单片机IO口扩展技术.docx

单片机IO口扩展技术]

0引言在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，并成为国内单片机应用领域中的主流机型。
MCS-51单片机的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址／数据总线口，P2口是高8位地址线，P3口具有第二功能，这样，真正可以作为双向I／O口应用的就只有P1口了。这在大多数应用中是不够的，因此，大部分MCS-51单片机应用系统设计都不可避免的需要对P0口进行扩展。
由于MCS-51单片机的外部RAM和I／O口是统一编址的，因此，可以把单片机外部64K字节RAM空间的一部分作为扩展外围I／O口的地址空间。这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器单元那样访问外部的P0口接口芯片，以对P0口进行读／写操作。用于P0口扩展的专用芯片很多。如8255可编程并行P0口扩展芯片、8155可编程并行P0口扩展芯片等。本文重点介绍采用具有三态缓冲的74HC244芯片和输出带锁存的74HC377芯片对P0口进行的并行扩展的具体方法。
1输入接口的扩展
MCS-51单片机的数据总线是一种公用总线，不能被独占使用，这就要求接在上面的芯片必须具备“三态”功能，因此扩展输入接口实际上就是要找一个能够用于控制且具备三态输出的芯片。以便在输入设备被选通时，它能使输入设备的数据线和单片机的数据总线直接接通；而当输入设备没有被选通时，它又能隔离数据源和数据总线(即三态缓冲器为高阻抗状态)。
1.174HC2244芯片的功能
如果输入的数据可以保持比较长的时间(比如键盘)，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。74HC244芯片的引脚排列如图1所示。

74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。当1C和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。
1.2应用74HC244芯片扩展输入接口
图2是采用74HC2244芯片进行输入接口扩展的原理电路，图3是读P0口的时序。由图3可以看出，当P2.7和RD同为低电平时，74HC2244才能将输入端的数据送到单片机的P0口。其中，P2.7决定了74HC244的地址，0000H-7FFFH(共32K)地址都可以访问这个单元，这就是用线选法所带来的副作用。通常可选择其中的最高地址作为这个芯片的地址来写程序，如这个芯片的地址是7FFFH。但这仅仅是一种习惯，并不是规定，当然也完全可以用0000H作为这个芯片的地址。当确定了地址之后，其接口的输入操作程序如下：

MOVDPTR，#7FFFH
MOVXA,@DPTR
其中MOVX类指令是MCS-5l单片机专用于对外部RAM进行操作的指令。由于外部I／O与外部RAM是同一接口，所以一般使用这条指令对外部I／O进行操作。一旦执行到MOVX类指令，单片机就会在RD或WR(根据输入还是输出指令)引脚产生一个下降沿，这个下降沿的波形与P2.7相或，则会在或门的输出口也产生一个下降沿，这个下降沿将使74HC244的输出与输入接通，这样，输入设备的数据就可以被MCS-51单片机从总线上读取。
需要说明的是，74HC244是不带锁存的，因此，如果输人设备提供的数据时间比较短，那么就要用带锁存的芯片进行扩展，如74HC373，74HC573等。
2输出接口的扩展
由于单片机的数据总线是为各个芯片服务的，一般不可能为一个输出而一直保持一种状态，因此，输出接口的主要功能是进行数据保持(即数据锁存)，也就是说，输出接口的扩展实际上就是扩展锁存器。
2.174HC377芯片的功能
输出接口扩展通常用74HC377芯片来实现。该芯片是一个带允许端的8D锁存器，其芯片的引脚如图4所示，各相关引脚的功能如下：

◇D0～D7为8位数据输入端；
◇Q0～Q7为8位数据输出端；
◇G为使能控制端；
◇CLK为时钟信号，上升沿锁存数据。
表1所列是该芯片的真值表。

2.2应用74HC377芯片扩展输出接口
图5是利用74HC377进行输出接口扩展的电路连接图。图中，74HC377的G端与P2.6口相连，其地址是x0xxxxxxB，如果把“x”全置为1，则为1011111111111111B，这样，0BFFFH就是该芯片的地址了。

由于MCS-51的WR是与74HC377的CLK端相连的，当WR信号由低变高时，数据总线上的数据为输出数据，而此时P2.6输出低电平，G有效，因此，数据就被锁存。其相关程序如下：
MOVDPTR，#0BFFFH
MOVA，#DATA
MOVX@DPTR，A
此外，利用74HC373芯片、74HC573芯片也可以进行P0口的扩展。
3接