线）分别接74LS138的C、B、A端，由于对高3位地址译码，这样译码器有8个输出Y7*Y0*，分别接到8片6264的各“片选”端，实现8选1的片选。低13位地址（P2.4P2.0，P0.7P0.0）完成对选中的6264芯片中的各个存储单元的“单元选择”。这样就把64KB存储器空间分成8个8KB空间了。,17,64KB地址空间分配如图8-5。图8-5 64KB地址空间划分成8个8KB空间这里采用全地址译码方式。因此，AT89S
10、51发出16位地址时，每次只能选中某一芯片及该芯片的一个存储单元,18,如何用74LS138把64KB空间全部划分为4KB的块呢？4KB空间需12条地址线，而译码器输入只有3条地址线（P2.6P2.4），P2.7没有参加译码，P2.7发出的0或1决定选择64KB存储器空间的前32KB还是后32KB，由于P2.7没有参加译码，就不是全译码方式，前后两个32KB空间就重叠了。那么，这32KB空间利用74LS138译码器可划分为8个4KB空间。如果把P2.7通过一个非门与74LS138译码器G1端连接起来，如图8-6，就不会发生两个32KB空间重叠的问题了。这时，选中的是64KB空间的前32KB空间
11、，地址范围,19,为0000H7FFFH。如果去掉图8-6中的非门，地址范围为8000HFFFFH。把译码器的输出连到各个4KB存储器的片选端，这样就把32KB空间划分为8个4KB空间。P2.3P2.0，P0.7P0.0实现“单元选择”，P2.6P2.4通过74LS138译码实现对各存储器芯片的片选。采用译码器划分的地址空间块都是相等的，如果将地址空间块划分为不等的块，可采用可编程逻辑器件FPGA对其编程来代替译码器进行非线性译码。,21,图8-6 存储器空间被划分成每块4KB,8.2.2 外部地址锁存器 受引脚数的限制，P0口兼用数据线和低8位地址线，为了将它们分离出来，需在单片机外部增加地
12、址锁存器。目前，常用的地址锁存器芯片有74LS373、74LS573等。1锁存器74LS373 带三态门的8D锁存器，其引脚如图8-7，内部结构如图8-8。AT89S51与74LS373锁存器的连接如图8-9所示。,22,23,图8-7 锁存器74LS373的引脚,图8-8 74LS373的内部结构,24,25,图8-9 AT89S51的P0口与74LS373的连接,引脚说明：D7D0：8位数据输入线，Q7Q0：8位数据输出线。G：数据输入锁存选通信号。当该引脚的信号为高时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。OE*：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门
13、打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。74LS373锁存器功能如表8-3。,26,27,图8-10 锁存器74LS573的引脚,2锁存器74LS573 也是一种带有三态门的8D锁存器，功能及内部结构与74LS373完全一样，只是其引脚排列与74LS373不同，图8-10为74LS573引脚图。由图8-10，与74LS373相比，74LS573的输入D端和输出Q端依次排列在芯片两侧，为绘制印制电路板提供方便引脚说明：D7D0：8位数据输入线。Q7Q0：8位数据输出线。G：数据输入锁存选通信号，该引脚与74LS373的G端功 能相同。,28,OE*：数据输出允许信
