简单讲解单片机数据,地址,控制总线结构及功能（简单讲解单片机数据,地址,控制总线结构和功能）

1.总线概述

计算机系统以微处理器为基础。每个设备必须连接到微处理器并且必须协调工作。因此，微处理器中引入了总线的概念。每个设备共享总线，并且任何时候只能有一个设备。发送数据（可以多个设备同时接收数据）。

计算机总线分为三种类型：控制总线、地址总线和数据总线。数据总线用于传输数据，控制总线用于传输控制信号，地址总线用于选择存储单元或外设。

2、单片机三总线结构

51系列单片机具有完整的总线接口时序，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，独立寻址，分时共享总线。 CPU通过地址选择要访问的对象，完成与各个对象的信息传递。

数据总线

51单片机的数据总线是P0口，是双向数据通道。 CPU从P0端口发送和读回数据。

地址总线

51系列单片机的地址总线为16位。

为了节省芯片引脚，采用P0口复用方式。除了作为数据总线外，在ALE信号的时序匹配下，在总线访问的前半个周期，通过外部数据锁存器从P0端口发送低8位地址。 8位数据以半个周期从P0口发出。

高8位地址通过P2端口发送。

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，它们分别作为总线模式下数据读和数据写的使能信号。

3.单片机总线时序分析

51单片机总线时序如图2所示：

从图2可以看出，完成一个总线（读写）操作周期为T，P0口是时分复用的。 T期间，P0口送出低8位地址，数据在ALE下降沿锁存，送出低8位地址信号。 T1期间，P0口作为数据总线发送或读取数据。数据读写操作在读写控制信号为低电平期间完成。

需要注意的是，在控制信号（读写信号）有效期间，P2口发送高8位地址，配合数据锁存器输出的低8位地址，实现16位位地址总线，即64kB范围内的搜索。地点。

由于CPU不能同时进行读写操作，因此读写信号不能同时有效。

4、常用单片机寻址电路

简单的地址扩展

51单片机的P2口可直接作为高8位地址总线。在一些简单的系统电路中，常采用P2口对驱动器直接寻址。

下面以数据缓冲器74LS273驱动数码显示为例，分析P2口寻址驱动的静态数码显示电路的设计。

一位LED数码显示单元的电路如图3所示：

WR与A8(P2.0)进行或运算，提供74LS273的时钟信号。当执行“MOVX @DPTR,A”指令时，地址信息由DPTR寄存器决定，并会出现有效的写信号WR。只有当地址A8满足“0”时，写信号才能作为74LS273的时钟信号输入，完成数据锁存。

P2口为A8~A15的8位地址线，可方便扩展为8个LED数码管。 WR信号分别以或关系连接到A8A15。每根地址线低电平有效，可实现8个有效地址。

该方案电路简单，但有效地址数量太少，不适合复杂的系统设计。

低8位地址锁存器

通常的设计电路是使用8D锁存器74LS373来实现地址锁存。 74HC573具有相同的逻辑功能，但引脚布局不同。使用74HC573接线更方便。

74LS373真值表如图4所示：

当输出使能OE为L且控制使能LE为H时，输出处于以下状态；当OE为L且LE为L时，输出处于保持状态。

地址锁存电路如图5所示，OE接地，LE连接单片机的ALE引脚，产生符合时序的低8位地址信号。

执行以下三个指令将得到如图6 所示的时序图。

MOV DPTR，#0FF55H；低8位地址为55H

MOV A，#0AAH；待发送数据0AAHA（55H取反）

MOVX，@DPTR，A； A中的0AAH将被发送到地址为0FF55H的对象

从图6可以看出，P0口先发送55H，在ALE下降沿锁存地址，然后发送数据0AAH。 WR有效（低电平）期间，锁存器输出低8位地址55H，P0口发送数据。 0AAH。

带解码器的复杂地址接口电路

理论上，高8位地址线可以产生256个有效地址。如何实现地址“扩容”？地址扩展的准确描述是地址解码。例如，3条地址线可以解码为8个地址，4条地址线可以解码为16个有效地址。这里选择3-8译码器来实现地址译码。电路图及相应的寻址如表1所示。

5、微控制器总线寻址电路示例

带总线扩展接口的微控制器系统包括外部32k RAM扩展、LCD1602接口以及输入输出端口。

D0D7连接数据总线端口P0，地址线A0A14连接单片机地址总线的低15位，单片机地址线A15连接RAM片选信号。低电平有效，这样RAM地址就从0000H到7FFFH分配，与74138译码的地址不冲突。

LCD1602接口电路如图9所示：

RS和RW分别连接到A12和A13，使能信号寻址到Y7。这样，LCD的四个驱动地址（数据读写和命令读写）分别是0CFFFH到0FFFFH（无关位为1）或8700H到0B700H（无关位为0） 。

有时单片机引脚不够用，需要扩展。输入口扩展电路如图10所示：

利用74HC573（74LS373）的高阻状态功能，将其输出Q0~Q7连接至P0口。当满足总线地址读操作时，可以将输入到InPORT的数据读入单片机的累加器，地址为0F8FFH或8000H。

输出口扩展电路如图11所示：

利用74LS273的数据锁存功能，当满足总线地址写操作时，可将单片机累加器中的数据写入273锁存器输出，地址为0F8FFH或8000H。由于使用不同的控制总线，地址可以与输入共享。

六，结论

总线扩展是设计单片机控制电路时必须掌握的技术。大量特殊功能IC支持总线接口，如ADC0809、TLC7528、DDS器件AD9851等。

总线接口的关键在于总线在严格的控制时序下进行时分复用，以实现复杂的系统设计。