單片機(jī)如何訪問(wèn)片外存儲(chǔ)空間的時(shí)序

單片機(jī)與片外程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)所產(chǎn)生的總線操作被稱為總線周期(Bus Cycle)。單片機(jī)向外傳輸數(shù)據(jù)的總線周期是寫總線周期，反之是讀總線周期。在總線周期中，單片機(jī)總線引腳的狀態(tài)將按照一定時(shí)間順序發(fā)生特定的變化，這樣的總線狀態(tài)變化被稱為總線時(shí)序。本節(jié)將分別介紹單片機(jī)進(jìn)行片外程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(或I/O接口)訪問(wèn)時(shí)的總線時(shí)序。

1.片外程序存儲(chǔ)器讀總線時(shí)序

單片機(jī)會(huì)在以下兩種情況下讀片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器，并產(chǎn)生如圖5-11所示的片外程序存儲(chǔ)器讀總線周期。

圖5-11片外程序存儲(chǔ)器讀總線周期時(shí)序

(1)從片外程序存儲(chǔ)器中讀取指令

從片外程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，首先16位程序指針PC的高8位PCH和低8位PCL分別由單片機(jī)的P2口和P0口輸出，作為地址指向程序存儲(chǔ)的某個(gè)存儲(chǔ)單元，該存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)就是單片機(jī)要讀取的指令(指令的二進(jìn)制代碼)。由于P0口是地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用的總線，進(jìn)入一個(gè)機(jī)器周期的S3狀態(tài)后，P0口上的低8位地址將消失。為了在P0口上的地址消失后依然能夠按照正確的地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器，必須在低8位地址消失前，通過(guò)地址鎖存器將其鎖存住。這里，地址鎖存的時(shí)機(jī)是非常關(guān)鍵的，因?yàn)楸仨毐ＷC觸發(fā)地址鎖存器時(shí)，P0口上傳送的

是低8位地址，而由圖5-11可知，利用ALE引腳上出現(xiàn)的下降沿信號(hào)觸發(fā)地址鎖存，恰好符合對(duì)鎖存時(shí)機(jī)的要求。接下來(lái)，在S4狀態(tài)的前半段，P0口將成為數(shù)據(jù)總線，P0口上的數(shù)據(jù)將被當(dāng)作指令代碼送入單片機(jī)內(nèi)的指令寄存器，而且此段時(shí)間內(nèi)，PSEN引腳為低電平，若PSEN引腳被連接到程序存儲(chǔ)器的讀選通引腳OE上，則PSEN的低電平可以使程序存儲(chǔ)器輸出被地址選中的存儲(chǔ)單元中所存放的指令代碼。

(2)從片外程序存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)

單片機(jī)可以通過(guò)“MOVC A,@A+DPTR”和“MOVC A,@A+PC”兩條指令讀取程序存儲(chǔ)器中存放的信息。當(dāng)MOVC指令執(zhí)行時(shí)，首先(A)+(DPTR)或(A)+(PC)的16位和的高8位和低8位作為地址的高8位(A15~A8)和低8位(A7~A0)分別由P2口和P0口輸出。其中，P2口上的高8位地址保持不變，而P0口上的低8位地址將消失，并且之后成為

傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線。為此，需要將單片機(jī)ALE引腳與地址鎖存器的鎖存觸發(fā)引腳相連，用于控制鎖存器在ALE下降沿時(shí)鎖存住P0口上傳送的低8位地址。最后，當(dāng)與程序存儲(chǔ)器OE引腳相連的PSEN引腳出現(xiàn)低電平時(shí)，程序存儲(chǔ)器將被地址選中的存儲(chǔ)單元中的字節(jié)數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線P0口，而P0口上的數(shù)據(jù)最后被傳送給累加器A。

需要特別注意的是：在讀片外程序存儲(chǔ)器的過(guò)程中，單片機(jī)的RD和WR引腳始終為高電平，因此與單片機(jī)相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器既不輸入也不輸出數(shù)據(jù)，從而不可能出現(xiàn)片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的地址沖突問(wèn)題。

2.片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線時(shí)序

MCS-51單片機(jī)使用MOVX指令(見表3-5)進(jìn)行片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫操作。

(1)讀總線時(shí)序

以累加器A為目的操作數(shù)的“MOVX A,@DPTR”和“MOVX A,@Ri”指令是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀指令，將產(chǎn)生如圖5-12所示的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀總線周期時(shí)序。

觀察圖5-12可知在讀總線周期中：

1)PSEN和WR引腳始終為高電平。

2)P2口上傳送的是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高8位地址。對(duì)于指令“MOVX A,@DPTR”，高8位地址來(lái)自于DPTR的高8位DPH;對(duì)于指令“MOVX A,@Ri”，高8位地址需要通過(guò)直接向P2口中寫入的方式來(lái)確定，如執(zhí)行指令“MOV P2,#12H”可以使高8位地址為12H。

3)DPL或Ri中的8位二進(jìn)制數(shù)為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低8位地址，由地址總線P0口送出。作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用的總線，P0口上的低8位地址將在S6的后半段消失，并且進(jìn)入S3后，P0口將成為數(shù)據(jù)總線用于傳送來(lái)自片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。

圖5-12片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀總線周期時(shí)序

4)在ALE引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，P0口上傳送的一定是片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低8位地址。因此，可以用ALE作為地址鎖存器的鎖存觸發(fā)信號(hào)，控制低8位地址的鎖存。

5)在P0口作為數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)期間，連接到片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器OE引腳的RD引腳上的低電平信號(hào)恰好可以使片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器送出數(shù)據(jù)到P0口上，完成數(shù)據(jù)的傳送。

(2)寫總線時(shí)序

圖5-13為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫總線周期時(shí)序，該時(shí)序可以由以累加器A為源操作數(shù)的寫存儲(chǔ)器指令“MOVX@DPTR,A”和“MOVX A,@Ri”產(chǎn)生。在寫總線周期中，當(dāng)WR為低電平時(shí)，P0口已經(jīng)由地址總線轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)總線，用于將累加器A中的數(shù)據(jù)送給片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而WR與存儲(chǔ)器的WE引腳相連，能使片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接收P0口上的數(shù)據(jù)。

圖5-13片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫總線周期時(shí)序

對(duì)比圖5-11、圖5-12和圖5-13可以看到，引腳PSEN、RD和WR不會(huì)同時(shí)為低電平。這保證了在一個(gè)同時(shí)擴(kuò)展了片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單片機(jī)系統(tǒng)中，程序存儲(chǔ)器讀操作、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀操作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫操作三者之間不會(huì)發(fā)生沖突。