14、号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。8.3 程序存储器EPROM的扩展 程序存储器为只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序（非易失性的），系统上电后，CPU可取出这些指令重新执行。,只读存储器简称ROM（Read Only Memory）。ROM中的信息一旦写入，就不能随意更改，特别是不能在程序运行过程中写入新的内容，故称为只读存储器。向ROM中写入信息称为ROM编程。根据编程方式不同，分以下几种。（1）掩膜ROM。制造过程中编程，以掩膜工艺实现，因此称为掩膜ROM。这种芯片存储结构简单，集成度高，但由
15、于掩膜工艺成本较高，因此只适合于大批量生产。,30,（2）可编程ROM（PROM）。芯片出厂时没有任何程序信息，用独立编程器写入。但PROM只能写一次，写入内容后，就不能再修改。（3）EPROM。用紫外线擦除，用电信号编程。在芯片外壳的中间位置有一个圆形窗口，对该窗口照射紫外线就可擦除原有的信息。使用编程器可将调试完毕的程序写入。（4）E2PROM（EEPROM）。一种用电信号编程，也用电信号擦除的ROM芯片。对E2PROM的读写操作与RAM存储器几乎没有什么差别，只是写入速度慢一些，但断电后仍能保存信息。,31,（5）Flash ROM。又称闪烁存储器（简称闪存），是电擦除型只读存储器。特点
16、是可快速在线修改其存储单元中的数据，改写次数可达1万次，其读写速度很快，存取时间可达70ns，而成本比E2PROM低得多，大有取代E2PROM的趋势。目前许多公司生产的8051内核的单片机，在芯片内部大多集成了数量不等的Flash ROM。例如，美国ATMEL公司产品AT89C5x/AT89S5x，片内有不同容量的Flash ROM。在片内的Flash ROM满足要求下，扩展外部程序存储器可省去。,32,8.3.1 常用的EPROM芯片 使用较多的是并行EPROM，首先介绍常用EPROM芯片。EPROM的典型芯片是27系列产品，例如，2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32
17、KB）、27512（64KB）。型号“27”后面的数字表示其位存储容量。如果换算成字节容量，只需将该数字除以8即可。例如，“27128”中的“27”后的数字“128”，128/8=16KB 随着大规模集成电路技术的发展，大容量存储器芯片产量剧增，售价不断下降，性价比明显增高，且由于小容量芯片停止生产，使市场某些小容量芯片价格反而比大容量芯片还贵。所以，应尽量采用大容量芯片。,33,1常用EPROM芯片引脚 27系列EPROM芯片的引脚如图8-11。芯片引脚功能：A0A15：地址线引脚。它的数目由芯片的存储容量决定，用于进行单元选择。D7D0：数据线引脚。CE*：片选控制端。OE*：输出允许控制
18、端。PGM*：编程时，编程脉冲的输入端。,34,图8-11 常用EPROM芯片引脚,Vpp：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端。VCC：+5V，芯片的工作电压。GND：数字地。NC：无用端。表8-4为27系列EPROM芯片的技术参数，其中VCC是芯片供电电压，Vpp是编程电压，Im为最大静态电流，Is为维持电流，TRM为最大读出时间。,36,37,2EPROM芯片的工作方式 5种工作方式，由CE*、OE*、PGM*信号的组合确定。5种工作方式如表8-5。,38,（1）读出方式。该方式的条件是使片选控制线 CE*为低电平，同时让输出允许控制线OE*为低电平，Vpp为+5V，就可把指定地
19、址单元的内容从D7D0上读出。（2）未选中方式。当片选控制线CE*为高电平时，芯片未选中方式，数据输出为高阻抗悬浮状态，不占用数据总线。EPROM处于低功耗的维持状态。（3）编程方式。在Vpp端加上规定好的高压，CE*和OE*端加上合适的电平（不同芯片要求不同），能将数据写入到指定地址单元。编程地址和编程数据分别由A15A0和D7D0提供。,39,（4）编程校验方式。Vpp端保持相应的编程电压（高压），再按读出方式操作，读出固化好的内容，校验写入内容是否正确。（5）编程禁止方式。8.3.2 程序存储器的操作时序1访问程序存储器的控制信号 AT89S51单片机访问片外扩展的程序存储器时，所用的控
