C8051与SRAM的高速接口

    摘要：C8051是美国Cygnal公司生产的、与标准51兼容的高速单片机，速度高达25 MIPS，但它扩展外部SRAM的方式与标准51单片机不同。单片机访问外部存储器的速度直接影响系统的性能。本文介绍两种提高C8051访问外部存储器速度的接口方法，其速度均超过现有文献所给出的接口方法。

    关键词：单片机 SRAM C8051 接口方法

C8051系列单片机没有与标准的51单片机那样的数据总线（RD、WR、ALE）等，只能采用通用I/O口模拟总线方式访问外部存储器。因此，C8051访问一次外部存储器需要几十条指令。即便这样，由于C8051的绝大多数指令的执行只需一个机器（振荡）周期，在同样的时钟下与标准的51单片机相当。例如，20MHz的时钟下，在文献[2]给出的SRAM接口方式中，C8051读或写1个字节需要1.7μs，这就是说可以达到的最大传输率为588KB/s。相比之下，标准51读或写1个字节需要1.2μs。为了充分发挥C8051的能力，本文介绍两种提高访问外部SRAM速度的接口方法。

1 扩展外部SRAM的高速接口电路之一

图1所示电路可提高访问外部SRAM的速度。该电路充分利用C8051系列口线多的优势，避免采用端口复用的费时方法。采用该接口电路的读和写周期的时序波形分别修改为如图2和图3所示。为节省篇幅，这里略去初始化部分（初始化数字交叉开关和设置端口）的程序，直接给出读、写程序。

SRAM_Read：

MOV P2，DPH ；输出外部地址A15..A8

MOV P3，DPL ；输出外部地址A7..A0

ANL P1，#0b7h ；选择SRAM，发出读选通

MOV A，P0 ；读数据

ORL P1，#48h ；使读选通和SRAM片选无效

RET

同样，完成写1个字节到外部SRAM的操作共需15字节、19个周期，需要0.95μs（包括执行RET指令的0.25μs）。

2 扩展外部SRAM的高速接口电路之二

图4给出了C8051扩展外部SRAM的接口电路，图5和图6分别给出了C8051访问（读或写）外部存储器的时序图。

由图4可以看出，此外部扩展RAM的高速接口电路的改进为：①高、低位地址都由P2口提供，而不是由P3口分时复用地提供低位地址和数据（总线）。这样，可以节省每次读写都要改变P3口的设置而消耗的时间。②尽可能地把控制信号同步给出，特别是在读外部数据存储器时，同时给出CS、ALE和WR信号，可以节省1～2个指令周期的时间。

为方便起见，下面根据图4的接口电路，给出常量和声明：

DATA1 EQU P3 ；数据端口引脚（AD7..0）

DATACF EQU PRT3CF ；端口配置寄存器对数据

ADDR EQU P2 ；地址端口引脚（A15..8）

ADDRCF EQU PRT2CF ；端口配置寄存器对地址

A16 EQU P1.5 ；最高地址位（地址块选择）

RD EQU P1.4 ；读选通（低电平有效）

WR EQU P1.3 ；写选通（低电平有效）

ALE EQU P1.2 ；地址锁存信号（低电平有效）

CS EQU P1.1 ；SRAM片选信号（低电平有效）

下面为主程序中与访问外部SRAM有关的部分（初始化数字交叉开关和端口、数据指针等）：

ORG 0B3H

；禁止看门狗定时器，中断尚未被允许。如果中

；断被允许，应用确禁止中断，以保证下面的两

；条指令能在4个时钟周期内执行完

Main：

MOV WDTCN，#0DEH

MOV WDTCN，#0ADH

；设置交叉开关

MOV XBR2，#40h ;弱上拉允许交叉开关

LCALL SRAM_Init ;初始化SRAM

MOV R0，#0ffh

MOV DPH，#00h ;初始化16位地址

MOV DPL，#00h

MOV A，R0 ；装写入值

.

.

.

