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51单片机存储器扩展问题

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2016-9-28 16:13:22 8430 单片机存储器

0 C语言因为函数指针获得了极强的动态性，因为你可以通过给函数指针赋值并动态改变其行为，我曾在单片机上写的一个小系统中，任务调度机制玩的就是函数指针。一.51的存储器从功能上来说可以分为程序存储器和数据存储器，至于到底能扩展多少存储空间，要看你扩展的是哪一类存储器。访问存储空间时，需要用到两个指针变量，为DPTR和PC。其中pc为程序计数器，指向下一条需要执行的指令的地址，DPTR为数据指针寄存器，这两个变量的长度都为16位，这是51单片机内部结构决定的，无法改变。所以这两个指针的寻址能力都为64K。这样看来，两类存储器的扩展能力都为 64K 。但是，如果你实际扩展过存储器，你就可以发现程序存储器的扩展能力并没有64K!!! 这是为什么呢? 这得从51单片机的存储空间的编址说起。这里仅作简单说明，具体可以看教科书。简单地说，内部程序存储器和外部程序存储器是一起编址的，它们分别占用64K地址的一部分，所以外部扩展时要减去内部的地址空间，当然小于64K啦。而数据存储器是内外部分别编址，内外部数据存储器用不同的指令进行访问，所以不用担心单片机会混淆内外部数据存储器，所以外部数据存储器扩展能力有64K。二.MCS-51单片机扩展系统中,片外程序存储器和片外数据存储器共处同一个地址空间,为什么不会发生总线冲突? 硬件上，控制信号不一样：片外程序存储器工作，要PSEN信号有效;片外数据存储器工作，要RD或WR信号有效; 软件上，寻址不一样，片外程序存储器工作，要用MOVC，片外数据存储器工作，要用MOVX; 虽然说他们的地址都是0000H~FFFFH，不会发生冲突的因为控制信号线的不同：外扩的RAM芯片既能读出又能写入，所以通常都有读写控制引脚，记为OE和WE。外扩RAM的读、写控制引脚分别与MCS-51的RD和WR引脚相连。外扩的EPROM在正常使用中只能读出，不能写入，故EPROM芯片没有写入控制引脚，只有读出引脚，记为OE，该引脚与MCS-51单片机的PSEN相连三.单片机中外接程序存储器和数据存储器公用16位地址线和8根数据线为什么不会起冲突建议你阅读一下单片机关于选通地址、传递数据方面的叙述。下面我简略的说一下大概过程，希望对你有所帮助。第一，单片机采用三总线结构传递数据。地址总线、数据总线、控制总线。传递数据的过程是先寻址，再传递数据。即先送一个地址信息(由微处理器向总线写一个地址信息)，由寄存器(也可能是程序存储器，也可能是数据存储器)根据这个地址，把微处理器要读取的数据写到总线上，微处理器再读取这个数据。整个过程由控制总线控制。所以每次读的数据是针对那个地址对应的寄存器操作的，不会发生混乱。写数据时一样，先寻址，再写数据，数据就写入刚才寻址时的地址对应的那个寄存器里去了。第二、程序存储器、数据存储器有不同的选通信号，在一个指令周期里，是不同的时间选通的，所以不会混乱。第三。选通的引脚不同。拿片外数据存储器来说，是P3的第6和第7引脚做选通信号，程序存储器是PSEN做选通信号，他们接在各自器件的选通引脚上，所以不会混乱。第四，指令不同。拿汇编指令来说。MOV是程序存储器传递数据用，MOVX是数据存储器传递数据用(对片外而言)。总之，记住三总线传递的方式，先寻址，再传数，由控制总线控制，这个模式，你就容易理解这个了。单片机的p2和p0分别传递地址的高八位和低八位。同时p0还传递数据。在时序信号的ALE高电平期间，锁定地址信息。/PSEN是选通程序存储器的。在/PSEN低电平期间是向程序存储器传递程序代码，/WR和/RD是选通数据存储器的，即在/WR和/RD(p3的六脚和七脚)低电平期间把数据传递给数据寄存器。而/PSEN和/WR及/RD是在不同时间变为低电平的，没有重叠的部分。