20、制信号有以下3种。（1）ALE：用于低8位地址锁存控制。（2）PSEN*：片外程序存储器“读选通”控制信号。它接外扩EPROM的OE*引脚。,（3）EA*：片内、片外程序存储器访问的控制信号。当 EA*=1时，在单片机发出的地址小于片内程序存储器最大地址时，访问片内程序存储器；当EA*=0时，只访问片外程序存储器。如果指令是从片外EPROM中读取的，除了ALE用于低8位地址锁存信号之外，控制信号还有PSEN*，接外扩EPROM的PSEN*脚。此外，P0口分时用作低8位地址总线和数据总线，P2口用作高8位地址线。2操作时序 AT89S51对片外ROM的操作时序分两种，即执行非MOVX指令的时序和
21、执行MOVX指令的时序，如图8-12。,41,（1）应用系统中无片外RAM 系统无片外RAM（或I/O）时，不用执行MOVX指令。在执行非MOVX指令时，时序如图8-12（a）。P0口作为地址/数据复用的双向总线，用于输入指令或输出程序存储器的低8位地址PCL。P2口专门用于输出程序存储器的高8位地址PCH。P0口分时复用，故首先要将P0口输出的低8位地址PCL锁存在锁存器中，然后P0口再作为数据口。在每个机器周期中，允许地址锁存两次有效，ALE在下降沿时，将P0口的低8位地址PCL锁存在锁存器中。,42,图8-12 执行非MOVX指令的时序,同时，PSEN*也是每个机器周期两次有效，用于选通
22、片外程序存储器，将指令读入片内。系统无片外RAM（或I/O）时，此ALE信号以振荡器频率的1/6出现在引脚上，它可用作外部时钟或定时脉冲信号。（2）应用系统中接有片外RAM在执行访问片外RAM（或I/O）的MOVX指令时，16位地址应转而指向数据存储器，时序如图8-12（b）。在指令输入以前，P2口输出的地址PCH、PCL指向程序存储器；在指令输入并判定是MOVX指令后，ALE在该,44,图8-12 执行MOVX指令的时序,机器周期S5状态锁存的是P0口发出的片外RAM（或I/O）低8位地址。若执行“MOVXA，DPTR”或“MOVXDPTR，A”指令，则此地址就是DPL（数据指针低8位）；同
23、时，在P2口上出现的是DPH（数据指针的高8位）。若执行“MOVX A，Ri”或“MOVX Ri，A”指令，则Ri的内容为低8位地址，而P2口线上将是P2口锁存器的内容。在同一机器周期中将不再出现PSEN*有效取指信号，下一个机器周期中ALE的有效锁存信号也不再出现；当RD*/WR*有效时，P0口将读/写数据存储器中的数据。,46,判定是MOVX指令后，ALE在该机器周期S5状态锁存的是P0口发出的片外RAM（或I/O）低8位地址。若执行“MOVXA，DPTR”或“MOVXDPTR，A”指令，则此地址就是DPL（数据指针低8位）；同时，在P2口上出现的是DPH（数据指针的高8位）。若执行“MO
24、VX A，Ri”或“MOVX Ri，A”指令，则Ri内容为低8位地址，而P2口线将是P2口锁存器内容。在同一机器周期中将不再出现 有效取指信号，下一个机器周期中ALE的有效锁存信号也不再出现；而当RD*/WR*有效时，P0口将读/写数据存储器中的数据。,47,由图8-12（b）可以看出：（1）将ALE用作定时脉冲输出时，执行一次MOVX指令就会丢失一个ALE脉冲；（2）只有在执行MOVX指令时的第二个机器周期中，才对数据存储器（或I/O）读/写，地址总线才由数据存储器使用。8.3.3 AT89S51单片机与EPROM的接口电路设计 由于AT89S5x单片机片内集成不同容量的Flash ROM，
