简介：介绍一种采用分页式管理思想，在不增加地址线的前提下，将AT89C51单片机程序存储器进行超大规模扩展的方法；给出在超大规模程序存储空间中执行顺序程序，执行长跳转、子程序长调用或中断服务时的通用编程模式。

1 扩展方法

1.1 扩展思想

AT89系列单片机对程序存储器的基本寻址能力最大为64 KB。若要进行超大规模的存储空间扩展，最直接的方法是增加地址线（每增加1条，存储空间扩大1倍）；但是由于单片机的I/O资源有限，靠增加地址线来扩展存储空间，势必会削弱单片机的I/O功能。下面以AT89C51单片机为例，介绍一种在不增加地址线的前提下，通过向单片机的内部Flash存储器写入几条简单的转换指令，来实现程序存储器大规模扩展的方法。基本思想是：采用分页式管理思想，将AT89C51内部4 KB的Flash存储器视为页表空间，将要扩展的超大规模程序存储器按60 KB为一个页面分成若干个页。当要执行某一页面中的程序段时，首先运行页表（内部Flash存储器）中的页面选择指令来选通相应的页，然后转去执行页中的程序段。该程序段执行完，程序返回到页表。

1.2 扩展系统硬件电路说明

采用线选法扩展8页程序存储器的硬件逻辑电路如图1所示。74LS373是8位地址锁存器，用于锁存的地址/数据复用口P0送出的低8位地址。外部扩展的超大规模存储空间为480 KB，以60 KB为1页被分成了8页，页面地址锁存/缓冲器由2个8位的上升沿锁存器74LS273（1）和74LS273（2）组成，它们共用同一地址FFFFH（注意：读/写外部RAM时，禁止使用该地址）。

图1中，各片27512的页面地址通过执行内部Flash存储器中的页面选择指令“MOVX ＠DPTR，A”产生（累加器A中存放页面地址）。当执行指令“MOVX ＠DPTR，A”时，P0口先送低8位地址到地址锁存器74LS273（1）中。

只有当低8位地址为FFH时，与门U1才输出1；同样，只有当P2口送出的高8位地址为FFH时，与门U2才输出1。也就是说，只有写外部RAM的为FFFFH时，与门U3才被打开，而写外部RAM的其余地址单元时U3被关闭。当与门U3被打开时，U3的输出随AT89C51的WR引脚信号的变化而变化。P0口送出低8位地址后，WR由1变为0，U3输出也由1变为0，接着从P0口送出页面地址至74LS273（1）；当WR由0变为1时，U3输出也由0变为1，上升沿将P0口送出的页面地址锁存到74LS273（1）中。如果累加器A中的数据为FEH，则74LS273的输出端Q0＝0、Q1~7=1，这时与Q0端相连的27512芯片被选通；如果累加器A中的数据为FDH，则与Q1端相连的27512被选通。依此类推，通过改变页面选择指令里累加器A中的数据，便可任意选通一片27512。可见，1#～8#存储器页的页面地址依次为FEH、FDH、FBH、F7H、EFH、DFH、BFH、7EH。

当前存储器芯片的页面地址可以通过读页面地址锁存/缓冲器得到。由图1可知，当执行读存储器页面地址指令“MOVXA，＠DPTR”时，P0口先送低8位地址到地址锁存器74LS273（1）中，只有当它为FFH时，与门U1才输出1；同样，只有当P2口送出的高8位地址为FFH时，与门U2才输出1。也就是说，只有读外部RAM的地址为FFFFH时，与门U4才被打开，而读外部RAM的其余地址单元时U4被关闭。当与门U4被打开时，U4的输出随AT89C51的RD引脚信号的变化而变化。P0口送出低8位地址后，RD由1变为0，U4输出也由1变为0；当RD由0变为1时，U4输出也由0变为1，上升沿将当前页面地址（原来锁存在74LS273（1）中的页面地址，或FEH、或FDH、或FBH、或F7H、或EFH、或DFH、或BFH、或7EH）从缓冲器74LS273（2）中读出。

2 超大规模扩展程序存储器的使用

2.1 顺序程序的存储和执行

假如现在有一较大的顺序程序，可以将其分段依次写入图1中的8个页（1#~8# EPROM 27512）内，且将每个页中的程序段视为子程序处理，设各子程序首址依次为FIRROM、SECROM、THIROM、FOVROM、FIFROM、SIXROM、SEVROM、EIGROM，并在每个程序段末尾加一条返回指令RET。同时在AT89C51内部Flash存储器中写入如下的程序存储页转换程序段，便可连续执行8个页（1#~8#外部EPROM 27512）中的程序了。

