總線概述

　　計算機系統(tǒng)是以微處理器為的，各器件要與微處理器相連，且必須協(xié)調(diào)工作，所以在微處理機中引入了總線的概念，各器件共同享用總線，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)(可以有多個器件同時接收數(shù)據(jù)) 。

　　計算機的總線分為控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線等三種。而數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)，控制總線用于傳送控制信號， 地址總線則用于選擇存儲單元或外設(shè)。

　　二、單片機的三總線結(jié)構(gòu)

　　系列單片機具有完善的總線接口時序，可以擴展控制對象，其直接尋址能力達(dá)到 64k( 2 的 16 次方) 。在總線模式下，不同的對象共享總線，獨立編址、分時復(fù)用總線，CPU 通過地址選擇訪問的對象，完成與各對象之間的信息傳遞。

　　單片機三總線擴展示意如圖 1 所示。

　　、數(shù)據(jù)總線

　　單片機的數(shù)據(jù)總線為 P0 口，P0 口為雙向數(shù)據(jù)通道，CPU 從 P0 口送出和讀回數(shù)據(jù)。

　　、地址總線

　　系列單片機的地址總線為 16 位。

　　為了節(jié)約芯片引腳，采用 P0 口復(fù)用方式，除了作為數(shù)據(jù)總線外，在 ALE 信號時序匹配下，通過外置的數(shù)據(jù)鎖存器，在總線訪問前半周期從 P0 口送出低 8 位地址，后半周期從 P0 口送出 8 位數(shù)據(jù)。

　　高 8 位地址則通過 P2 口送出。

　　、控制總線

　　系列單片機的控制總線包括讀控制信號 P3.7 和寫控制信號 P3.6 等，二者分別作為總線模式下數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫的使能信號。

　　三、單片機總線時序分析

　　單片機總線時序如圖 2 所示。

　　從圖 2 中可以看出，完成總線( 讀寫) 操作周期為 T，P0 口分時復(fù)用，在 T0 期間，P0 口送出低 8 位地址，在 ALE 的下降沿完成數(shù)據(jù)鎖存，送出低 8 位地址信號。在 T1 期間，P0 口作為數(shù)據(jù)總線使用，送出或讀入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的讀寫操作在讀、寫控制信號的低電平期間完成。

　　需要注意的是，在控制信號( 讀、寫信號) 有效期間，P2 口送出高 8 位地址，配合數(shù)據(jù)鎖存器輸出的低 8 位地址，實現(xiàn) 16 位地址總線，即 64kB 范圍的內(nèi)的尋址。

　　由于 CPU 不可能同時執(zhí)行讀和寫操作，所以讀、寫信號不可能同時有效。

　　四、常見單片機編址電路

　　、簡單地址擴展

　　單片機的 P2 口可以直接作為高 8 位地址總線使用，在一些簡單系統(tǒng)電路中，常使用 P2 口直接編址驅(qū)動。

　　下面以使用數(shù)據(jù)緩沖器 74LS273 驅(qū)動數(shù)碼顯示為例，分析 P2 口編址驅(qū)動的靜態(tài)數(shù)碼顯示電路的設(shè)計。

　　一位 LED 數(shù)碼顯示單元電路如圖 3 所示。　　

與 A8( P2.0) 相或提供 74LS273 的時鐘信號，當(dāng)執(zhí)行“MOVX @DPTR，A”指令時，地址信息由 DPTR 寄存器確定，會出現(xiàn)有效的寫信號 WR，只有當(dāng)?shù)刂?A8 為滿足“0”時，寫信號才可以作為 74LS273 的時鐘信號輸入，完成數(shù)據(jù)鎖存。

　　口為 A8～A15 的 8 位地址線，很容易擴展到 8 只 LED 數(shù)碼管，WR 信號分別與 A8～A15 按或關(guān)系連接，每位地址線均為低電平有效，即可實現(xiàn) 8 個有效地址。

　　該方案電路簡單，但有效地址數(shù)太少，不適用于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計。

　　、低 8 位地址鎖存

　　通常的設(shè)計電路是使用 8D 鎖存器 74LS373 實現(xiàn)地址鎖存，74HC573 與之邏輯功能相同，只是引腳布局不一樣，使用 74HC573 布線更容易。

　　在輸出允許 OE 為 L、控制使能 LE 為 H 時，輸出為跟隨狀態(tài);OE 為 L、LE 為 L 時，輸出為保持狀態(tài)。

　　地址鎖存電路如圖 5 所示。OE 接地，LE 接單片機的 ALE 腳將產(chǎn)生滿足時序的低 8 位地址信號。

　　執(zhí)行以下三條指令會得到如圖 6 所示的時序圖。

　　，# 0FF55H;　低 8 位地址為

　　，# 0AAH;　待發(fā)送數(shù)據(jù) 0AAH→A( 55H 取反

　　，@DPTR，A;　A 中的 0AAH 送地址為 0FF55H 的對象中會。

　　從圖 6 中可以看出，P0 口先送 55H，在 ALE 下降沿實現(xiàn)地址鎖存，隨后送出數(shù)據(jù) 0AAH，在 WR 有效( 低電平) 期間鎖存器輸出低 8 位地址 55H，P0 口送出數(shù)據(jù) 0AAH。

　　、帶譯碼器的復(fù)雜地址接口電路

　　理論上高 8 位地址線可以產(chǎn)生 256 個有效地址，如何實現(xiàn)地址“擴展”呢? 地址擴展準(zhǔn)確描述是地址譯碼，例如 3 根地址線可以譯碼成 8 個地址，4 根譯碼成 16 個有效地址。這里選擇 3-8 譯碼器實現(xiàn)地址譯碼，電路圖以及對應(yīng)的編址如表 1 所示。

　　五、單片機總線編址電路實例

　　總線擴展接口的單片機系統(tǒng)，包括外部 32k RAM 擴展、LCD1602 接口、輸入輸出口。

　　～D7 接數(shù)據(jù)總線 P0 口，地址線 A0～A14 接單片機地址總線低 15 位，單片機地址線 A15 接 RAM 片選信號，低電平有效，這樣 RAM 地址分配從 0000H 到 7FFFH，與 74138 譯碼地址不沖突。

　　、RW 分別接 A12、A13，使能信號編址為 Y7，這樣 LCD 的四個驅(qū)動地址( 數(shù)據(jù)讀寫和命令讀寫) 為 0CFFFH 到 0FFFFH ( 無關(guān)位為 1) 或者 8700H 到 0B700H( 無關(guān)位為 0)。

　　利用 74HC573( 74LS373) 的高阻態(tài)功能，將其輸出 Q0～Q7 接 P0 口，在滿足總線地址讀操作中，可以把輸入 InPORT 的數(shù)據(jù)讀入單片機的累加器，地址為 0F8FFH 或 8000H。

　　利用 74LS273 數(shù)據(jù)鎖存功能，在滿足總線地址寫操作中，可以把單片機累加器里的數(shù)據(jù)寫入 273 鎖存輸出，地址為 0F8FFH 或 8000H。由于所用控制總線不同，可以和輸入共用地址。

　　六、結(jié)束語

　　總線擴展是設(shè)計單片機控制電路必須掌握的技術(shù)，大量的特殊功能 IC 都支持總線接口， 如 ADC0809，TLC7528，DDS 器件 AD9851 等。

　　總線接口的要點就是在嚴(yán)格的控制時序下，總線被分時復(fù)用，以實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計。