25、可根据实际需要来决定是否外部扩展EPROM。当应用程序不大于单片机片内的Flash ROM容量时，扩展外部程序存储器的工作可省略。,但作为扩展外部程序存储器的基本方法，还是应掌握。1AT89S51与单片EPROM的硬件接口电路 在设计接口电路时，由于外扩的EPROM在正常使用中只读不写，故EPROM芯片只有读出控制引脚，记为OE*，该引脚与AT89S51单片机的 相连，地址线、数据线分别与AT89S51单片机的地址线、数据线相连，片选端控制可采用线选法或译码法。介绍2764、27128芯片与AT89S51的接口。更大容量的27256、27512与AT89S51的连接，差别只是连接的地址线数目不
26、同。,49,由于2764与27128引脚的差别仅在26脚，2764的26脚是空脚，27128的26脚是地址线A13，因此在设计外扩存储器电路时，应选用27128芯片设计电路。在实际应用时，可将27128换成2764，系统仍能正常运行。图8-13为AT89S51外扩16KB的EPROM 27128的电路。由于只扩展一片EPROM，所以片选端 直接接地，也可接到某一高位地址线上（A15或A14）进行线选，也可接某一地址译码器的输出端。,50,图8-13 AT89S51单片机与27128的接口电路,2使用多片EPROM的扩展电路 图8-14为利用4片27128 EPROM扩展成64KB程序存储器的方
27、法。片选信号由译码器产生。4片27128各自所占的地址空间，读者自己分析。8.4 静态数据存储器RAM的扩展 在单片机应用系统中，外部扩展的数据存储器都采用静态数据存储器（SRAM）。对外部扩展的数据存储器空间访问，P2口提供高8位地址，P0口分时提供低8位地址和8位双向数据总线。片外数据存储器RAM的读和写由AT89S51的 RD*（P3.7）和 WR*（P3.6）信号控制。,52,图8-14 AT89S51与4片27128 EPROM的接口电路,而片外程序存储器EPROM的输出端允许（OE*）由单片机的读选通PSEN*信号控制。尽管与EPROM的地址空间范围相同，但由于控制信号不同，不会发
28、生总线冲突。8.4.1 常用的静态RAM（SRAM）芯片 单片机系统中常用的RAM芯片的典型型号有6116（2KB），6264（8KB），62128（16KB），62256（32KB）。6116为24脚封装，6264、62128、62256为28脚封装。这些RAM芯片的引脚如图8-15。,54,55,图8-15 常用的RAM引脚图,各引脚功能：A0A14：地址输入线。D0D7：双向三态数据线。CE*：片选信号输入线。对6264芯片，当24脚（CS）为高电平且 CE*为低电平时才选中该片。OE*：读选通信号输入线，低电平有效。WE*：写允许信号输入线，低电平有效。VCC 工作电源+5V。GND
29、地。RAM存储器有读出、写入、维持3种工作方式，工作方式的控制如表8-6。,56,8.4.2 外扩数据存储器的读写操作时序对片外RAM读和写两种操作时序的基本过程相同。1读片外RAM操作时序若外扩一片RAM，应将WR*脚与RAM的WE*脚连接，RD*脚与芯片OE*脚连接。,单片机读片外RAM操作时序如图8-16。在第一个机器周期的S1状态，ALE信号由低变高（处），读RAM周期开始。在S2状态，CPU把低8位地址送到P0口总线上，把高8位地址送上P2口（在执行“MOVX A，DPTR”指令阶段才送高8位；若执行“MOVX A，Ri”则不送高8位）。ALE下降沿（处）用来把低8位地址信息锁存到外
30、部锁存器74LS373内。而高8位地址信息一直锁存在P2口锁存器中（处）。在S3状态，P0口总线变成高阻悬浮状态。在S4状态，执行指令“MOVX A，DPTR”后使 RD*信号变有效,58,图8-16 AT89S51单片机读片外RAM操作时序图,59,（处），RD*信号使被寻址的片外RAM过片刻后把数据送上P0口总线（处），当 RD*回到高电平后（处），P0总线变悬浮状态（处）。2写片外RAM操作时序 向片外RAM写数据，单片机执行“MOVX DPTR，A”指令。指令执行后，AT89S51的 WR*信号为低有效，此信号使RAM的WE*端被选通。写片外RAM的时序如图8-17。开始的过程与读过程
