MCS-51单片机总线及接口技术分析
曾绮
摘要：本文开始总体上描述了总线与接口的作用及它们之间的关系，然后以MCS-51单片机为例介绍了单片机的三种总线：数据总线、地址总线、控制总线。并依据典型的开发板原理图，介绍了51单片机与矩阵键盘，LCD液晶屏等的借口电路。对51单片机的引脚功能和读写时序进行了具体介绍。
关键字：MCS-51 总线接口键盘LCD
1.总线与接口综述
计算机中多个功能部件共享的一组信息传输线称为总线，而接口则是两个系统或子程序交接并通过它彼此作用的部分。计算机总线按照其所处的层次分类可分为片内总线、内部总线、系统总线和外部总线。接口按照其传输数据的方式分类课分为串行接口和并行接口。其实总线与接口是密不可分的，它们一起构成了计算机或嵌入式系统各功能模块之间的信息传输通道。
MCS-51 单片机主要应用于嵌入式应用中，即单片机并不作为独立的设备，而是作为其他设备的智能核心，在设备中起到检测、处理和控制等作用。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：
①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K 字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。
②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。
③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。其中P3口的大二功能如下所示：
P3.0 10 RXD（串行输入口）
P3.1 11 TXD（串行输出口）
P3.2 12 INT0（外部中断0）
P3.3 13 INT1（外部中断1）
P3.4 14 T0（定时器0外部输入）
P3.5 15 T1（定时器1外部输入）
P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）
P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）
2 STC开发板应用举例
下面以STC开发板的原理图为例介绍其外部接口：
2.1芯片引脚图：
以上是双列直插的51单片机的外部引脚图，图中显示出了第9、18、19脚的使用方法。
①第9脚为RST/VPD当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。当二极管发光时为系统复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。
②18、19脚为外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
XTAL2接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。
2.2 8段数码管驱动原理图：
①P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。在本例中，8个p0口全部用于传输数码管的段码。控制数码管显示的具体数值。
②P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。在本例中p1口用于对8个数码管进行扫描选择。在高频率的扫描电压下，可认为8个数码管同时显示。
2.3 4×4矩阵键盘驱动原理图：
①P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。
在本例中P2.0~p2.3为输出端口，p2.4~p2.7为输入端口。
2.4 USB转串口原理图：
①4232是一片USB转串口的芯片，11~14脚接USB的四根线，分别为：黑线（电源地），红线（电源正），白线（-数据），绿线（+数据）
②DB9为9针的串口，其引脚定义如下：
1：数据载波检测 2：接收数据 3:发送数据 4：数据终端准备 5：信号地 6：数据设备准备 7：请求发送 8：清除发送 9：振铃指示
③P3.0和P3.1分别为串口数据的输入和输出端口。因此与4232的9脚和10脚相连。
2.5 RS-232接口标准介绍
①在机械特性方面，RS-232使用ISO 2110关于插头座的标准。这就是使用25根引脚DB-25插头座。引脚分为上下两排，分别有12根和13根引脚，其编号分别规定为1至13和14至25，都是从左至右。
②在电气性能方面，RS-232与CCITT的建议书V.288一致。但是RS-232采用负逻辑，即逻辑0相当于信号高电压，逻辑1 相当于信号低电压。当连接电缆线的长度不超过15m时，允许数据传输速率不超过20kb/s，但是当连接电缆线的长度较短时，数据传输速率就可以大为提高。
③RS-232的功能特性与CCITT的V.2４建议书一致，它规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根以及该引脚的作用。
下图表示的是RS-232的信号定义：
