5分鐘了解單片機(jī)數(shù)據(jù)、地址、控制總線結(jié)構(gòu)

時間：2021-11-16 14:36:13

關(guān)鍵字：單片機(jī) 總線控制

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[導(dǎo)讀]一、總線概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以微處理器為核心的，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(jī)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(jì)算機(jī)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...

一、總線概述

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以微處理器為核心的，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(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)的三總線結(jié)構(gòu)

51系列單片機(jī)具有完善的總線接口時序，可以擴(kuò)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(dú)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(jī)三總線擴(kuò)展示意如圖1 所示。

1、數(shù)據(jù)總線

51 單片機(jī)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?cái)?shù)據(jù)。

2、地址總線

51 系列單片機(jī)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。

3、控制總線

51 系列單片機(jī)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(jī)總線時序分析

51 單片機(jī)總線時序如圖2 所示：

從圖2 中可以看出，完成一次總線( 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(shí)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(jī)編址電路

1、簡單地址擴(kuò)展

51 單片機(jī)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(jì)。

一位LED 數(shù)碼顯示單元電路如圖3所示：

WR 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)刂稟8 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。

P2 口為A8～A15 的8 位地址線，很容易擴(kuò)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(shí)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(jì)。

2、低8 位地址鎖存

通常的設(shè)計(jì)電路是使用8D 鎖存器74LS373 實(shí)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。

74LS373 真值表如圖4所示：

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(jī)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。

MOV DPTR，# 0FF55H;　低8 位地址為55H

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

MOVX，@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(shí)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。

3、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(shí)現(xiàn)地址“擴(kuò)展”呢? 地址擴(kuò)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(shí)現(xiàn)地址譯碼，電路圖以及對應(yīng)的編址如表1 所示。