你了解MCS-51单片机的片外并行总线吗？

单片机的数据存储器、程序存储器和I/O接口必须通过总线与单片机的微处理器(CPU)连接。总线是连接单片机系统各部件的一组公共信号线，可分为地址总线、数据总线和控制总线。

总线的作用

地址总线用于传输存储器单元或I/O端口的地址，传输方向是单向的，只能由单片机向外传送。另外，地址线的根数m决定了地址总线所能“寻址”的存储单元的个数和I/O端口的总数。这是因为每根地址线能传输高电平和低电平两种信号，可分别用二进制数“1”和“0”表示，而二进制数的每个逻辑组可以对应一个地址。具有m根地址线的地址总线可以传输m位的二进制数，共2m个地址。

数据总线是双向总线，可在单片机和存储单元及I/O端口之间传输数据。数据总线的位数一般与单片机CPU的字长一致。控制总线由若干条线组成，有的用于向存储器或I/O端口发送CPU的控制信号，有的用于向CPU传送存储器或I/O端口的状态信息。

MCS-51单片机片外总线的构成

MCS-51单片机没有专用的片外地址总线和数据总线，这两种总线的功能由单片机的并行输入、输出口P0和P2提供。MCS-51单片机的扩展总线结构如图5-1所示。

图5-1 MCS-51单片机的扩展总线结构

1.P0数据/地址分时复用总线

MCS-51单片机有8位片外数据总线(D7~D0)，由P0口提供。另外，MCS-51单片机有16位外部地址总线，P0口传送其中的低8位地址(A7~A0)。当单片机访问片外扩展的存储器和I/O接口时，P0口先传送片外地址的低8位，然后再传送数据，即P0口是地址与数据分时复用的总线。由此可知，当数据出现在P0口上时，低8位地址已从P0口上消失，而图5-1中的地址锁存器可以在低8位地址消失前将其锁存，并提供给片外扩展的存储器或I/O端口。

2.P2地址总线高8位

在进行片外扩展时，P2口是地址总线的高8位。与P0口不同的是，P2口仅传送地址，不复用。由P2口和P0口构成的16位片外地址线，使MCS-51单片机具有216=65536个片外地址。MCS-51单片机的程序存储器和数据存储单元均是按字节寻址的(即每个字节型存储单元都有地址)。因此，MCS-51单片机可以扩展的片外程序存储器和数据存储器的容量均为216个字节(Byte)，即64KB。

3.控制总线

控制总线有ALE、PSEN、WR和RD，其作用分别如下：

(1)ALE

如前所述，P0口是地址和数据分时复用的总线，必须通过锁存器将其传送的低8位地址锁存。而何时驱动地址锁存器锁存低8位地址非常关键，因为必须保证地址锁存器锁存时，P0口上传送的是地址，而不是之后传送的数据。

ALE是地址锁存使能引脚。在单片机进行外部存储器和I/O端口访问时，该引脚将在P0从地址线变为数据线之前输出一个下降沿信号。可用该引脚作为地址锁存器(假设为下降沿或低电平锁存的锁存器)的锁存驱动信号，以保证被锁存的是低8位地址。

(2)PSEN

PSEN是程序存储器输出使能引脚，低电平有效。该引脚用于片外程序存储器扩展。当单片机进行片外程序存储器的读操作时，该引脚将输出低电平，以选通被访问的程序存储器。程序存储器的访问包括单片机从程序存储器中读取指令和使用MOVC指令从程序存储器中读取数据。

(3)WR和RD

单片机P3口的P3.6和P3.7引脚工作于第二功能时，分别对应于WR和RD。WR和RD用于片外数据存储器(或I/O接口)的扩展，分别为片外数据存储器(或I/O接口)的写选通和读选通信号，均为低电平有效。可产生片外数据存储器(或I/O接口)读操作的指令有“MOVX A,@DPTR”和“MOVX A,@Ri”，可产生写操作的指令有“MOVX@DPTR,A”和“MOVX@Ri,A”。

当单片机从片外数据存储器(或I/O接口)读数据，并将数据送上片外数据总线时，RD引脚为低电平、WR引脚为高电平。相反地，当向片外数据存储器(或I/O接口)写数据时，WR引脚为低电平、RD引脚为高电平。

需要注意的是，PSEN、WR和RD这三个引脚中的任何两个都不会同时为低电平，即片外数据存储器(或I/O接口)的读和写以及片外程序存储器读这三种操作不会同时发生。

4.地址锁存器的作用

如前所述，图5-1中的地址锁存器用于锁存P0口上传送的地址信息，即利用ALE引脚上的下降沿信号触发地址锁存器的锁存操作。因此，图5-1中的地址锁存器应当是下降沿触发的锁存器，如芯片74LS373。如果使用上升沿(或高电平)触发的锁存器(如芯片74LS273和74LS377等)，则必须将ALE引脚信号取反后再连接至锁存器的触发端。