基于汇编与C语言的单片机应用

目前在单片机应用中，已很少扩展程序存储器。如89C52芯片内部已有8K的Flash程序存储器，只有在需要大量常数存储器（如字库）等特殊应用中，才在外面扩展1片只读存储器ROM。这样的系统都是大系统，P0口、P2口都作为扩展总线口使用。

1.常见的程序存储器ROM的芯片

前面已述，扩展片外程序存储器所用的芯片一般采用ROM存储器芯片，它们可以是EPROM、E2 PROM、FLASH等类型的芯片。

（1）EPROM存储器。图7-17为常用的6种EPROM存储器的引脚图。其中2716（2K×8bit）、2732（4K×8bit）均为24脚，而2764（8K×8bit）、27128（16K×8bit）、27256（32K×8bit）、27512（64K×8bit）均为28脚。

图7-17　常用的6种EPROM芯片引脚

EPROM是紫外线可擦除电可编程的只读存储器，掉电以后信息不会丢失。用EPROM作为单片机外部程序存储器是经典的程序存储器扩展方法，虽然目前已基本不用EPROM，但目前使用的E2 ROM和Flash ROM的储器扩展方法与EPROM的扩展方法是一样的。

EPROM芯片上有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变为1，即处于擦除干净的状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中，称为“写入”或“烧”程序。固化的过程就是按要求把芯片的“1”便为“0”，信息是“1”的保持不变。

（2）E2 PROM存储器。常用的E2 PROM芯片有2816（2K×8bit）、2817（2K×8bit）、2864（8K×8bit）等，图7-18为常用的3种E2 PROM芯片引脚图。在芯片的引脚设计上，2KB的E2 PROM 2816与EPROM 2716和RAM 6116兼容，8KB的E2 PROM 2864A与EPROM 2764和RAM 6264兼容，2816、2817和2864A的读出时间均为250ns，写入时间10ms。电可擦除只读存储器E2 PROM可像EPROM那样长期非易失地保存信息，又可像RAM那样随时用电改写，近年来出现了快擦FLASH ROM，它们被广泛用作单片机的程序存储器和数据存储器。

图7-18　常用的3种E2 PROM芯片引脚

E2 PROM芯片有如下共同特点：①单+5V供电，电可擦除可改写；②使用次数为1万次，信息保存时间为10年；③读出时间为ns级，写入时间为ms级；④芯片引脚信号与相应的RAM和EPROM芯片兼容，见表7-1。E2 PROM的使用非常简单方便。不用紫外线擦除，在单一的+5V电压下写入的新数据可覆盖旧数据。

表7-1　常用的E2 PROM芯片与相应的RAM和EPROM芯片兼容情况

下面以2817A为例说明E2 PROM和单片机的连接方法。

2817A为2KB E2 PROM维持电流为60m A，典型读出时间为200～350ns，字节编程写入时间为10～20μs，芯片内有电压提升电路，编程时不必增高压，单一+5V供电。引脚和6116，2716兼容。

8031单片机扩展2817A的硬件电路如图7-19所示。图中的2817A既可作为数据存储器RAM，又可作为程序存储器ROM。通过P1.0查询2817A的状态（RDY即为READY缩写），来完成对2817A的写操作。片选信号由P2.7提供。

MCS-51系列单片机中的数据存储器和程序存储器在逻辑上是严格分开的，但在实际设计和开发单片机系统时，程序和数据若放在E2 PROM或FLASH或SRAM，可_方便程序和数据调试和修改，为此需将程序存储器和数据存储器混合使用。在硬件上将信号和相“与”后连到RAM的读选通端即可以实现，见图7-19。当执行MOVX指令时产生读选通信号使有效，当执行该RAM中的程序时，由信号也使有效，选通RAM，读出其中的机器码。注意，信号依然连接RAM的WE端。

（3）FLASH存储器（闪速存储器）。FLASH存储器又称闪速存储器或PEROM（Programmable Erasable ROM），它是在EPROM工艺的基础上增添了芯片整体电擦除和可再编程功能，使其成为性价比高可靠性高、快擦写、非易失的E2 PROM存储器（后面简称Flash）。很多Flash内部集成有DC/DC变换器，使读、擦除、编程使用单一电压（根据不同型号，有的是单一+5V，也有的是单一+3V低压），从而使在系统编程（ISP）成为可能，目前很多单片机内均采用FLASH作为程序存储器。FLASH的扩展方法和E2 PROM一样。

2.程序存储器ROM的操作时序

图7-19　8031单片机与2817A E2 PROM的连接电路

单片机的地址总线为16位，扩展的片外ROM的最大容量为64KB，地址为0000 H～FFFFH。扩展的片外RAM的最大容量也为64KB，地址为0000 H～FFFFH。由于MCS-51单片机采用不同的控制信号和指令，尽管ROM与RAM共享数据总线和地址总线，ROM与RAM的地址重叠，但由于两者的控制总线不同，因此不会发生混乱。

