要想彻底理解单片机P0口加上拉电阻的问题，必须要从P0端口的结构及工作原理入手。51系列单片机有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，共有32根端口线。这是针对最早的MCS-8051系列来说的，现在国内最新的STC公司生产的12系列、15系列的单片机对此有新的定义，读者可自行查阅相关资料进行了解。......
2025-09-30
单片机并行扩展总线应用
【摘要】：图8－1单片机并行扩展系统结构图由扩展系统结构图可知，扩展是通过系统总线进行的。8051单片机外扩展空间为64KB，即216个地址单元，因此地址总线有16位。8051单片机并行扩展总线的构成如图8－2所示。可以看出，尽管8051单片机有4个并行I／O口，共32条口线，但由于系统外扩展的需要，仅剩P1口以及P3口部分口线可作普通I／O使用。
单片机系统扩展是以单片机为核心来进行的，存储器扩展中包括程序存储器和数据存储器，其余所有扩展内容统称为I／O扩展。单片机并行扩展系统结构如图8－1所示。
图8－1 单片机并行扩展系统结构图
由扩展系统结构图可知，扩展是通过系统总线进行的。所谓总线就是连接单片机各扩展部件的一组公共信号线，是系统共享的通路，通过总线把各扩展部件连接起来，以进行数据、地址和控制信号的传送。
1．并行扩展总线的组成
并行扩展总线包括3个组成部分，即地址总线、数据总线和控制总线。
（1）地址总线
地址总线（Address Bus，简写AB）上传送的是地址信号，用于外扩展存储单元和I／O端口的寻址。地址总线是单向的，因为地址信号只能从单片机向外传送。
一条地址线提供一位地址，所以地址总线的数目决定了可寻址存储单元的数目。例如，n位地址，可以产生2n个连续地址编码，可访问2n个存储单元，即寻址范围为2n地址单元。8051单片机外扩展空间为64KB，即216个地址单元，因此地址总线有16位。
（2）数据总线
数据总线（Data Bus，简写DB）用于传送数据、状态、指令和命令。数据总线的位数应与单片机字长一致。例如，8051单片机是8位字长，所以数据总线的位数也是8位。数据总线是双向的，即可以进行两个方向（读／写）的数据传送。
（3）控制总线
控制总线（Control Bus，简写CB）是一组控制信号线，其中既有单片机发出的，也有外扩展部件发出的。一个控制信号线的传送是单向的，但由不同方向信号线组合的控制总线则表示的为双向。
总线结构可以提高系统的可靠性，增强系统的灵活性。此外，总线结构也使系统扩展易于实现，各扩展部件只要符合总线规范，就可以很方便地接入系统。
2．8051单片机并行扩展总线
虽然系统扩展需要地址总线和数据总线，但在单片机芯片上并没有为此提供专用的地址引脚和数据引脚，实际扩展时都是用I／O口线来充当地址线和数据线的。8051单片机并行扩展总线的构成如图8－2所示。
（1）以P0口的8位口线充当低位地址线／数据线
低位地址线是指低8位地址A7～A0，而数据线为D7～D0。由于P0口一线两用，既传送地址又传送数据，所以要采用分时技术对它上面的地址和数据进行分离。(https://www.chuimin.cn)
使用分时技术被分离出的是低8位地址，因为CPU对扩展系统的操作总是先送出地址，然后再进行数据读／写操作，所以应把首先出现的地址分离出来，以便腾出总线供其后的数据传送使用。为保存分离出的地址，需另外增加一个8位锁存器，并以ALE作为锁存控制信号。从图8－3为单片机读外部数据的时序图，从图中可以看出，在CPU送出地址时，ALE信号正好有效。为了与ALE信号相适应，应选择高电平或下降沿选通的锁存器，例如74LS373等。
图8－2 8051单片机并行扩展总线结构图
图8－3 单片机读外部数据的时序图
低8位地址进入锁存器，经另一途经提供给扩展系统。在其后的时间里，P0口线作为数据线使用，进行数据传送。其实在P0口的电路逻辑中已考虑了这种需要，其中的多路转接电路MUX以及地址／数据就是为此而设计的。
（2）P2口的口线作为高位地址线
P2口只作为高位地址线使用。如果使用P2口全部8位口线，再加上P0口提供的低8位地址，就形成了完整的16位地址总线，使单片机外扩展的寻址范围达到64K单元。
在实际应用中，高位地址线根据需要从P2口中引出，需要用几位就引出几条口线。在极端情况下，若外扩展容量小于256个单元，则不需要高位地址线。
（3）控制信号
除地址线和数据线外，系统扩展时还需要单片机提供一些控制信号，这就是扩展系统的控制总线。这些控制信号包括：
1）使用ALE作为地址锁存的选通信号，以实现8位地址锁存。
2）以
信号作为扩展程序存储器的读选通信号。
3）以
信号作为内、外程序存储器的选择信号。
4）以
和
作为扩展数据存储器和I／O端口的读／写选通信号。
可以看出，尽管8051单片机有4个并行I／O口，共32条口线，但由于系统外扩展的需要，仅剩P1口以及P3口部分口线可作普通I／O使用。
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