也就是说，当/WR及/RD变成低电平时，/PSEN 已经恢复高电平了，由P0口传出的数据信息当然只会传到数据存储器里，因为程序存储器已经不再处于选通状态了!!从表面看，都是从p0口传出的，但因为选通器件的时间不同而不会发生混乱。当然我说的是片外程序存储器和数据存储器的的情况，其实对片内也一样，还是三总线的这种控制方式，使它们在不同的时间被选通，而不至于发生冲突。看看单片机的一个威廉希尔官方网站图。你会发现p0既跟74LS373连，又跟8155或8255或键盘或数模转换器等等连。而8155或8255或键盘或数模转换器等等对单片机而言是当做数据存储器处理的。74LS373连的多半是程序存储器。那么p0送出的信号不是两者都接受了吗?注意看ALE接 74LS373的G接口，锁存地址用，PSEN有时用有时不用。WR和RD接数据存储器的选通接口。因为WR和RD跟ALE的信号在时间上没有重叠部分，所以p0的信号不会被程序存储器和数据存储器同时收到。这是一个举例说明，具体情况要具体分析。四，51单片机，存储器分为数据存储器和程序储存器，其地址空间、存取指令、和控制信号各有一套， 51是冯-诺依曼结构哈弗结构说的是将程序存储器和数据存储器地址编码分开，因而有两种程序指令总线和数据指令总线。请注意这里说的是：地址编码分开。取指令和取数据可以同时进行。因为冯-诺依曼结构的数据线和指令线是分时复用的，在同一根线上，有时传送的是数据有时是指令，所以它取指令和取数据不能同时进行。你看mov，movx，movc，的功能，它告诉cpu什么时候取数据什么时候取指令。注意：数据和指令的区别! 又一种说法哈佛结构和冯.诺依曼结构都是一种存储器结构。哈佛结构是将指令存储器和数据存储器分开的一种存储器结构;而冯.诺依曼结构将指令存储器和数据存储器合在一起的存储器结构。哈佛结构是为了高速数据处理而采用的，因为可以同时读取指令和数据(分开存储的)。大大提高了数据吞吐率。缺点是结构复杂。通用微机指令和数据是混合存储的，结构上简单，成本低。假设是哈佛结构：你就得在电脑安装两块硬盘，一块装程序，一块装数据，内存装两根，一根储存指令，一根存储数据…… 是什么结构要看总线结构的。51单片机虽然数据指令存储区是分开的，但总线是分时复用得，所以顶多算改进型的哈佛结构，呵呵。ARM9虽然是哈佛德，但是之前的版本也还是冯诺结构。早期的X86能迅速占有市场，一条很重要的原因，正是靠了冯诺依曼这种实现简单，成本低的总线结构。楼上的兄弟有一点说的不确切，现在的处理器虽然外部总线上看是诺依曼结构的，但是由于内部CACHE的存在，因此实际上内部来看已经算是改进型哈佛结构的了。这个问题21ic上讨论翻了无数个帖子，没有什么定论，见仁见智。至于优缺点，呵呵，楼上的兄弟说的就比较的明白了。哈佛结构就是复杂，对外围设备的连接与处理要求高，十分不适合外围存储器的扩展。所以早期通用CPU难以采用这种结构。而单片机，由于内部集成了所需的存储器，所以采用哈佛结构也未尝不可。现在的处理器，依托CACHE的存在，已经很好的将二者统一起来了。很多入门的书上基本上都说：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成的系统都叫冯氏结构。也有的说：“程序存储器的数据线地址线”与“数据存储器的数据线地址线”共用的话，就是冯氏结构，所以51是该结构。(我认为说得太绝对了) 我认为冯氏结构与哈佛结构的区别应该在存储器的空间分别上，哈佛结构的数据区和代码区是分开的，它们即使地址相同，但空间也是不同的，主要表现在数据不能够当作代码来运行。口线复用，就将它认为成冯氏结构，我认为这样不足取，应该是按照空间是否完全重合来辨别。比如PC机的代码空间和数据空间是同一空间，所以是冯氏结构;51由于IO口不够，但代码空间和数据空间是分开的，所以还是哈佛结构。另外，还有的把CISC RISC 和地址是否复用，是哪种结构这3这都混到一起。我认为这三者都没有必然的关系。只不过 RISC因为精简了指令集，没有了执行复杂功能的指令，为了提高性能，常采用哈佛结构，并且不复用地址线。 1
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