下面的子程序初始化SRAM接口逻辑，必须在任何SRAM_Read或SRAM_Write操作之前调用一次，该程序可作为复位操作的一部分。该程序假定交叉开关已经被允许（XBR2.6=“1”）。

“读”初始化SRAM接口逻辑子程序：

SRAM_Read_Init：

MOV DRATACF，#00h

；允许端口3（DATA）作为输入总线

    MOV DATA1，#0ffh

MOV ADDRCF，#0ffh ；允许端口2（ADDR）作为输出

MOV ADDR，#0ffh ；驱动为高电平（$ff）

ORL PRT1CF，#00111110b ；允许P1.7..3作为输出

ANL P1，#11011011b

；A16=ALE=“0”,选择存储块1

ORL P1，#00011010b ；RD，WR，CS=“1”

RET

“写”初始化SRAM接口逻辑子程序：

SRAM_Write_Init：

MOV DATACF，#0FFh

；允许端口3（DATA）作为输出总线

MOV DATA1，#0ffh ;驱动为高电平（$ff）

MOV ADDRCF，#0ffh ；允许端口2（ADDR）作为输出

MOV ADDR，#0ffh ；驱动为高电平（$ff）

ORL PRT1CF，#00111110b ；允许P1.7..3作为输出ANL P1，#11011011b

；A16=ALE=“0”，选择存储块1

ORL P1，#00011010b ；RD，WR，CS=“1”

RET

相应地从外部SRAM读1个字节的数据的程序（SRAM_Read）为：

；该程序从DPTR指向的地址读取数据存到ACC。此处未处；

理存储块选择（操作A16）；

SRAM_Read：

MOV ADDR，DPL ；输出外部地址A7..A0

SETB ALE ；锁存该地址

ANL P1，#0C7h ；选择SRAM，发出读选通、ALE=0

MOV ADDR，DPH ：输出外部地址A15..A8

MOV A，DATA1

；读数据（注对于这片SRAM读操作建立时间为

；45ns,在SYSCLK=20MHz时，该指令需2个时；

；钟周期，或50ns×2=100ns

ORL P1，#48h ;使读选通和SRAM片选无效

RET

完成从外部SRAM读1个字节的操作共需17字节、21个周期，即每从外部SRAM中读1个字节需要1.05μs（包括执行RET指令的0.25μs）。

同样，写1个字节的数据到外部SRAM的程序

（SRAM_Write）为：

；该程序将ACC中的字节写到DPTR指向地址的外部

；SRAM单元，此处未处理存储块选择

SRAM_Write：

MOV ADDR，DPL ；输出外部地址A7..A0

SETB ALE ；锁存该地址

CLR ALE

MOV ADDR，DPL ；输出外部地址A15..A8

MOV DATA1，a ；将数据送到数据总线

ANL P1，#0d7h ;选择外部SRAM和启动写操作

ORL P1，#028h ;写选通无效和SRAM片选无效

RET：注：在sysclk=20MHz时，这种方式将产生100ns

；宽的写脉冲。该SRAM所要求的最小值为7ns

同样，完成写1个字节到外部SRAM的操作共需19字节、23个周期，需要1.15μs（包括执行RET指令的0.25μs）。在不增加I/O口的情况下，比现有文献给出的接口电路速度提高了50%。

应用指出的是，上述程序是读或写1个字节所需的时间。如果是读或写1个数据块，则平均读或写1个字节所需的时间将缩短到0.8μs（读）或0.9μs（写），比标准51执行1条MOVX指令所需的时间（20MHz时钟时为1.2μs）快30%～50%。

类似地，也可以用八D锁存器锁存低8位地址。

结束语

本文介绍了2种提高C8051访问外部SRAM速度的接口电路和相应的程序。第一种方法能够大幅度提高C8051访问外部SRAM的速度，使读或写1个字节的时间缩短到0.95μs（包括执行RET指令的0.25μs时间），但这种方法要多使用1个8位的I/O口。第二种方法既提高C8051访问外部SRAM的速度，使读或写1个字节的时间由1.7μs缩短到1.15μs，同时，还不多占用I/O口线。

利用本文介绍的方法，可以显著地提高单片机C8051的系统性能。该方法不仅仅用于扩展外部RAM，也可用于扩展单片机的其它并行接口上。