MCS~51單片機對數(shù)據(jù)存儲器的擴展通常采用數(shù)據(jù)總線和地址總線，即P0 13和P2 13來完成，最大尋址空間可達64KB.隨著單片機應用領域的推廣和不斷擴大，特別是在GPS數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)故障錄波。瞬態(tài)過程研究以及智能家居測控系統(tǒng)等應用領域，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和圖像信息遠大于51單片機的尋址空間，甚至達到幾MB.傳統(tǒng)的單片機擴展板一般采用小容量的數(shù)據(jù)存儲器，如32KB的62256芯片來完成數(shù)據(jù)存儲空間的擴展。以51單片機為應用平臺，擴展了3片62256，達到了96KB的存儲空間，屬于經(jīng)典的擴展方案，但即使3-8譯碼器全譯碼，其存儲空間也只能達到256KB，不能滿足大型應用系統(tǒng)的指標要求。Flash存儲器是20世紀80年代末逐漸發(fā)展起來的一種新型的半導體不揮發(fā)存儲器，它兼有RAM和ROM的特點，既可在線擦除。改寫，又能在掉電后保持數(shù)據(jù)不丟失。

F29C51004是5V CMOS Flash存儲器，由SyncMOS公司生產(chǎn)，與其他種類的Flash存儲器相比具有隨機讀取速度快。可單字編程。可靠性高等特點，在嵌入式開發(fā)系統(tǒng)中舉足輕重。以往的數(shù)據(jù)存儲器擴展板常借助單片機的P1做片選，使得I/O El被大量占用，不利于系統(tǒng)的升級和可持續(xù)利用。文獻［2J提出了一種新穎的的大容量數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法，拿出地址為OFFFFH的存儲單元作為片選地址寄存器，然后通過該寄存器的數(shù)據(jù)來譯碼，對Flash芯片進行片選。本文的基礎之上做出了改進，既保留了其不占用任何I/O的優(yōu)點，又達到了擴展更大容量數(shù)據(jù)存儲空間的目的。以MCS-51單片機和大容量Flash芯片F(xiàn)29C51004為例，設計了8MB的數(shù)據(jù)存儲器擴展板。

1 擴展板硬件電路設計

硬件電路設計的難點是如何進行存儲芯片的片選，而又不占用；/O以及F29C51004與單片機地址線連接的問題。單片機的地址總線總共有16根，而F29C51004的存儲容量已經(jīng)超出了單片機的尋址范圍，其19根地址線無法全部連接至單片機的地址總線上。數(shù)據(jù)存儲器的擴展常利用單片機閑置的P1日I/0線來作為頁面地址輸出引腳，但在實際的應用中，P1 El常被大量占用。為了解決這個問題，可將頁面地址提前從數(shù)據(jù)總線中輸出并存放在鎖存器中備用。將鎖存器直接掛在數(shù)據(jù)總線上，并為其安排一個I/O地址，構成頁面寄存器。在訪問儲器時，提前將頁面地址作為數(shù)據(jù)寫入頁面寄存器中。

F29C51004的儲存容量A4為512KB，其外部引腳分布圖=如圖1所示。其中A0-A18為19根地址線，I/00一I/07為數(shù)據(jù)線，CE為讀信號，WE為寫信號。

設計8MB的數(shù)據(jù)存儲器擴展板需要16片F(xiàn)29C51004.為了方便單片機尋址，可將512KB的存儲空間分為16頁，每頁大小為32KB.由16=24，32KB=215B可知，頁面地址需要4位，頁內偏移量需要15位。通過軟件編程將頁面地址提前輸出到鎖存器74LS373-3中，由鎖存器將頁面地址保持在F29C51004的地址引腳A15~A18上。頁內偏移量可由存儲器芯片的讀寫命令給出。P0輸出的低八位地址在鎖存器74LS373-2中保持，P2的引腳P2.0~P2.6輸出地址A8一A14，P2.7和單片機的寫信號WR作鎖存器74LS373-3的片選信號，剩余的地址線A15顯然無法對16片F(xiàn)29c51004進行片選。參照文獻［2］提出的方法，即用0FFFFH對應的存儲單元來存放片選地址，再用2片8輸入與非門74LS30和1片2輸入或非f1 74LS02來產(chǎn)生地址為0FFFFH時對鎖存器74LS373-1的片選信號，如圖2（a）所示。對圖2a做出了改進。考慮到對鎖存器74LS373-1的片選還要來自單片機引腳WR或ALE的控制，在兩片74LS30和一片74LS02之間添加了一片2輸人或f1 74F32，組成新的片選電路，如圖2（b）所示：

圖2（b）中，兩片74LS30的輸入端接51單片機的16根地址線A0~A15，鎖存器74LS373-1的數(shù)據(jù)輸入端D0-D7接單片機的P0.當單片機輸出的地址為0FFFFH時，74F32輸出低電平0，單片機寫信號四耳在低電平時有效，74LS02輸出高電平1，使能鎖存器74LS373-1，然后將P0 El輸出的片選地址鎖存到74LS373-1中。

圖2b中的鎖存器74LS373-1的輸出端連接著4-16譯碼器74LSl54的輸入端，組成了擴展板內的譯碼電路，如圖3所示。

4-16譯碼器74LSl54的工作原理與3-8譯碼器類似，有4個輸入端和16個輸出端。鎖存器74LS373-1輸出端QO~Q3的值決定著74LSl54對存儲器芯片的選擇。圖3中，74LS373-1的Q0-Q3依次與74LSl54的輸人端ABCD相連接，74LSl54的輸出端YO~丫15則依次與16片F(xiàn)29C51004的片選端eE相連。

通過對地址為0FFFFH的存儲單元寫人數(shù)據(jù)（0-15）來選擇16片F(xiàn)29C51004中其中的某一片，然后進行數(shù)據(jù)的讀寫及存儲。

8MB數(shù)據(jù)存儲器擴展板的整體電路圖如圖4所示。

2軟件設計

軟件編程中，對RAM的讀寫指令比較簡單，通過MOV指令對RAM讀取或送入數(shù)據(jù)即可。軟件設計的任務主要包括單片機對存儲器芯片的選擇。訪問鎖存器74LS373-1.訪問存儲器F29C51004的存儲單元和分頁存儲空間的程序設計。以上的程序設計測試代碼分別如下：

3設計分析

本文設計的單片機數(shù)據(jù)存儲器擴展板主要使用的擴展方法是向鎖存器里存放數(shù)據(jù)存儲器片選地址和存儲單元塊選地址。

為了擴展數(shù)據(jù)容量達8MB的數(shù)據(jù)存儲器，采用了16片容量為512KB的Flash芯片F(xiàn)29C51004.鎖存器的片選地址范圍是00H-FFH，在圖4所示的擴展板整體電路里鎖存器74LS373-1和74LS373-3均只使用了四個輸出端Q0~Q3.只要選取了適當?shù)淖g碼器和Flash芯片，本文設計的擴展系統(tǒng)最大可達到256x8MB，即2GB的存儲容量，能夠滿足大多數(shù)嵌入式。數(shù)據(jù)采集等應用系統(tǒng)的性能要求。

4結束語

本文的大容量數(shù)據(jù)存儲器擴展板，其存儲容量達到了8MB，而且未占用任何一個I/O.在擴展了大容量存儲空間的同時節(jié)省了單片機的資源，使得該擴展系統(tǒng)易于升級和再研發(fā)。該擴展板不僅適用于小型公司的門禁系統(tǒng)，如指紋考勤系統(tǒng)等，還適用于衛(wèi)星遠程圖像采集等信息量需求較大的場合。