程序存儲器的擴展課件

項目七：程序存儲器的擴展項目預備知識知識點鏈接

項目目標通過調(diào)用不同程序存儲器中的程序，觀察控制現(xiàn)象，學習程序存儲器擴展的方法，理解擴展程序存儲器的意義，掌握INC、DEC、JZ、JNZ指令的功能并編寫控制程序。項目任務應用AT89C51芯片和程序存儲器芯片，實現(xiàn)單片機系統(tǒng)程序存儲器的擴展。項目分析

本項目通過編寫不同的程序存儲于不同的程序存儲器（片內(nèi)和片外），學習程序存儲器擴展和讀取程序的方法。

2、加1、減1指令

加1指令又稱為增量指令，共有5條指令；減1指令又稱減量指令，有4條。和加法、減法指令所不同的是，除奇偶標志位外，這些指令的操作不影響PSW中的標志位。1）加1指令匯編指令指令功能

INCA累加器內(nèi)容加1INCdirect直接地址單元內(nèi)容加1INCRn通用寄存器內(nèi)容加1INC＠Ri寄存器Ri指向的地址單元中的內(nèi)容加1，結(jié)果送回原地址單元中INCDPTR數(shù)據(jù)指針EPTR內(nèi)容加1

例如，（30H）=22H，執(zhí)行INC30H后，（30H）=23H。本組指令將操作數(shù)內(nèi)容加1，結(jié)果仍然送回原地址存放，如果原地址單元中內(nèi)容為0FFH，加1后將要變?yōu)?0H，運算結(jié)果不影響任何標志位。指令中前4條是8位數(shù)加1指令，可以用來對指定的片內(nèi)RAM單元操作，第5條指令是16位數(shù)的加1指令，運算過程中，若有低8位（DPL）向高8位（DPH）的進位，直接進位即可。這也是MCS-51指令系統(tǒng)中唯一的一條16位算術運算指令。2）減1指令

匯編指令指令功能DECA累加器內(nèi)容減1DECdirect直接地址單元內(nèi)容減1DECRn通用寄存器內(nèi)容減1DEC＠Ri寄存器Ri指向的地址單元中的內(nèi)容減1，結(jié)果送回原地址單元中本組指令將操作數(shù)減1，結(jié)果仍送回原地址單元，若原指定單元中的內(nèi)容為00H，減1后將變?yōu)?FFH，運算結(jié)構(gòu)也不影響任何標志位。這4條指令全是8位數(shù)減1指令，若需要對16位數(shù)進行減1操作，可通過簡單的編程實現(xiàn)。例如，R0=30H，（30H）=22H，執(zhí)行DEC@R0后，（30H）=21H。一、單片機應用系統(tǒng)組成

單個的單片機芯片用途是有限的，它往往要和其他具有專門用途的芯片組成單片機應用系統(tǒng)，才會更好的發(fā)揮它在控制方面的優(yōu)勢。單片機應用系統(tǒng)的組成特點之一就是單片機、存儲器、I/O口、外設控制均以芯片的形式存在。典型單片機應用系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖所示。知識點鏈接:單片機系統(tǒng)擴展技術

MCS51系統(tǒng)單片機（8031、8032除外）盡管是一功能完全的單片機，但因其內(nèi)部資源（RAM、ROM、I/O、A/D、D/A等）不足，在實際應用中不加以擴展直接用其基本系統(tǒng)的情況較少，一般情況下需擴展。單片機擴展的首要問題就是構(gòu)造系統(tǒng)總線，然后再往系統(tǒng)總線上“掛”存儲芯片或I/O接口芯片。MCS-51系列單片機片外引腳可以構(gòu)成三總線結(jié)構(gòu)：

地址總線（AB）數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）所有外部芯片都通過這三組總線進行擴展二、外部總線的擴展單片機擴展構(gòu)造圖2）數(shù)據(jù)總線（DB）