31、类似，但写的过程是CPU主动把数据送上P0口总线，故在时序上，CPU先向P0口总线上送完8位地址后，在S3状态就将数据送到P0口总线（处）。此间，P0总线上不会出现高阻悬浮现象,61,图8-17 AT89S51单片机写片外RAM操作时序图,在S4状态，写信号 WR*有效（处），选通片外RAM，稍过片刻，P0口上的数据就写到RAM内了，然后写信号 WR*变为无效（处）。8.4.3 AT89S51单片机与RAM的接口电路设计 AT89S51对片外RAM的读和写由AT89S51的RD*（P3.7）和WR*（P3.6）控制，片选端由译码器译码输出控制。设计时，主要解决地址分配、数据线和控制信号线的连接
32、问题。在与高速单片机连接时，要根据时序解决读/写速度匹配问题。图8-18为用线选法扩展AT89S51外部数据存储器电路。图中数据存储器选用6264，该芯片地址线为A0A12，故AT89S51剩余地址线为3条。,62,63,图8-18 线选法扩展外部数据存储器电路图,用线选可扩展3片6264，对应的存储器空间如表8-7所示。用译码法扩展外部数据存储器的接口电路如图8-19所示。数据存储器62128，芯片地址线为A0A13，剩余地址线为两条，若采用2-4译码器可扩展4片62128。各片62128芯片地址分配如表8-8所示。,64,图8-19 译码法扩展外部数据存储器电路图,65,66,【例8-1】
33、编写程序将片外数据存储器中5000H50FFH单元全部清“0”。,程序如下：xdata unsigned char databuf 256 _at_0 x5000;void main(void)unsigned char i;for(i=0;i256;i+)databuf i=0,67,8.5 EPROM和RAM的综合扩展 在系统设计中，经常是既要扩展程序存储器，也要扩展数据存储器（RAM）或I/O，即进行存储器的综合扩展。下面介绍如何进行综合扩展。8.5.1 综合扩展的硬件接口电路【例8-2】采用线选法扩展2片8KB的RAM和2片8KB的EPROM。RAM芯片选用2片6264。扩展2片EPR
34、OM芯片，选用2764。硬件接口电路如图8-20。,68,69,图8-20 采用线选法的综合扩展电路图示例,（1）控制信号及片选信号 地址线P2.5直接接到IC1（2764）和IC3（6264）的片选 端，P2.6直接接到IC2（2764）和IC4（6264）的片选 端。当P2.6=0，P2.5=1时，IC2和IC4的片选端为低电平，IC1和IC3的 端全为高电平。当P2.6=1，P2.5=0时，IC1和IC3的 端都是低电平，每次同时选中两个芯片，具体对哪个芯片进行读/写操作还要通过PSEN*、RD*、WR*控制线来控制。当PSEN*为低电平时，到片外程序存储区EPROM中读程序；当读/写信
35、号 RD*或 WR*为低电平时，则对片外,70,RAM读数据或写数据PSEN*、RD*、WR*3个信号是在执行指令时产生的，任意时刻只能执行一条指令，所以只能有一个信号有效，不可能同时有效，所以不会发生数据冲突。（2）各芯片地址空间分配 硬件电路一旦确定，各芯片地址范围实际上就已经确定，编程时只要给出所选择芯片的地址，就能对该芯片进行访问。结合图8-20，介绍IC1、IC2、IC3、IC4芯片地址范围的确定方法。存储器地址均用16位，P0口确定低8位，P2口确定高8位。如果P2.6=0、P2.5=1，选中IC2、IC4。地址线A15A0与P2、P0对应关系如下：,72,除P2.6、P2.5固定
