通過軟件操作來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的地址重疊

在80C31為控制核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往需要較大的外部RAM來存放數(shù)據(jù)。大家知道80C31是8位CPU，地址總線寬度為16位，其外部RAM，ROM可直接尋址范圍各為64k字節(jié)(0000H——FFFFH)。在80C31的工作過程中，ROM和外部RAM的地址是重疊使用的，但使用不同的控制信號(hào)和指令，而擴(kuò)展I/O口和外部RAM是統(tǒng)一編址的，它占用外部RAM的地址單元，并且使用外部RAM相同的讀寫控制信號(hào)和讀/寫指令。

　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往需要大容量的外部RAM，顯示器、A/D轉(zhuǎn)換、打印機(jī)等外部設(shè)備也必須進(jìn)行I/O擴(kuò)展。筆者在設(shè)計(jì)智能型聲級(jí)計(jì)的過程中，要求80C31擴(kuò)展外部RAM為64kB字節(jié)，擴(kuò)展I/O口采用82C55芯片，連接字符型LCD、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換輸入和打印機(jī)。并采用了軟件邏輯開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了64k字節(jié)的外部RAM和擴(kuò)展I/O口的地址重疊使用，充分利用80C31直接尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。電路如下圖所示。

80C31擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器(EPROM)27C64。80C31的P0口經(jīng)地址鎖存器74HC373提供低8位地址線，80C31的P2.0—P2.4為高5位地址線，共13根地址線(213=8k)。數(shù)據(jù)讀取由80C31的PSEN控制，使用MOVC指令，由于只擴(kuò)展一片EPROM，所以27C64的片選端CE接地。

　　80C31擴(kuò)展2片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256。62256是32kx8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器顯片，采用CMOS工藝制作，由單一電源+5V供電，它有15根地址線(215=32k)，其中低8位地址由80C31的P0口經(jīng)地址鎖存器74HC373提供。80C31的P2口的P2.0—P2.6地址線供應(yīng)高7位地址，P2.7線不經(jīng)反相器和經(jīng)反相器分別連接到62256(1)和62256(2)的片選端CE1上。當(dāng)P2.7=0時(shí)，62256(1)被選通，地址為0000H—7FFFH，這時(shí)P2.7為0，經(jīng)反相器使62256(2)的片選端CE1為高電平，62256(2)被禁止。當(dāng)P2.7=1，62256(1)的片選端CE1為高電平，62256(1)被禁止，經(jīng)74HC04反相，62256(2)的片選CE1為低電平，62256(2)被選通，地址為8000H—FFFFH，80C31擴(kuò)展外部RAM為64k字節(jié)(32KX2)。

　　為了滿足智能聲級(jí)計(jì)的工作要求，還需擴(kuò)展I/O口來連接A/D轉(zhuǎn)換輸入、鍵盤、顯示器和打印機(jī)。筆者采用了82C55芯片在可編程并行I/O口，其A口接MC14433雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片的并行輸出，編程為輸入方式，B口接打印機(jī)編程為輸出方式，C口接鍵盤P6.0—P6.3編程為輸入方式，作鍵盤輸入線。P6.4—P6.7編程為輸出方式，作掃描輸出線。顯示器采用DMC16230字符型LCD，其總線接80C31P0口數(shù)據(jù)總線，82C55的口地址選通端A0，A1(通過A0、A1的編程可分別選擇A口、B口、C口和控制口的寄存器)和LCD的RS端(低電平選擇指令寄存，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器)及R/W端(讀寫選擇)分別接到地址總線的低位地址線A0、A1，80C31的P1.0線，地址總線的A2線和62256的OE端(讀控制端)、WE端(寫控制端)，8255的片選端CS及LCD的片選端E接軟件邏輯開關(guān)。

　　軟件邏輯開關(guān)由邏輯元件組成，由軟件來控制，其工作原理是這樣的，當(dāng)程序設(shè)置80C31的P1.0=1時(shí)，接一個(gè)或門到82C55的片選端CS。CS=1，82C55被禁止(低電平選通)。P1.0口的信號(hào)經(jīng)兩個(gè)反相器和一個(gè)與非門接LCD的片選端E。使片選端E=0，LCD也被禁止(高電平選通)。P1.0=1的信號(hào)經(jīng)反相器為低電平，再經(jīng)兩個(gè)或門接62256的OE、WE端。這樣80C31的RD和WR的信號(hào)經(jīng)兩個(gè)或門就能分別控制62256的OE、WE端，正常地進(jìn)行讀寫操作，所以P1.0=1時(shí)禁止。82C55，LCD僅對(duì)62256進(jìn)行操作，而P1.0=0時(shí)，信號(hào)經(jīng)反相器為高電平，通過兩個(gè)或門分別使62256的OE、WE電平為高電平，從而禁止了80C31的RD和WE端對(duì)62256的讀寫操作(低位有效)，P1.0=0的信號(hào)對(duì)82C55或LCD的選擇還要看地址總線中A2的電平狀態(tài)。當(dāng)A2=1時(shí)，信號(hào)經(jīng)過反相器為低電平和P1.0時(shí)的信號(hào)，再經(jīng)過或門輸?shù)?2C55的CS 端為低電平，82C55被選通。這時(shí)A2=1和P1.0=0的信號(hào)經(jīng)反相器和與非門輸?shù)絃CD的E端為低電平，LCD被禁止。82C55的口地址為FFFCH—FFFFH。當(dāng)A2=0時(shí)，A2=0和P1.0=0的信號(hào)通過反相器和或門輸?shù)?2C55的CS端為高電平，82C55被禁止，這時(shí)，A2=0和P1.0=0的信號(hào)經(jīng)過反相和與非門輸?shù)絃CD的E端為高電平，LCD被選通，其地址為FFF8H—FFFFBH。通過以上的電路分析(邏輯關(guān)系如表1所示)可以清楚地看到，通過軟件邏輯開關(guān)用軟件操作對(duì)80C31的P1.0和地址線A2的選擇，有效地分別選通62256、82C55、或LCD，實(shí)現(xiàn)了它們之間的地址重疊使用，達(dá)到了80C31擴(kuò)展全部外部RAM直接尋址范圍的目的。