ORG0000H

LJMPCALTAB

……

ORGCALTAB

CALFIR：MOVDPTR，＃FFFFH；取74LS273的地址到DPTR

MOVA，＃FEH；1＃ 27512选通信号数据送A

MOVX＠DPTR，A；选通1#27512芯片

LCALLFIRROM；去执行1＃ 27512中程序段

……

CALEIG：MOVDPTR，＃FFFFH；选通8＃27512芯片

MOVA，＃7FH

MOVX＠DPTR，A

LCALLEIGROM；去执行8＃27512中程序段

SJMP＄

在执行某一页外扩程序存储区中的程序前，系统先运行内部Flash存储器中对应页面选择程序段来选通相应的页。如执行第1页（1＃ 27512）中的程序前，先运行CALFIR程序段，然后转去执行第1页（1＃ 27512）中的程序。执行完该页中的程序段后，通过页尾的返回指令RET，地址指针PC回指到内部Flash存储器中“LCALLFIRROM”指令的下一条指令，接着再运行内部Flash存储器中的SECROM段程序，于是又选通了第2页（2＃ 27512）程序存储区，并转去执行其中的程序段。依此类推，便可顺序执行完8个页面（1＃～8＃27512）中的所有程序。

2.2 大规模程序的存储和使用

无论多么复杂的程序从整体上仍然可以看成是顺序程序，因此一个包含分支、子程序调用、中断服务的大规模程序，仍然要按顺序程序的存储方法进行存储和处理。问题在于如何实现程序的页间长跳转、页间子程序长调用和页间中断子程序自动调用。下面给出一种通用方法。

（1） 对内部Flash存储器的编程

在内部Flash存储器中，除写入上述存储器页面选择信号的产生程序外，还要写入页间跳转、一般子程序页间调用以及中断子程序页间调用的公共引导程序。其模式如下：

JORCPROG：MOVDPTR，＃FFFFH

POPACC

MOVX＠DPTR，A

RET

（2)程序页间跳转的实现

设系统在执行当前存储器页内程序时，需转去执行其他存储器页（也可在当前页内）中标号为JTOADDR的程序段。在具体编程时，需要在当前页内利用下面程序段来实现页间跳转的引导：

PJMP： MOVDPTR，＃JTOADDR；目标地址

PUSHDPL；入栈

PUSHDPH

MOVA，#JMPPAGE；目标程序所在页面地址

PUSHACC

LJMPJORCPROG；执行公共转换程序

（3） 一般子程序页间调用的实现

设系统在执行当前存储器页内程序时，需要调用其他存储器页（也可是前页）内标号为CALADDR的子程序。在当前页内需要用以下程序段完成页间调用的引导：

PCALL：MOVDPTR，＃OWNADDR ；断点地址入栈

PUSHDPL

PUSHDPH

MOVDPTR，＃FFFFH

MOVA，＠DPTR；读当前存储器页面地址

PUSHACC；页面地址入栈

MOVDPTR，＃FORCPROG；公共转换程序地址

PUSHDPL

PUSHDPH

MOVDPTR，＃CALADDR；被调子程序地址

PUSHDPL；地址入栈

PUSHDPH

MOVA，＃CALPAGE；被调用子程序所在页面地址

PUSHACC

LJMPJOTCPTOG；执行公共转换程序返回断点

OWNADDR：……；断点

（4） 中断子程序页间调用的实现

AT89系列单片机的中断调用，实质是机器自动执行的一次硬件长调用，等同于执行“LCALLaddr16”。与一般子程序长调用不同的是，这里的“addr16”是系统约定的，即中断入口地址。因此在超大规模程序存储器中，当所要执行的中断服务程序和断点不在同一存储器页（也可在同页）时，中断响应后也要通过执行相应页面转换操作，才能完成正确调用和准确返回。但是，由于中断请求何时产生完全取决于中断源的状态，在执行程序时无法预测，所以为保证有效的中断请求都能及时得到响应，中断调用引导程序也写在内部Flash存储器中。

下面以外部中断0（INT0）为例，给出引导程序的模式。设外部中断0被响应后，需调用标号为INT0ADDR的中断服务程序。该中断服务程序所在的存储器页地址为INT0PAGE，引导程序模式如下：

ORG0003H

LJMPINT0PROG

ORG002BH

INT0PROG：MOVDPTR，＃FFFFH

MOVXA，＠DPTR；读当前存储器页面地址

PUSHACC；页面地址入栈

MOVDPTR，＃JORCPROG

PUSHDPL

PUSHDPH

MOVDPTR，＃INT0ADDR

PUSHDPL

PUSHDPH

MOVA，＃INT0PAGE

PUSHACC

LJMPJORCPROG

其他中断的引导程序与此相仿，不再重述。

在软件编程中使用的CALPAGE、INT0PAGE等标号，是某一页的页面地址，具体编程时是存储器页面地址FEH、FDH、FBH、F7H、EFH、DFH、BFH、7EH中的一个。

结语

以上论述了AT89C51单片机程序存储器超大规模扩展方法，以及在大规模程序空间实现程序跳转、子程序调用和中断响应的通用编程模式。这种程序跳转、子程序调用和中断响应的通用编程模式，也适用于同一存储器页（64 KB）内的程序跳转、子程序调用和中断响应；但由于引导转换过程需要占用一定的时间，所以在实时性要求较高的系统中，若能够确定是在同一页内，则应采取单一指令的方法。

对于其他系列的单片机，如MCS51系列等，只要含有内部程序存储器，均可采取上述方法实现程序存储器超大规模扩展和灵活使用；对于不含内部程序存储器的单片机，或虽然含内部程序存储器，但用户不能对其编程的单片机，如8051等，可以单独外扩一个存储区作为页表存储器。