單片機在復(fù)雜的應(yīng)用中，片內(nèi)的資源往往不能滿足實際需求，需要擴充較大的存儲容量和較多的 I/O 接口。所謂系統(tǒng)擴展，一般有兩項主要任務(wù)：

其一，是把系統(tǒng)所需的外設(shè)和單片機連接起來，使單片機系統(tǒng)能與外界進行信息交換。如通過鍵盤、A/D 轉(zhuǎn)換器等外部設(shè)備向單片機送入數(shù)據(jù)、命令等有關(guān)信息，去控制單片機運行;通過顯示器、發(fā)光二極管、打印機等設(shè)備把單片機處理的結(jié)果送出來，向人們提供各種信息或?qū)ν饨缭O(shè)備提供控制信號，這項任務(wù)實際上就是單片機接口設(shè)計。

其二，是擴大單片機的存儲容量。由于單片機芯片的結(jié)構(gòu)、集成工藝等關(guān)系，單片機內(nèi) ROM 、RAM 等容量不可能很大，在使用中有時不夠，需要在芯片外進行擴展。

因此，系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)一般有以下幾方面內(nèi)容：

(1) 外部總線的擴展;

(2) 外部存儲器的擴展;

(3) 輸入/輸出接口的擴展;

(4) 管理功能部件的擴展(如定時器/計數(shù)器、鍵盤/顯示器等);

(5) A/D 和 D/A 接口技術(shù)。

一、外部總線的擴展

MCS 51 芯片沒有對外專用的地址總線和數(shù)據(jù)總線，那么在進行對外擴展存儲器或 I/O 接口時，首先需要擴展對外總線。通過 MCS 51 引腳 ALE 可實現(xiàn)對外總線擴展。在 ALE 為有效高電平期間，P0 口上輸出 A7 ~A0 ，因而只需在 CPU 片外擴展一片地址鎖存器，用 ALE 的有效高電平邊沿作鎖存信號，即可將 P0 口上的地址信息鎖存，直到 ALE 再次有效。在 ALE 無效期間 P0 口傳送數(shù)據(jù)，即作數(shù)據(jù)總線口。這樣就可將 P0 口 的地址線和數(shù)據(jù)線分開。圖 7.1 為 MCS 51 擴展的外部三總線示意圖。

圖 7.1 MCS 51 外部三總線示意圖

通常用作單片機地址鎖存器的芯片有 74LS273 、74LS377 、74LS373 、8282 等，圖 7.2 的(a)、(b) 和(c) 給出了 74LS373 、8282 和 74LS273 的引腳，以及它們用做地址鎖存器的接法。

圖 7.2 地址鎖存器的引腳和接口

74LS373 和 8282 是帶三態(tài)輸出的 8 位鎖存器，兩者的結(jié)構(gòu)和用法類似。以 74LS373 為例，當(dāng)三態(tài)端 OE有效，使能端 G 為高電平時，輸出跟隨輸入變化;當(dāng) G 端由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 G 端再次有效。

74LS273 為 8D 觸發(fā)器 ，當(dāng)時鐘上升沿到來時，將 D 端輸入的數(shù)據(jù)鎖存。作為地址鎖存器使用時，可將 ALE 反相接 74LS273 的 CLK 端，CLK 端接+5V 。

二、總線驅(qū)動

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，擴展的三總線上掛接很多負載，如存儲器、并行接口、A/D 接口、顯示接口等，但總線接口的負載能力有限，因此常常 需要通過連接總線驅(qū)動器進行總線驅(qū)動。

總線驅(qū)動器對于單片機的 I/O 口只相當(dāng)于增加了一個 TTL 負載，因此驅(qū)動器除了對后級電路驅(qū)動外，還能對負載的波動變化起隔離作用。在對 TTL 負載驅(qū)動時，只需考慮驅(qū)動電流的大小;在對 MOS 負載驅(qū)動時，MOS 負載的輸入電流很小，更多地要考慮對分布電容的電流驅(qū)動。

1. 常用的總線驅(qū)動器

系統(tǒng)總線中地址總線和控制總線是單向的，因此驅(qū)動器可以選用單向的，如 74LS244 。 74LS244 還帶有三態(tài)控制，能實現(xiàn)總線緩沖和隔離。

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線是雙向的，其驅(qū)動器也要選用雙向的，如 74LS245 。74LS245 也是三態(tài)的，有一個方向控制端 DIR，DIR=1 時輸 出 (An 一Bn )， DIR=0 時輸入(An ←Bn )。 74LS244 、74LS245 的引腳見圖 7.3 。

圖 7.3 總線驅(qū)動器芯片管腳

(a) 單 向驅(qū)動器; (b) 雙 向驅(qū)動器

2.總線驅(qū)動器的接口

圖 7.4 給出了總線驅(qū)動器 74LS244 和 74LS245 與 8051 管腳間的接口方法。

圖 7.4 8051 與總線驅(qū)動器的接口

(a) P2 口 的驅(qū)動; (b) P0 口 的驅(qū)動

由于 P2 口始終輸出地址高 8 位，接口時 74LS244 的三態(tài)控制端 1G 和 2G 接地，P2 口 與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。

P0 口與 74LS245 輸入線相連，端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051 的 RD和 PSEN相與 后接 DIR，使得 RD或 PSEN有效時，74LS245 輸入，其它時間處于輸出狀態(tài)。