36、外，其他“”位均可变。设无用位P2.7=1，当“”各位全为“0”时，则为最小地址A000H；当“”均为“1”时，则为最大地址BFFFH。IC2、IC4的地址空间为A000HBFFFH共8KB。同理IC1、IC3的地址范围为C000HDFFFH。4片存储器各自所占的地址空间如表8-9所示。即使地址空间重叠，也不会发生数据冲突。IC1与IC3也同样如此。,73,下面介绍采用译码器法进行地址空间分配的例子。,【例8-3】采用译码法扩展2片8KB EPROM和2片8KB RAM。EPROM选用2764，RAM选用6264。扩展接口电路如图8-21。图中74LS139的4个输出端，Y0*Y3*分别连接4
37、个芯片IC1、IC2、IC3、IC4的片选端。74LS139在对输入端译码时，Y0*Y3*每次只能有一位输出为“0”，其他三位全为“1”，输出为“0”的一端所连接的芯片被选中。译码法地址分配，先根据译码芯片真值表确定译码芯片的输入状态，再判断其输出端选中芯片的地址。,74,75,图8-21 采用译码法的综合扩展电路图示例,如图8-21，74LS139的输入端A、B、分别接P2口的P2.5、P2.6、P2.7三端，为使能端，低电平有效。由表8-2 74LS139的真值表可见，当 G*=0、A=0、B=0时，输出端只有Y0*为“0”，Y1*Y3*全为“1”，选中IC1。这样，P2.7、P2.6、P
38、2.5全为0，P2.4P2.0与P0.7P0.0这13条地址线的任意状态都能选中IC1的某一单元。当13条地址线全为“0”时，为最小地址0000H；当13条地址线全为“1”时，为最大地址1FFFH。所以IC1的地址范围为0000H1FFFH。同理可确定电路中各个存储器地址范围如表8-10。,76,77,由上可见，译码法进行地址分配，各芯片的地址空间是连续的。8.5.2 外扩存储器电路的编程 下面结合图8-21所示的电路，读者自行编写实现以下两个问题的C51程序。【问题1】把片外6000H单元的数据送到片内RAM 50H单元中。【问题2】把片内40H单元的数据送到片外5000H单元中。,8.6
39、片内Flash存储器的编程如何把调试完毕的程序写入AT89S51片内Flash存储器，即Flash存储器编程问题。AT89S51片内4K字节Flash存储器的基本性能如下：（1）可循环写入/擦除1 000次；（2）存储器数据保存时间为10年；（3）程序存储器具有3级加密保护；AT89S51出厂时，Flash存储器处于全部空白状态（各单元均为FFH），可直接进行编程。若不全为空白状态（即单元中有不是FFH的），应首先将芯片擦除后，方可写入,78,程序。AT89S51片内的Flash存储器有3个可编程的加密位，定义了3个加密级别，只要对3个加密位：LB1、LB2、LB3进行编程即可实现3个不同级别
40、的加密。3个加密位的状态可以是编程（P）或不编程（U），3个加密位的状态所提供的3个级别的加密功能如表8-12。对3个加密位的编程可参照表8-13所列控制信号来进行，也可按照所购买的编程器的菜单，选择加密功能,79,选项（如果有的话）即可。经上述加密处理，使解密难度加大，但还可解密。现在有一种非恢复性加密（OTP加密）方法，就是将AT89S51的第31脚（EA*脚）烧断或某些数据线烧断，经过上述处理的芯片仍正常工作，但不再具有读取、擦除、重复烧写等功能。是一种较强的加密手段。国内某些厂家编程器直接具有此功能（例如RF-1800编程器）。如何将调试好的程序写入到片内的Flash存储器中？。片内F
41、lash存储器有低电压编程（Vpp=5V）和高电压编程（Vpp=12V）两类芯片。,81,低电压编程可用于在线编程，高电压编程与一般常用的EPROM编程器兼容。在AT89S51芯片的封装面上标有低电压编程还是高电压编程的编程电压标志。应用程序在PC机中与在线仿真器以及用户目标板一起调试通过后，PC机中调试完毕的程序代码文件（.Hex目标文件），须写入到AT89S51片内的闪烁存储器中。目前常用的编程方法主要有两种：一种是使用通用编程器编程，另一种是使用下载型编程器进行编程。下面介绍如何对AT89S51片内的Flash存储器进行编程。,82,8.6.1 通用编程器编程 采用通用编程器编程，就是在
