基于AT89S51的存儲(chǔ)器地址空間分配

在實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往既需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，又需要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(I/O接口芯片中的寄存器也作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一部分)，如何把片外的兩個(gè)64KB地址空間分配給各個(gè)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片，并且使程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的各芯片之間，一個(gè)存儲(chǔ)器單元只對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，避免單片機(jī)發(fā)出一個(gè)地址時(shí)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)單元，而發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。這就是存儲(chǔ)器的地址空間的分配問(wèn)題。

AT89S51單片機(jī)發(fā)出的地址碼用于選擇某個(gè)存儲(chǔ)器單元，在外擴(kuò)的多片存儲(chǔ)器芯片中，AT89S51單片機(jī)要完成這種功能，必須進(jìn)行兩種選擇：一是必須選中該存儲(chǔ)器芯片，稱(chēng)為片選。只有被選中的存儲(chǔ)器芯片才能被AT89S51單片機(jī)訪問(wèn)，未被選中的芯片不能被訪問(wèn)。二是在片選的基礎(chǔ)上再根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的地址碼來(lái)對(duì)選中的芯片的某一單元進(jìn)行訪問(wèn)，稱(chēng)為單元選擇。為了實(shí)現(xiàn)片選，每個(gè)存儲(chǔ)器芯片都有片選信號(hào)引腳。同時(shí)每個(gè)存儲(chǔ)器芯片也都有多個(gè)地址線引腳，以便對(duì)其進(jìn)行單元的選擇。需要注意的是，片選和單元選擇都是單片機(jī)通過(guò)地址線一次發(fā)出的地址信號(hào)來(lái)完成選擇的。

通常把單片機(jī)系統(tǒng)的地址線籠統(tǒng)地分為低位地址線和高位地址線，片選都是使用高位地址線。實(shí)際上，在16條地址線中，高、低位地址線的數(shù)目并不是固定的，我們只是習(xí)慣上把用于存儲(chǔ)器單元選擇的地址線稱(chēng)為低位地址線，其余的稱(chēng)為高位地址線。

常用的存儲(chǔ)器地址空間分配方法有兩種：線性選擇法(簡(jiǎn)稱(chēng)線選法)和地址譯碼法(簡(jiǎn)稱(chēng)譯碼法)，下面分別介紹。

1.線選法

線選法是直接利用系統(tǒng)的某一高位地址線作為存儲(chǔ)器芯片(或I/O接口芯片)的片選控制信號(hào)。為此，只需要把用到的高位地址線與存儲(chǔ)器芯片的片選端直接連接即可。

線選法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，不需要另外增加地址譯碼器硬件電路，體積小，成本低。缺點(diǎn)是可尋址的芯片數(shù)目受到限制。另外，地址空間不連續(xù)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址不唯一，這會(huì)給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)一些不便，只適用于外擴(kuò)芯片數(shù)目不多的單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。

2.譯碼法

譯碼法就是使用譯碼器對(duì)AT89S51單片機(jī)的高位地址進(jìn)行譯碼，將譯碼器的譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。這種方法能夠有效地利用存儲(chǔ)器空間，適用于多芯片的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。

常用的譯碼器芯片有74LS138(3線-8線譯碼器)、74LS139(雙2線-4線譯碼器)和74LS154(4線-16線譯碼器)。若全部高位地址線都參加譯碼，稱(chēng)為全譯碼;若僅部分高位地址線參加譯碼，稱(chēng)為部分譯碼。部分譯碼存在著部分存儲(chǔ)器地址空間相重疊的情況。

下面介紹兩種常用的譯碼器芯片。

(1) 74LS138 是一種3線-8線譯碼器，有3個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生8種狀態(tài)。

其引腳如右圖所示，真值表見(jiàn)下表。由下表可見(jiàn)，當(dāng)譯碼器的輸入為某一固定編碼時(shí)，其輸出僅有一個(gè)固定的引腳輸出為低電平，其余的引腳輸出為高電平。而輸出為低電平的引腳就作為某一存儲(chǔ)器芯片的片選端的控制信號(hào)。

表 74LS138真值表

(2) 74LS139 是一種雙2線-4線譯碼器。這兩個(gè)譯碼器完全獨(dú)立，分別有各自的數(shù)據(jù)輸入端、譯碼狀態(tài)輸出端以及數(shù)據(jù)輸入允許端，其引腳如左圖所示，

真值表見(jiàn)下表(只給出其中的一組)。

表 74LS139真值表

下面以74LS138為例介紹如何進(jìn)行地址分配。例如，要擴(kuò)展8片8KB的RAM 6264，如何通過(guò)74LS138把64KB空間分配給各個(gè)芯片?由上表可知，把Gl接+5V，G2A、G2B(的反)接地，P2.7、P2.6、P2.5(高3位地址線)分別接到74LS138的C、B、A端，由于對(duì)高3位地址譯碼，這樣譯碼器有8個(gè)輸出YO～Y7，分別接到8片6264的各個(gè)片選端，實(shí)現(xiàn)8選1的片選。而低1 3位地址( P2.4～P2.0，PO.7～PO.0)完成對(duì)選中的6264芯片中的各個(gè)存儲(chǔ)單元的單元選擇。這樣就把64KB存儲(chǔ)器空間分成8個(gè)8KB空間了。64KB地址空間的分配如下圖所示。

這里采用的是全地址譯碼方式。因此，AT89S51單片機(jī)發(fā)出16位地址碼時(shí)，每次只能選中某一芯片以及該芯片的一個(gè)存儲(chǔ)單元。

如何用74LS138把64KB空間全部劃分為4KB的塊呢?由于4KB空間需要12條地址線進(jìn)行單元選擇，而譯碼器的輸入只有3條地址線(P2.6～P2.4)，P2.7沒(méi)有參加譯碼，P2.7發(fā)出的O或1決定了選擇64KB存儲(chǔ)器空間的前32KB還是后32KB，由于P2.7沒(méi)有參加譯碼，就不是全譯碼方式，這樣前后兩個(gè)32KB空間就重疊了。那么，這32KB空間利用74LS138譯碼器可劃分為8個(gè)4KB空間。如果把P2.7通過(guò)一個(gè)非門(mén)與74LS138譯碼器的Gl端連接起來(lái)，如下圖所示，就不會(huì)發(fā)生兩個(gè)32KB空間重疊的問(wèn)題了。這時(shí)，選中的是64KB空間的前32KB空間，地址范圍為OOOOH～7FFFH。如果去掉上圖中的非門(mén)，地址范圍為8000H～FFFFH。把譯碼器的輸出連到各個(gè)4KB存儲(chǔ)器的片選端，這樣就把32KB的空間劃分為8個(gè)4KB空間。P2.3～P2.0，P0.7～PO.O實(shí)現(xiàn)對(duì)單元的選擇，P2.6～P2.4通過(guò)74LS138譯碼器的譯碼實(shí)現(xiàn)對(duì)各存儲(chǔ)器芯片的片選。

采用譯碼器劃分的地址空間塊都是相等的，如果將地址空間塊劃分為不等的塊，可采用可編程邏輯器件FPGA對(duì)其編程來(lái)代替譯碼器進(jìn)行非線性譯碼。