數(shù)據(jù)總線由P0口提供，其寬度為8位，該口為三態(tài)雙向口，是應用系統(tǒng)中使用最為頻繁的通道。單片機與外部交換的數(shù)據(jù)、指令、信息大部分由P0口傳送。通常系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上連有很多芯片，而在某一時刻，數(shù)據(jù)總線上只能有一個有效的數(shù)據(jù)，究竟哪個芯片的數(shù)據(jù)有效，則由地址信號控制各個芯片的片選端來選擇。3）控制總線單片機控制信號有PSEN、WR、RD、ALE和EA。PSEN：用于片外程序存存儲器（EPROM）的“讀”控制，實際上就是取指令選通控制（低電平有效）。WR、RD：用于片外數(shù)據(jù)存儲器（包括其它接口芯片）的“讀”、“寫”控制（低電平有效）

。ALE：用于鎖存P0口上地址低8位的控制線。EA：用于選擇片內(nèi)或片外程序存儲器。當EA=0時，只訪問外部程序存儲器，不管片內(nèi)有無程序存儲器，因此使用片內(nèi)ROM時EA=1。作為數(shù)據(jù)/地址復用總線，P0口可驅(qū)動8個TTL門電路，P1、P2、P3只能驅(qū)動4個TTL門電路。當應用系統(tǒng)規(guī)模較大、超過其負載能力時，系統(tǒng)便不能穩(wěn)定可靠地工作。在這種情況下，系統(tǒng)設計時應加總線驅(qū)動器，以增強系統(tǒng)總線的驅(qū)動能力。常被用戶選擇的有單向總線驅(qū)動器74LS244、74LS273，雙向驅(qū)動器74LS245等芯片。如下圖7-8所示，74LS273作8位并行輸出接口，74LS244作8位并行輸入接口。74LS244是一個三態(tài)輸出八緩沖器及總線驅(qū)動器，其帶負載能力強，可直接驅(qū)動小于130Ω的負載。總線驅(qū)動能力主要功能：數(shù)據(jù)保持（鎖存）8D~1D：8位數(shù)據(jù)輸入；8Q~1Q：8位數(shù)據(jù)輸出；CLK：時鐘信號，上升沿數(shù)據(jù)鎖存；CLR：清除端典型芯片：帶清除端的8D鎖存器（2）74LS2738D鎖存器74LS273只有清除端為高電平才具鎖存功能鎖存器控制較CLK，上升沿鎖存數(shù)據(jù)。單片機ALE引腳需接反相器輸入輸出CLRCLKDQL××LH↑HHH↑LLHL×Q不變74LS273功能表當CLK由低電平向高電平跳變時刻，D端輸入數(shù)據(jù)傳送到Q輸出端。（3）用74LS273和74LS244擴展I/O口芯片及連線說明P0口作為雙向8位數(shù)據(jù)線，既能夠從74LS244輸入數(shù)據(jù)，又能夠從74LS273輸出數(shù)據(jù)。輸入控制信號由P2.7和相“或”后形成。當二者都為0時，74LS244的控制端有效，選通74LS244，外部的信息輸入到P0數(shù)據(jù)總線上。當與74LS244相連的按鍵都沒有按下時，輸入全為1，若按下某鍵，則所在線輸入為0。輸出控制信號由P2.7和相“或”后形成。當二者都為0后，74LS273的控制端有效，選通74LS273，P0上的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273的輸出端，控制發(fā)光二極管LED，當某線輸出為0時，相應的LED發(fā)光。

I/O口地址確定因為74LS244和74LS273都是在P2.7為0時被選通的，所以二者的口地址都為7FFFH（這個地址不是惟一的，只要保證P2.7=0，其它地址位無關）。但是由于分別由RD和WR控制，因而兩個信號不可能同時為0（執(zhí)行輸入指令，如MOVXA，@DPTR時，RD有效；執(zhí)行輸出指令，如MOVX@DPTR，A時，WR有效），所以邏輯上二者不會發(fā)生沖突。編程應用下述程序?qū)崿F(xiàn)的功能是按下任意鍵，對應的LED發(fā)光。CONT：MOV DPTR，#7FFFH；數(shù)據(jù)指針指向口地址???MOVX A，@DPTR ；檢測按鍵，向74LS244讀入數(shù)據(jù)???MOVX @DPTR，A ；向74LS273輸出數(shù)據(jù)，驅(qū)動LED???SJMP CONT ；循環(huán)三、程序存儲器的擴展

