增强型51单片机扩展方式

文/Edward

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大家是否思考过一个问题，为什么现在的51单片机在做宣传的时候，不外乎都是称作为“增强型51单片机”？与传统的51单片机相比，究竟哪些地方得到了扩展？

在回答这个问题之前，我们先来看一下本书的主角——STC8A8K64S4A12。图1是传统51单片机和STC8A8K64S4A12增强型51单片机的资源对比图。

图1 传统MCS-51单片机和增强型51单片机的资源对比图

通过图1的资源对比图我们可以发现，就STC8A8K64S4A12这个增强型51单片机而言，它相比于传统的51单片机主要在以下几个方面做了提升：

• 增大了数据存储器SRAM；

• 增大了程序存储器FlashROM；

• 扩大了供电电压的范围；

• 增加了机器周期可配置功能，从而避免了外部晶振12分频的问题；

• 增加了一系列外设。

接着，我们具体来看，这些功能到底是如何实现的。

 1  内部数据存储器SRAM的增强

单片机要想扩充资源，首先需要做的就是内存的扩展。因为控制这些扩展资源的寄存器，都需要内存地址的依托。另外，传统的51单片机的内存最大只有256字节，我们在开发程序时，用户所定义的变量都存放在这个内存里面，其中还包括了位寻址区，特殊功能寄存器区等我们无法使用的空间，早期的单片机应用，如控制一个开关，处理一个串口命令这些功能还够用，但是随着我们的应用越来越复杂，这么少的内存真是“巧妇难为无米之炊”。因此，内存的扩展非常必要。

增强型51单片机的内存扩展，还有一个无法改变的是传统51单片的内存排列，图2列举的MCS-51单片机内部256字节RAM存储分布，因为这个存储分布是和整个51单片机架构息息相关的，无法对其有任何撼动。

图2 传统51单片机的内存排列

增强型51单片机的内存扩展，和传统8051单片机访问外部扩展RAM的方法相同，唯一区别是，传统的51单片在内存扩展之后，P0口和P2口将无法使用，但是增强型51单片机则仍然保留着这两个口的正常功能。由于增强型单片机扩展出来的内存是属于外部存储器扩展，因此如果你对于变量存储的空间有需求，则在编程时需要显示地指明这些变量的存储位置。如果使用汇编语言，则需要使用“MOVX”指令。如果使用C语言，则需要使用“xdata”关键词进行指定，不过为了C语言的可移植性，对于使用这种非标准C语言的关键词，我还是持保留态度。

 2  内部程序存储器FlashROM的增强

内部程序存储器的扩展方式，也和传统51单片机外部程序存储器的扩展方式类似。但是STC8系列封装管脚为40及以上的单片机，具有扩展64KB外部数据存储器的能力。访问外部数据存储器期间，WR/RD，ALE信号要有效。

除此之外，在内部程序存储器被扩大之后，一般增强型51单片机都会在一些特定地址的ROM和RAM之中，存入一些特定的产品信息。图3是STC系列单片机中所保留的一些特定信息。

图3 STC系列单片机中所保留的一些特定信息

 3  外设如何扩展

传统的51单片机用于控制外设的寄存器地址都是排放在内部RAM的128字节特殊功能寄存器区。这段特殊功能寄存器地址区，传统的8051单片机已经用了一部分用于控制其资源，传统8051单片机特殊功能寄存器区的使用如图4所示。

图4 传统8051单片机的特殊功能寄存器使用

传统的51单片机一共用了21个特殊功能寄存器地址。为了保持与传统8051单片机的兼容，这段特殊功能寄存器原有的资源分配不能改变。因此，使用剩余的107个特殊功能寄存器地址，是外设寄存器扩展的一个途径。如图5所示，STC8数据手册上面列出了STC8的特殊功能寄存器列表。

图5 STC8数据手册列出的特殊功能寄存器列表（1）

图5 STC8数据手册列出的特殊功能寄存器列表（续1）

图5 STC8数据手册列出的特殊功能寄存器列表（续2）

然而，随着外设资源的不断增加，越来越多的外设寄存器需要被编码，原本128字节的特殊功能寄存器区已经用完，想要再扩充资源，只能将这些特殊功能寄存器存放在内部扩展的RAM上面。如图6所示。

图6 内部数据存储器排放的特殊功能寄存器

图6 内部数据存储器排放的特殊功能寄存器（续）