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[導(dǎo)讀]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題。

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,未被選中的芯片不能被訪問。二是在片選的基礎(chǔ)上再根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的地址碼來對選中的芯片的某一單元進(jìn)行訪問,稱為單元選擇。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)通過地址線一次發(fā)出的地址信號(hào)來完成選擇的。

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為低位地址線,其余的稱為高位地址線。

常用的存儲(chǔ)器地址空間分配方法有兩種:線性選擇法(簡稱線選法)和地址譯碼法(簡稱譯碼法),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,稱為全譯碼;若僅部分高位地址線參加譯碼,稱為部分譯碼。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,真值表見下表。由下表可見,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通過一個(gè)非門與74LS138譯碼器的Gl端連接起來,如下圖所示,就不會(huì)發(fā)生兩個(gè)32KB空間重疊的問題了。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,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)對單元的選擇,P2.6~P2.4通過74LS138譯碼器的譯碼實(shí)現(xiàn)對各存儲(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對其編程來代替譯碼器進(jìn)行非線性譯碼。

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