MCS~51單片機對數據存儲器的擴展通常采用數據總線和地址總線，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數據采集和傳輸。電力系統故障錄波。瞬態過程研究以及智能家居測控系統等應用領域，需要傳輸的數據和圖像信息遠大于51單片機的尋址空間，甚至達到幾MB.傳統的單片機擴展板一般采用小容量的數據存儲器，如32KB的62256芯片來完成數據存儲空間的擴展。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的指標要求。Flash存儲器是20世紀80年代末逐漸發展起來的一種新型的半導體不揮發存儲器，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據不丟失。

F29C51004是5V CMOS Flash存儲器，由SyncMOS公司生產，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，在嵌入式開發系統中舉足輕重。以往的數據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，不利于系統的升級和可持續利用。文獻［2J提出了一種新穎的的大容量數據存儲器的擴展方法，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據來譯碼，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的優點，又達到了擴展更大容量數據存儲空間的目的。以MCS-51單片機和大容量Flash芯片F29C51004為例，設計了8MB的數據存儲器擴展板。

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。數據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據總線中輸出并存放在鎖存器中備用。將鎖存器直接掛在數據總線上，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據寫入頁面寄存器中。

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為數據線，CE為讀信號，WE為寫信號。

設計8MB的數據存儲器擴展板需要16片F29C51004.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F29c51004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的數據輸入端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F29C51004的片選端eE相連。

通過對地址為0FFFFH的存儲單元寫人數據（0-15）來選擇16片F29C51004中其中的某一片，然后進行數據的讀寫及存儲。

8MB數據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讀取或送入數據即可。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據存儲器擴展板主要使用的擴展方法是向鎖存器里存放數據存儲器片選地址和存儲單元塊選地址。

為了擴展數據容量達8MB的數據存儲器，采用了16片容量為512KB的Flash芯片F29C51004.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.只要選取了適當的譯碼器和Flash芯片，本文設計的擴展系統最大可達到256x8MB，即2GB的存儲容量，能夠滿足大多數嵌入式。數據采集等應用系統的性能要求。

4結束語

本文的大容量數據存儲器擴展板，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省了單片機的資源，使得該擴展系統易于升級和再研發。該擴展板不僅適用于小型公司的門禁系統，如指紋考勤系統等，還適用于衛星遠程圖像采集等信息量需求較大的場合。