单片机三总线结构研究分析

　　51系列单片机具有完善的总线接口时序，可以扩展控制对象，其直接寻址能力达到64k（2的16次方）。在总线模式下，不同的对象共享总线，独立编址、分时复用总线，CPU通过地址选择访问的对象，完成与各对象之间的信息传递。单片机三总线扩展示意如下图所示。

　　数据总线

　　51单片机的数据总线为PO口，PO口为双向数据通道，CPU从pO口送出和读回数据。

　　地址总线

　　51系列单片机的地址总线为16位。为了节约芯片引脚，采用PO口复用方式除了作为数据总线外，在ALE信号时序匹配下，通过外置的数据锁存器，在总线访问前半周从PO口送出低8位地址，后半周期从P0口送出8位数据。高8位地址则通过P2口送出。

　　控制总线

　　51系列单片机的控制总线包括读控制信号P3.7和写控制信号P3.6等，二者分别作为总线模式下数据读和数据写的使能信号。

　　三总线使用的端口和引脚

　　数据总线： P0，8 位，以并行方式一次传递1个字节的数据。

　　地址总线：低8 位： PO，高8 位： P2，16 位，可访问65536 个独立单元。

　　控制总线： 读程序PSEN（-），读端口RD（-） （P3.6），写端口WR（-） （P3.7），地址有效ALE。

　　当MCS-51没有外部扩展时，P0、P2 与P3 由端口的锁存器扩展; 当MCS-51有外部扩展时，P0、P2、P3.6 和P3.7 不再受到端口锁存器的控制，转而由总线逻辑控制。

　　当ALE 为高，特别当ALE 从高降为低时，P0 输出的是地址总线的低8 位。

　　当PSEN（-）或RD（-）或WR（-）之一有效时，PO 作为数据总线使用。

　　EA不是三总线的信号线，只是控制MCS-51单片机是否使用内部程序存储器。当EA接地时，单片机放弃内部的程序存储器，全部使用外部扩展的程序存储器; 当EA 接+5V时，程序存储器从内部开始，超出内部的才产生外部总线信号，访问外部程序存储器。对兼容的MCS-51单片机，如果内部程序存储器加密了，则不论EA 是否接地，程序的访问方式与EA 接高电平相同，复位后先运行存在内部程序存储器中的程序。

　　与三总线有关的指令

　　访问程序存储器的指令仅有读指令：MOVC A，@A+DPTR或PC。这个指令使用了PSEN（-）信号。在ALE 有效时，地址A+DPTR 或A+PC 的低8 位从PO 输出，在整个读阶段，地址A+DPTR或A+PC 的高8 位从P2 输出。由于缺乏“写”控制信号，因此MOVC 指令不是完整的三总线指令。

　　访问数据存储器与I/0 空间的指令为MOVX，有读和写两类：

　　读外部数据存储器与I/0 空间的指令： MOVXA，@DPTR 或Ri （i=0，1） ;

　　写外部数据存储器与I/0 空间的指令： MOVX@DPTR 或Ri（i=0，1），A。

　　在ALE 有效时，地址的低8 位DPL 或RO、R1从PO 输出。使用DPTR 时地址的高8 位为DPH，从P2 输出，使用RO 或R1时，按照通常扩展电路的接法，地址的高8 位为P2 锁存器的值。指令中代表数据总线的是ACC，读（RD）或写（WR） 由MOVX 指令的方向决定。MOVX包含了数据总线，控制总线和地址总线，是完整的三总线指令，在单片机访问扩展接口的IC 时非常有用。

　　三总线扩展基本结构

　　利用单片机输出的ALE 和地址锁存器就可以将PO 中短暂出现的低8 位地址分离出来并且在控制总线有效期间保持稳定不变，构成便于扩展的基本结构。以下是用Protel99SE 绘制的扩展基本结构的原理图，见下图：

　　在扩展的基本结构中，除了单片机自身工作所需的电源（隐含为隐藏）、晶振和复位外，P0、P2 和P3.6 与P3.7 的功能已经转为三三总线服务，I/0 端口仅剩P1和部分的P3 端口。地址锁存器74LS373 的LE（G） 应当接CPU 的ALE，OE（-） 应当接地，以便截获PO 输出的地址总线的低8 位，并保持在373 的输出端输出。有了这个便于扩展的基本结构，就可以像搭盖积木一样将所需功能的IC 添加到单片机上构成应用系统。

　　扩展基本结构原理图