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十六位单片机MCS-96数据总线控制


陈再清


十六位单片机MCS-96X序列内部的硬件构造比八位单片机MCS-51系列复杂,使得外围接口电路也变得复杂,主要体现在片外的总线配制方面。51系列单片机的总线片内、片外均为八位,不存在配制问题。而MCS-96片内是十六位结构,片外的数据总线可以配制成十六位,构成全十六位机;也可以配制成八位,构成准十六位机。当然,后者的性能会有所下降。而片外的数据总线又可分为程序存储器(ROM或EPROM)数据总线和数据存储器(RAM)数据总线,它们可以单独配制成十六位或八位,由此搭配而成的方式较多。可见,片外数据总线的配制成了十六位单片机外围接口中最复杂的部分。必须说明的是:这里所指的总线都是数据总线,因为不管片内片外,地址线均为十六位。在MCS-96中,以片内无程序存储器的芯片80C196XX(如80C196KB等)价格最低廉,故应用也最广。

1.与系统总线有关的几条控制线

系统总线的各种配制是依赖MCS-96的有关几条控制线(输入或输出脚)与芯片配置寄存器CCR的有关设置共同来实现的。它们是:
(1)地址总线分离控制线 ALE / ADV 地址片的锁存信号,高电平有效的 ALE,或低电平有效的ADV。
(2)读控制线 RD 从片外读取指令或数据时,RD低电平有效,而且总是按“字”进行。
(3)写控制线 WRL 和 WRH 或 WR、BHE、A0 向片外数据存储器写入数据时,有写高位字节、写低位字节、同时写高位和低位字节(一个字)三种写入方式。根据总线配置的方式的不同,会出现不同的控制信号。
(4)总线宽度选择线 BUSWIDTH 为0时选择八位;为1时选择十六位。但它还须与芯片配置寄存器CCR的D1位联合进行控制。
(5)取指信号线 INST 80C196KB还输出一根取指信号线,平时该线输出低电平,只有在向片外取指时变为高电平(在地址有效期内)。利用这一特性可以将片外的程序存储空间和数据存储空间分开(类似51系列的PSEN信号线),使总的存储空间比原来的多出一倍。
(6)准备就绪信号线READY 80C196为了适应片外慢速存储器或外设的时序要求,在正常执行的状态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位确定。
为了使单片机能实现多种总线配置方案,满足存储器的接口要求和就绪控制,所有可供灵活选择的信息都集中在芯片配置寄存器CCR中。有关该寄存器内各位功能请见前期的“准十六位单片机8098及80C198”一文中的表2。

外部数据总线的宽度不光与CCR 的D1位有关,还与控制线BUSWIDTH 的状态有关,两者的关系,如表 1所示。只有当D1=1,BUSWIDTH=1 时,数据总线宽度才为十六位。显见,当D1=1时,由BUSWIDTH的状态就可以单独决定总线的宽度,这可以通过地址线译码或程序运行来设定,使总线宽度随着功能的需求而进行动态的改变。

2.MCS-96外部数据总线的四种控制方式

(1)标准总线方式 当CCR D2=1,CCR D3=1 时,80C196提供写信号WR、BHE 和地址锁存信号ALE。当总线宽度为十六位时(BUSWIDTH=1),须由WR、BHE和地址线A0通过译码电路获得WR HIGH、WR LOW信号,用来分别写偶单元字节(低位字节)和奇单元字节(高位字节)。当总线宽度为八位时(BUSWIDTH=0),只须用WR信号就可。地址线送出时,ALE变高,其下降沿作为外部地址的锁存信号。
(2)写选通方式 当CCR D1=1,且总线宽为十六位时( BUSWIDTH=1),WR、BHE 被WRL、WRH替代,分别向偶单元和奇单元写入一个字节。当总线宽度为八位时(BUSWIDTH=0),只使用WRL便可。地址锁存信号仍为ALE。写选通方式比标准方式的外部接口要简单,不需要译码电路,便可直接输出写信号。
此外还有地址有效选通方式,地址有效写选通方式以1、2两种较为常用。单片机还会因片内是否有程序存储器而使外部的系统总线有所区别。当内部有程序存储器时(ROM、EPROM等),其外部总线只涉及数据存储器(RAM),结构显然要简单。
外部程序存储器和数据存储器的数据总线并不要求使用相同的宽度,可以分别使用八位和十六位,这两者又会出现四种搭配方式:①八位总线程序存储器 + 八位总线数据存储器;②十六位总线程序存储器 + 八位总线数据存储器;③十六位总线程序存储器 + 十六位总线数据存储器;④八位总线程序存储器 + 十六位总线数据存储器。其中第四种通常不用。限于篇幅,下面仅以③为例进行说明。 ......
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