42、下载程序时，编程器只是将AT89S51看作一个待写入程序的外部程序存储器芯片。PC机中的程序代码通过串口或USB口与PC机连接，并有相应的服务程序。编程器与PC机连好后，运行服务程序，在服务程序中先选择所要编程的单片机型号，再调入.Hex目标文件，编程器就将调试通过的程序烧录到单片机片内的Flash存储器中。开发者只需在市场上购买现成的编程器。下面以市场上常见RF-810编程器为例，介绍编程器的基本功能。RF-810编程器的性能特点如下：,83,（1）可对100余厂家的1000多种常用器件进行编程与测试。（2）采用40脚锁紧插座，与PC机并行口（打印机口）连机 工作。（3）可自行调整烧录电压的
43、参数，具有芯片损坏、插反检测 功能，可有效地保护芯片。（4）对各种单片机内Flash存储器、EPROM、E2PROM、PLD进行编程。RF-810编程器配备全中文的Windows环境下运行的驱动软件。对芯片的编程不需要人工干预，软件用户界面易学，使用方便。,RF-810编程器套件包括：RF-810编程器主机，并口电缆及匹配器插座以及AC/DC电源适配器等。使用编程器前应先进行硬件安装和软件安装。硬件安装时，先把编程器的电缆与PC机并口连接好后，再接通PC机电源，打开编程器的电源开关，编程器主机上的电源灯亮。此时，再进行编程器软件安装。PC机电源接通后，进入Windows环境。编程器的软件安装与
44、普通软件的安装方法相同。软件安装完毕后，自动在桌面上形成RF-810编程器的图标。点击RF-810编程器的图标，进入主菜单，有如下功能的快捷方式图标的命令可供选择。,85,（1）选择要编程芯片的厂家、类型、型号、容量等。（2）编程的内容调入缓冲区，进行浏览、修改操作。（3）检查器件是否处于空白状态。（4）可按照擦除、编程、校验等操作顺序自动完成对器件的全部操作过程。（5）把缓冲区的内容写入到芯片内并进行校验。（6）把器件的内容读入到缓冲区。（7）校对器件内容和缓冲区内容是否一致，并列出有差异的第一个单元的地址。（8）逐单元比较器件内容和缓冲区内容有无差异，并将有差异的单元列表显示。,86,（9
45、）将器件的内容在屏幕上显示。具体使用，可详细阅读所购买的编程器的使用说明书。8.6.2 ISP编程 AT89S5x系列单片机支持ISP。是指在电路板上的被编程的空白器件可以直接写入程序代码，而不需要从电路板上取下器件，已编程的器件也可用ISP方式擦除或再编程。ISP下载编程器可自行制作，也可电子市场购买。ISP下载编程器与单片机一端连接的端口通常采用ATMEL公司的接口标准，10引脚的IDC端口。图8-24为IDC端口的实物图及端口的定义。,87,图8-24 IDC端口的实物图以及端口的定义,88,采用ISP下载程序时，用户板上必须装有上述IDC端口，端口信号线必须与目标板上AT89S51的对
46、应引脚连接。注意，图中的8脚P1.4（SS*）端只对AT89LP系列单片机有效，对AT89S5x系列单片机无效，不用连接。常见市售的ISP下载型编程器为ISPro下载型编程器。用户将安装光盘插入光驱，运行安装程序SETUP.exe即可。安装后，在桌面上建立一个“ISPro.exe下载型编程器”图标，双击该图标，即可启动编程软件。ISPro下载型编程器软件的使用与RF-810软件的使用方法基本相同，可参照编程器使用说明书进行操作。,89,上面介绍了两种程序下载的方法，就单片机发展方向而言，已趋向于ISP程序下载方式，一方面由于原有不支持ISP下载的芯片逐渐被淘汰（大部分已经停产），另一方面ISP使用起来十分方便，不增加太多的成本就可以实现程序的下载，所以ISP下载方式已经逐步成为主流。,90,