图7-20为MCS-51单片机访问ROM 时序。单片机的CPU在访问或片外ROM的一个机器周期内，信号ALE出现两次正脉冲，ROM选通信号也两次有效，这说明在一个机器周期内，CPU两次访问片外ROM，也即在一个机器周期内可以处理两个字节的指令代码，所以MCS-51单片机指令系统中有很多单周期、双字节的指令。

图7-20　MCS-51单片机访问ROM时序

程序存储器扩展电路的安排应满足单片机从外存取指令的时序要求。从时序图中，可分析ALE、、P0和P2怎样配合使程序存储器完成取指操作，从而得出扩展程序存储器的方法。单片机一直处于不_断的取指令码-执行-取指令码-执行的工作过程中，在取指令码时和执行MOVC指令时会变为有效，和其他信号配合完成从程序存储器读取数据。

3.片外程序存储器ROM的扩展方法

程序存储器ROM的扩展是使用P0、P2端口作为地址总线、数据总线。

图7-21　单片机扩展程序存储器ROM电路

MCS-51单片机对片内、片外ROM的访问使用相同的指令MOVC，两者的选择是由硬件实现的。在时序中将产生信号，因此，将信号与片外ROM相应的读相连接，就能够实现系统对片外ROM的读控制。外部程序存储器ROM的扩展方法如图7-21所示。片外ROM芯片扩展时，芯片选择多采用线选法或直接接地法，地址译码法用的渐少。(www.xing528.com)

（1）不用片外译码器的单片程序存储器的扩展。

【例7-2】 MCS-51单 片 机 扩 展1片EPROM2732程序存储器的电路如图7-22所示。

EPROM2732的容量为4KB×8位。4KB表示有4×1024=4096=212个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12_位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7）。EPROM的读选通信号与单片机的相连，如果要从EPROM中读出程序中定义的数据，需使用指令：MOVC A，@A+DPTR或MOVC A，@A+PC。

图7-22　单片机扩展2732 EPROM电路

由于本电路也只扩展1片程序存储器，可直接接地。由于剩余的高4位地址为任意值，因此本电路扩展存储器的地址有24=16个重叠的地址空间，它们分别是0000H～0FFFH、1000H～1FFFH、2000H～2FFFH、3000H～3FFFH、4000H～4FFFH、5000H～5FFFH、6000H～6FFFH、7000 H～7FFFH、8000 H～8FFFH、9000H～9FFFH、A000H～AFFFH、B0000H～BFFFH、C000 H～CFFFH、D000 H～DFFFH、E000H～EFFFH、F000H～FFFFH。地址计算如表7-2所示。

若设没用到的高位地址x为1，则扩展存储器的地址范围为F000 H～FFFFH。

表7-2　2732 EPROM的地址范围计算

（2）采用线选法的多片程序存储器的扩展。

【例7-3】 使用两片2764扩展16KB的程序存储器，采用线选法选中芯片。扩展连接图如图7-23所示。以P2.7作为片选，当P2.7=0时，选中2764（1）；当P2.7=1时，选中2764（2）。因两根线（A13、A14）未用，故两个芯片各有22=4个重叠的地址空间。

图7-23　用两片2764 EPROM的扩展连接电路

两片2764的地址范围如下：

左片：00000000000000000～0001111111111111，即0000H～1FFFH；

00100000000000000～0011111111111111，即2000 H～3FFFH；

01000000000000000～0101111111111111，即4000 H～5FFFH；

01100000000000000～0111111111111111，即6000H～7FFFH；

右片：10000000000000000～1001111111111111，即8000H～9FFFH；

10100000000000000～1011111111111111，即A000 H～BFFFH；

11000000000000000～1101111111111111，即C000H～DFFFH；

11100000000000000～1111111111111111，即E000H～FFFFH。

（3）采用地址译码器的多片程序存储器的扩展。

【例7-4】 要求用2764芯片扩展8031的片外程序存储器，分配的地址范围为0000H～3FFFH。

本例要求的地址空间是唯一确定的，所以要采用全译码方法。由分配的地址范围知：扩展的容量为3FFFH-0000 H+1=4000 H=16KB，2764为8K×8位，故需要两片。第1片的地址范围应为0000 H～1FFFH；第2片的地址范围应为2000 H～3FFFH。由地址范围可确定译码器的连接方式，译码关系表见表7-3。

表7-3　2764的地址范围计算

图7-24为单片机扩展2片EPROM 2764程序存储器的电路图。2764共有13根地址线和8根数据线，分别与单片机相连，单片机剩余的3根地址线通过译码器输出端，分别控制两个存储器的片选线，这就保证了每个存储单元只有唯一的地址。

图7-24　全译码、2片2764 EPROM的扩展连接电路