MCS-51的程序存儲器尋址空間為64KB，其中片內(nèi)包含4K的ROM/EPROM。當片內(nèi)ROM不夠而需要擴展程序存儲器時，MCS-51的EA管腳應接地，其它控制信號還有：1、常用的程序存儲器芯片可用紫外線擦除、由電編程的只讀存儲器EPROM芯片常用作MCS-51應用系統(tǒng)的外部程序存儲器。常用的EPROM芯片有2716、2732、2764、27128、27256、27512等，這些芯片的窗口在專門的紫外線燈光照射下，經(jīng)20min后，存儲器所有單元的信息全部變?yōu)?，從而擦去了程序指令代碼。用戶可用專門的EPROM編程（寫入）電路將程序固化在這些EPROM芯片之中。

以27256A為例說明其工作方式及引腳功能。下圖是27256A的管腳圖。27256A是一種32K×8位EPROM存儲器，單一+5V供電，工作電流為100mA，維持電流為40mA，讀出時間最大為250ns。27256A為28線雙列直插式封裝。

27256A工作方式見下表：

CE（第20腳）OE（第20腳）VPP（第1腳）VCC（第28腳）輸出輸出低電平低電平5V5V程序代碼輸出維持高電平任意5V5V高阻抗狀態(tài)編程低電平高電平12.5V6V程序代碼輸入編程校驗高電平低電平12.5V6V程序代碼輸出編程禁止高電平高電平12.5V6V高阻抗狀態(tài)27256A引腳功能如下：A0~A14：15根地址線。 CE：片選線，低電平有效。 VPP：編程電源。GND：接地線。Q0~Q7：8根數(shù)據(jù)線。OE：讀出選通。VCC：+5V工作電源。

D7D6D5D4D3D2D1D0G74LS373GND+5VEQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0

74LS373引腳功能D0~D6數(shù)據(jù)輸入E輸出允許G數(shù)據(jù)輸出Q0~Q7使能端當E=0，G=1時，輸出Q=輸入D(透明)；當E=0，G=0時，輸出Q端不變（鎖存）當E=1，輸出高阻態(tài)G一般與單片機的鎖存控制信號ALE相連程序存儲器擴展電路舉例擴展電路的原理分析（1）單片機所用到引腳的時序分析(2)原理分析單片機取指令是各個部件相互協(xié)調(diào)工作的一個過程.主要是以下幾步.第一步，送16位地址，指明要取的指令的存放位置。高8位地址通過P2送到27256的A8-A14和片選端\CE。低8位地址由P0口提供，是通過373連接到27256的A7-A0上的。這里要注意：高8位地址是由A8-A14和片選端\CE共同組成的。片選端\CE為最高位。真正的地址范圍為0000H-7FFFH.第二步，等待ALE第一次有效（高電平）。此時，373通道被打開，低8位地址被送入A7-A0。與此同時，\PSEN為高電平，因此27256的數(shù)據(jù)輸出端還未打開，即數(shù)據(jù)沒有送出。

第三步，ALE出現(xiàn)下降沿。此時，373的門被關?。ㄦi存數(shù)據(jù)），與此同時，\PSEN出現(xiàn)低電平，27256的數(shù)據(jù)輸出端被打開，要取的指令代碼通過O0-O7端口送入數(shù)據(jù)總線。第四步，ALE第二次有效，此時，總線上的代碼通過P0口讀入單片機。雖然此時373被打開，但是由于此時\PSEN為高電平，把27256關掉了。因此，即使剛才的代碼通過373被送到A7-A0，也不會送入27256中。一、硬件電路設計二、控制程序的編寫三、程序仿真與調(diào)試項目實施（一）設計思路在單片機系統(tǒng)擴展存儲器時，根據(jù)4個并行I/O口使用的一般原則，使用MCS-51單片機芯片的P0口和P2口進行程序存儲器的擴展。P0口具有數(shù)據(jù)/地址復用功能，既可在片外存儲器和單片機芯片之間進行數(shù)據(jù)傳送，又可以和P2口共同組成地址線，利用74HC373鎖存器實現(xiàn)此功能。一、硬件電路設計

