AT89S51單片機采用總線結構，使擴展易于實現(xiàn)，AT89S51單片機系統(tǒng)擴展結構如下圖所示。

由上圖可以看出，系統(tǒng)擴展主要包括存儲器擴展和I/O接口部件擴展。AT89S51單片機的外部存儲器擴展即包括程序存儲器擴展又包括數(shù)據(jù)存儲器擴展。AT89S51單片機采用程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間截然分開的哈佛結構。擴展后，系統(tǒng)形成了兩個并行的外部存儲器空間。

由于系統(tǒng)擴展是以AT89S51單片機為核心，通過總線把AT89S51單片機與各擴展部件連接起來。因此，要進行系統(tǒng)擴展首先要構造系統(tǒng)總線。

系統(tǒng)總線按功能通常分為3組，如上圖所示。

(1)地址總線(Address Bus，AB)：地址總線用于傳送單片機單向發(fā)出的地址信號，以便進行存儲單元和I/O接口芯片中的寄存器單元的選擇。

(2)數(shù)據(jù)總線(Data Bus，DB)：數(shù)據(jù)總線用于單片機與外部存儲器之間或與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向的。

(3)控制總線(Control Bus，CB)：控制總線是單片機發(fā)出的各種控制信號線。

下面討論如何來構造系統(tǒng)的三總線。

1．PO口作為低8位地址／數(shù)據(jù)總線

AT89S51單片機受引腳數(shù)目的限制，PO口既用作低8位地址總線，又用作數(shù)據(jù)總線（分時復用），因此需要增加一個8位地址鎖存器。AT 89S51單片機對外部擴展的存儲器單元或I/O接口寄存器進行訪問時，先發(fā)出低8位地址送地址鎖存器鎖存，鎖存器輸出作為系統(tǒng)的低8位地址(A7～A0)。隨后，PO口又作為數(shù)據(jù)總線口(D7～D0)，如右圖所示。

2．P2口的口線作為高位地址線

P2口的全部8位口線用作系統(tǒng)的高8位地址線，再加上地址鎖存器提供的低8位地址，便形成了系統(tǒng)完整的16位地址總線（如右圖所示），從而使單片機系統(tǒng)的尋址范圍達到64KB。

3．控制信號線

除了地址線和數(shù)據(jù)線之外，還要有系統(tǒng)的控制總線。這些信號有的是單片機引腳的第一功能信號，有的則是P3口第二功能信號。其中包括：

(1) PSEN（的反）信號作為外擴程序存儲器的讀選通控制信號。

(2) RD（的反）和WR（的反）信號作為外擴數(shù)據(jù)存儲器和I/O接口寄存器的讀／寫選通控制信號。

(3) ALE信號作為P0口發(fā)出的低8位地址的鎖存控制信號。

(4) EA（的反）信號作為片內、片外程序存儲器的選擇控制信號。

可以看出，盡管AT89S51單片機有4個并行的I/O口，共32條口線，但由于系統(tǒng)擴展的需要，真正給用戶作為數(shù)字I/O使用的，就剩下Pl口和P3口的部分口線了。