单片机控制技术应用：并行扩展总线

单片机系统扩展是以单片机芯片为核心进行的，存储器扩展中包括程序存储器和数据存储器，其余所有扩展内容统称为I/O扩展。单片机并行扩展系统结构如图7-2所示。

图7-2 单片机并行扩展系统结构

由扩展系统结构图可知，扩展是通过系统总线进行的。所谓总线就是连接单片机各扩展部件的一组公共信号线，是系统共享的通路，通过总线把各扩展部件连接起来，以进行数据、地址和控制信号的传送。

1.并行扩展总线的组成

所谓总线，就是单片机连接扩展器件的一组公共信号线，按其功能通常把这些总线分为三组：地址总线、数据总线和控制总线。每组总线由若干条导线组成，具体数目根据功能决定，一般地址总线的数量最多，数据总线固定为8根。

（1）地址总线（Address Bus，AB）

地址总线用于传送单片机发出的地址信号，以便对号入座地对ROM、RAM及I/O口进行选择，以选中相应的单元（字节），然后才能对它进行操作。地址总线的传输是单向的，即只能由单片机向外发出地址信号。地址总线数目决定着可以直接访问的存储单元的数目。例如10条地址线组成的地址总线，可以访问1KB的外部ROM和RAM存储单元，每增加一条线，可访问空间翻一番。MCS-51系列单片机最多可以构造16条地址线，也就访问64KB的存储空间，对于单片机来说，64KB将是一个很大的数目了。地址总线由单片机P0口提供低8位地址A0～A7，P2口提供高8位地址A8～A15。

（2）数据总线（Data Bus，DB）

数据总线是用于单片机与外部存储器之间或单片机与外部I/O口之间进行数据传送的一组信号线，单片机系统数据总线的数目，与单片机字长是一致的，都是8位，所以数据总线也就是8条。数据总线是双向的，既可以由单片机向外部输出数据，也可以由外部向单片机输入数据。数据总线由P0口提供，用D0～D7表示。

（3）控制总线（Control Bus，CB）

控制总线是单片机发出的一组控制命令信号线，是单片机决定对外部器件做什么操作的命令线。一般说来，控制总线是单向的，是单片机向外部发出的。控制总线包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。系统扩展用控制线有ALE、、、、。

2.80C51单片机并行扩展总线(www.xing528.com)

虽然系统扩展需要地址总线和数据总线，但在单片机芯片上并没有为此提供专用的地址总线引脚和数据总线引脚，实际扩展时都是用I/O口线来充当地址线和数据线。80C51单片机并行扩展总线的构成如图7-3所示。

图7-3 80C51单片机并行扩展总线的构成

（1）以PO口的8位口线充当低位地址线/数据线

低位地址线是指低8位地址A7～A0，而数据线为D7～D0。在第2章的内容中，P0口作为低8位地址/数据的复用总线使用，可以提供地址、数据线两种作用，既传送地址又传送数据，所以要采用分时技术对它上面的地址和数据进行分离。

使用分时技术被分离出的是低8位地址。因为CPU对扩展系统的操作总是先送出地址，然后再进行数据读/写操作，所以应把首先出现的地址分离出来，以便腾出总线供其后的数据传送使用。为保存分离出的地址，需另外增加一个8位锁存器，并以ALE作为锁存控制信号。因为从时序上看，在CPU送出地址时，ALE信号正好有效。为了与ALE信号相适应，应选择高电平或下降沿选通的锁存器，如74LS373等。

低8位地址进入锁存器，经另一途径提供给扩展系统。在其后的时间里，P0口线即作为数据线使用，进行数据传送。数据总线用D0～D7表示。数据总线是并连到多个连接的外围芯片的数据线上，而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。哪个芯片的数据通道有效，则由地址线控制各个芯片的片选线来选择。

（2）以P2口的口线做高位地址线

同样在第2章的内容中，P2口除了作为数据输入/输出口来用，还可以与P0口的第二功能配合使用，用于输出片外存储器的高8位地址来用，以构成片外存储器的16位地址，使单片机外扩展的寻址范围达到64KB单元。在实际应用中，高位地址线是根据需要从P2口中引出，需要用几位就引出几条。若外扩展容量小于256个单元，则不需要高位地址线。

（3）控制总线

控制总线包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。系统扩展用控制线有ALE、、、、。

ALE：输出P0口上地址与数据隔离信号，用于锁存P0口输出的低8位地址的控制线。通常，ALE在P0口输出地址期间出现低电平，用这个低电平信号的上升沿控制锁存器来锁存地址数据。：输出，用于读片外程序存储器（EPROM）中的数据。“读”取EPROM中数据（指令）时，不能用信号，而只用信号。EA：输入，用于选择片内或片外程序存储器。当A=0时，只访问外部程序存储器。当=1时，先访问内部程序存储器，内部程序存储器全部访问完之后，再访问外部程序存储器。、：输出，用于片外数据存储器（RAM）的读、写控制。当执行片外数据存储器操作指令MOVX时，自动生成、控制信号。可以看出，尽管80C51单片机有4个并行I/O口，共32条口线，但由于系统外扩展的需要，仅剩P1口以及P3口的部分口线可供数据I/O使用。