1、擴展電路設計擴展用的程序存儲器選用27C512芯片，內(nèi)存64KB。使用74HC373鎖存器實現(xiàn)P0口的數(shù)據(jù)/地址分時復用功能。將P0口與鎖存器的輸入引腳D0～D7進行連接，同時與27C512芯片的數(shù)據(jù)引腳D0～D7連接，鎖存器的輸出Q0～Q7與27C512芯片的地址線的低8位（A0～A7）連接。P2口直接與程序存儲器的地址線的高8位（D8～D15）連接即可。設計要求根據(jù)不同的程序控制單個發(fā)光二極管閃爍，因此利用P1.1引腳連接1只發(fā)光二極管。

（二）電路設計2、控制電路設計1）EA/VPP引腳：本設計選用AT89C51單片機芯片，由于要實現(xiàn)存儲器擴展，因此EA/VPP引腳連接一只雙向開關，可以在高電平和低電平之間轉(zhuǎn)換，以選擇要讀取的程序的存儲空間----片內(nèi)或片外。2）ALE引腳：使用此引腳的“地址鎖存允許信號”功能，將ALE引腳與74HC373鎖存器的允許端G連接。3）PSEN引腳：使用此引腳對外部程序存儲器進行讀選通，因以將PSEN引腳與27C512芯片的數(shù)據(jù)輸入選通引腳OE連接。綜合以上分析，得到如圖所示的控制電路圖。（三）材料表

從原理圖可以得到實現(xiàn)本項目所需的元器件。序號元件名稱元件型號元件數(shù)量備注1單片機芯片AT89C511片DIP封裝2鎖存器74HC373N1片DIP封裝3程序存儲器芯片W27C5121片DIP封裝4發(fā)光二極管Φ51只普通型5晶振12MHz1只6電容30pF2只瓷片電容22uF1只電解電容7電阻200Ω8只碳膜電阻，可用排阻代替10kΩ1只碳膜電阻8按鍵1只無自鎖1只帶自鎖9雙向開關1只1040腳IC座1片安裝AT89C51芯片1120腳IC座1片安裝鎖存器芯片1228腳IC座1片安裝程序存儲器芯片13導線二、控制程序的編寫

（一）繪制程序流程圖

為了說明不同存儲器的使用方法，編寫單個發(fā)光二極管閃爍的控制程序，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)。

（二）編制匯編源程序

1、存儲于片內(nèi)ROM中的程序（EA接高電平）

（1）參考程序清單標號操作碼操作數(shù)指令意義（注釋）ORG0000H；偽指令，指明程序從0000H單元開始存放LJMPMAIN7；控制程序跳轉(zhuǎn)到“MAIN7”處執(zhí)行ORG0700HMAIN7:MOVA,#10；確定閃爍次數(shù)（5次）CLRP1.1；將P1.1引腳清零SS1:LCALLDELAY；調(diào)延時程序DECA；累加器內(nèi)容減1CPLP1.1；將P1.1狀態(tài)取反JNZSS1；判斷閃爍次數(shù)是否到，不到跳轉(zhuǎn)到SS1繼續(xù)執(zhí)行SJMP$；閃爍次數(shù)到，程序停止ORG0F00HDELAY:MOVR7,#10；延時程序同前標號操作碼操作數(shù)指令意義（注釋）………RETEND(2)程序執(zhí)行過程：

ORG 0000H LJMP MAIN7 ORG 0700HMAIN7: MOV A,#10 CLR P1.1SS1: LCALL DELAY DEC A CPL P1.1 JNZ SS1 SJMP $ ORG 0F00HDELAY: MOV R7,#10 ………RET END 2、存儲于片外ROM中的程序（EA接低電平）（1）參考程序清單標號操作碼操作數(shù)指令意義（注釋）ORG0000H；偽指令，指明程序從0000H單元開始存放LJMPMAIN7；控制程序跳轉(zhuǎn)到“MAIN7”處執(zhí)行ORG0100HMAIN7:MOVA,#0；將A清零CLRP1.1；將P1.1引腳清零SS2:LCALLDELAY；調(diào)延時程序CPLP1.1；將P1.1狀態(tài)