8051单片机中DPTR的扩展设计　---　2/2--白沙的香烟盒

2 具体设计实现

在8051中对DPTR实现扩展，首先需要对DPTR的相关指令进行分析，再确定对其进行扩展会影响到哪些指令操作；并根据其所涉及的指令，分析相应的模块，最后针对各模块分别进行设计修改。

2.1 相关指令分析

在8051标准指令集的111条指令中，与DPTR有关的指令共有5类，分别为：

① 程序存储器查表指令，“MOVC A,@A+DPTR”；

② 片外RAM传送指令，“MOVX A, @DPTR”和“MOVX @ DPTR , A”；

③ 寄存器数据传送指令，即可对DPTR进行读写操作，在8051中DPTR由DPH（DPTR高8位字节）和DPL（DPTR低8位字节）构成，且DPH和DPL与一般的SFR一样，都可作为寄存器进行读写、压栈等操作；

④ 程序转移指令，“JMP @A+DPTR”;

⑤ 运算指令，可分别对DPH和DPL进行运算操作。

通过对以上与DPTR相关的5类指令分析可知：第③类指令和第⑤类指令是将DPTR作为SFR进行操作的。第①类指令和第④类指令都是DPTR与PC指针进行的数据传送操作；第②类指令是对片外RAM地址寄存器进行的数据传送操作。因此，DPTR的操作具体涉及8051中以下3个模块：SFR读写模块、PC指针模块及片外RAM地址模块，故对DPTR的扩展也在这3个模块中进行。

2.2 具体模块设计

对于DPTR状态寄存器可设为dptr_sel，通过对DPTR状态标志位dps操作，实现DPTR选取。当dps＝0时，选取DPTR0；当dps＝1时，选取DPTR1。在8051中，DPTR分别由DPH和DPL组成，因此对DPTR的选取实际上是对特殊功能寄存器DPH0、DPL0和DPH1、DPL1的选取。

基于以上的设计思路，笔者分别在涉及DPTR操作的3个模块中进行了相应的修改。本设计所选用MCS8051核由VHDL语言设计，完全兼容标准8051指令集。

在SFR读写模块中，应针对读、写模块分别进行修改。通过分析MCS8051设计代码可知，对于DPTR的读操作，是通过将DPTR中数据传送给数据暂存寄存器S_REGDATA，再通过对S_REGDATA进行读操作来实现的，因此可在进行DPTR数据暂存前，利用选择位dps来对DPTR进行选取。具体示意如图2所示。

在对DPTR进行写操作时，实际上是对DPH和DPL进行操作（DPH地址为83H，DPL地址为82H），因此对DPTR进行写操作时需对DPH和DPL分别进行操作。在MCS8051中对SFR的写操作，实际上是先将要写入的数据暂存在S_DATA寄存器中，再通过将S_DATA数据分别写入DPH和DPL来实现的。因此可在S_DATA数据写入前对DPTR0和DPTR1进行选择判断，来实现对DPTR0和DPTR1的写操作，即dps＝1时，将S_DATA数据写入DPH1和DPL1；dps＝0时，将S_DATA数据写入DPH0和DPL0，具体结构如图3所示。

图2 DPTR读模块示意图　　　　图3 DPTR写模块结构图

在PC指针模块和片外RAM地址模块中，由于也是涉及DPTR的读操作，因此该模块的修改与SFR读模块中的修改类似，也是利用dps来实现DPTR0、DPTR1的选取。

3 仿真测试

在MCS8051中，针对以上3个模块分别作了修改，将DPTR扩展为两组，通过对DPTR_SEL（设定为SFR的E1H）中DPTR状态标志位dps进行操作，来实现对DPTR0和DPTR1的选取，并利用仿真软件Modelsim6.0进行了仿真测试。由于在实现DPTR扩展时主要针对SFR读写模块、PC指针模块和片外RAM地址模块这3个模块进行了修改，因此对于DPTR扩展的仿真测试也分3个模块进行。

3.1 针对SFR读写模块的测试

该模块的测试主要为测试DPTR0和DPTR1的数据传输。首先对DPTR状态标志dps位进行操作，分别选取DPTR0和DPTR1；其次分别对其进行写操作；最后将DPTR0和DPTR1中数据值依次输出寄存器A中。具体波形如图4所示。

图4 SFR读写测试波形

由图4可知，在执行指令75E100前后（即将dps复位,选取DPTR0），DPH和DPL输出（执行指令E583,E582）到寄存器A中的值不同。指令75E100执行前DPH输出为55，DPL输出为66，执行后输出分别为11和22，因此表明通过dps进行DPTR选取，读写操作无误，即对SFR读写模块的修改无误。