1.6 单片机I/O扩展

1．最小应用系统的构成

用单片机组成应用系统时，使单片机能够正常工作而必须辅以的最少外围电路一起构成单片机的最小应用系统。最小应用系统一般包括单片机、时钟电路、复位电路、电源电路、存储器等。

任何一个复杂的应用系统都是以最小应用系统为基础，通过扩展外部功能模块的方法实现的，所以要学好单片机还必须掌握单片机的外部扩展性。

2．MCS-51单片机的外部扩展特性

当单片机最小系统不能满足系统功能要求时，就需要进行扩展。单片机的系统扩展采用三总线结构，即由地址总线、数据总线和控制总线组成。三总线的结构如图1-17所示。

图1-17 单片机的三总线结构示意图

（1）地址总线AB（Address Bus）地址总线宽度为16位，最大寻址范围为64KB。

地址总线由P0口提供地址低8位A₀～A₇，P2口提供地址高8位A₈～A₁₅。由于P0口是数据/地址复用线，只能分时作地址线使用，故P0口输出的地址低8位只能在地址有效时，由ALE的下降沿锁存到地址锁存器中保持。P2口具有输出锁存功能，故不需外加锁存器便可保持地址高8位。P0口和P2口作系统扩展的地址线后，便不能再作一般的I/O口使用。

（2）数据总线DB（Data Bus）数据总线由P0口提供，其宽度为8位，该口为三态双向口，是应用系统中使用最为频繁的通道。单片机与外部交换的数据、指令、信息，几乎全部由P0口传送。

通常系统数据总线上往往连有很多芯片，而在某一时刻，数据总线上只能有一个有效的数据，则由地址控制各个芯片的片选线来选择哪个芯片的数据有效。

（3）控制总线CB（Control Bus）系统扩展的控制线有、、、ALE、。系统扩展时作为数据/地址复用总线的P0口本身无锁存功能，作为地址输出时必须外接锁存器，常用地址锁存器有73系列的373和273；逻辑图和功能如图1-18所示。而且P0口只可驱动8个LSTTL门电路，P1、P2、P3口只能驱动4个LSTTL门电路。当应用系统规模较大，超过其负载能力时，系统便不能稳定可靠地工作。在这种情况下，系统设计时应加总线驱动器，以增强系统总线的驱动能力。常被用户选择的有单向总线驱动器74LS244、双向驱动器74LS245等芯片。

图1-18 8位锁存器74LS373逻辑图和功能