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十六位單片機MCS-96數據總線控制


陳再清


十六位單片機MCS-96X序列內部的硬件構造比八位單片機MCS-51系列復雜,使得外圍接口電路也變得復雜,主要體現在片外的總線配制方面。51系列單片機的總線片內、片外均為八位,不存在配制問題。而MCS-96片內是十六位結構,片外的數據總線可以配制成十六位,構成全十六位機;也可以配制成八位,構成準十六位機。當然,后者的性能會有所下降。而片外的數據總線又可分為程序存儲器(ROM或EPROM)數據總線和數據存儲器(RAM)數據總線,它們可以單獨配制成十六位或八位,由此搭配而成的方式較多。可見,片外數據總線的配制成了十六位單片機外圍接口中最復雜的部分。必須說明的是:這里所指的總線都是數據總線,因為不管片內片外,地址線均為十六位。在MCS-96中,以片內無程序存儲器的芯片80C196XX(如80C196KB等)價格最低廉,故應用也最廣。

1.與系統總線有關的幾條控制線

系統總線的各種配制是依賴MCS-96的有關幾條控制線(輸入或輸出腳)與芯片配置寄存器CCR的有關設置共同來實現的。它們是:
(1)地址總線分離控制線 ALE / ADV 地址片的鎖存信號,高電平有效的 ALE,或低電平有效的ADV。
(2)讀控制線 RD 從片外讀取指令或數據時,RD低電平有效,而且總是按“字”進行。
(3)寫控制線 WRL 和 WRH 或 WR、BHE、A0 向片外數據存儲器寫入數據時,有寫高位字節、寫低位字節、同時寫高位和低位字節(一個字)三種寫入方式。根據總線配置的方式的不同,會出現不同的控制信號。
(4)總線寬度選擇線 BUSWIDTH 為0時選擇八位;為1時選擇十六位。但它還須與芯片配置寄存器CCR的D1位聯合進行控制。
(5)取指信號線 INST 80C196KB還輸出一根取指信號線,平時該線輸出低電平,只有在向片外取指時變為高電平(在地址有效期內)。利用這一特性可以將片外的程序存儲空間和數據存儲空間分開(類似51系列的PSEN信號線),使總的存儲空間比原來的多出一倍。
(6)準備就緒信號線READY 80C196為了適應片外慢速存儲器或外設的時序要求,在正常執行的狀態周期中插入等待周期,是否等待或等待多久由CCR寄存器的D5、D4位確定。
為了使單片機能實現多種總線配置方案,滿足存儲器的接口要求和就緒控制,所有可供靈活選擇的信息都集中在芯片配置寄存器CCR中。有關該寄存器內各位功能請見前期的“準十六位單片機8098及80C198”一文中的表2。

外部數據總線的寬度不光與CCR 的D1位有關,還與控制線BUSWIDTH 的狀態有關,兩者的關系,如表 1所示。只有當D1=1,BUSWIDTH=1 時,數據總線寬度才為十六位。顯見,當D1=1時,由BUSWIDTH的狀態就可以單獨決定總線的寬度,這可以通過地址線譯碼或程序運行來設定,使總線寬度隨著功能的需求而進行動態的改變。

2.MCS-96外部數據總線的四種控制方式

(1)標準總線方式 當CCR D2=1,CCR D3=1 時,80C196提供寫信號WR、BHE 和地址鎖存信號ALE。當總線寬度為十六位時(BUSWIDTH=1),須由WR、BHE和地址線A0通過譯碼電路獲得WR HIGH、WR LOW信號,用來分別寫偶單元字節(低位字節)和奇單元字節(高位字節)。當總線寬度為八位時(BUSWIDTH=0),只須用WR信號就可。地址線送出時,ALE變高,其下降沿作為外部地址的鎖存信號。
(2)寫選通方式 當CCR D1=1,且總線寬為十六位時( BUSWIDTH=1),WR、BHE 被WRL、WRH替代,分別向偶單元和奇單元寫入一個字節。當總線寬度為八位時(BUSWIDTH=0),只使用WRL便可。地址鎖存信號仍為ALE。寫選通方式比標準方式的外部接口要簡單,不需要譯碼電路,便可直接輸出寫信號。
此外還有地址有效選通方式,地址有效寫選通方式以1、2兩種較為常用。單片機還會因片內是否有程序存儲器而使外部的系統總線有所區別。當內部有程序存儲器時(ROM、EPROM等),其外部總線只涉及數據存儲器(RAM),結構顯然要簡單。
外部程序存儲器和數據存儲器的數據總線并不要求使用相同的寬度,可以分別使用八位和十六位,這兩者又會出現四種搭配方式:①八位總線程序存儲器 + 八位總線數據存儲器;②十六位總線程序存儲器 + 八位總線數據存儲器;③十六位總線程序存儲器 + 十六位總線數據存儲器;④八位總線程序存儲器 + 十六位總線數據存儲器。其中第四種通常不用。限于篇幅,下面僅以③為例進行說明。 ......
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