【正文】 第 8章 單片機(jī)的 I/O擴(kuò)展 本章內(nèi)容 ? 系統(tǒng)擴(kuò)展的含義 ? I/O口的擴(kuò)展 ? 利用 I/O接口芯片： 82C5 81C51的 I/O口擴(kuò)展 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展概述 1. 系統(tǒng)擴(kuò)展的含義 ? 在單片機(jī)芯片外加相應(yīng)的芯片 、 電路 ， 使得有關(guān)功能得以擴(kuò)充 ， 稱(chēng)為系統(tǒng)擴(kuò)展 。 ? 系統(tǒng)擴(kuò)展包括：外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展 ， I/O接口擴(kuò)展 ， 總線擴(kuò)展等 2. 系統(tǒng)擴(kuò)展分類(lèi) ? 單一功能的擴(kuò)展 ? 綜合功能的擴(kuò)展 單片機(jī) I/O擴(kuò)展概述 4. 擴(kuò)展 I/O接口電路的功能： ? 速度協(xié)調(diào) ? 輸出數(shù)據(jù)鎖存 ? 輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖 ? 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 3. 為什么要擴(kuò)展 I/O口 ? 單片機(jī)本身接口功能有限 ? 單片機(jī)控制應(yīng)用中的復(fù)雜接口要求 ? 常用編址方法有： 獨(dú)立編址 和 統(tǒng)一編址 。 ? MCS－ 51單片機(jī)采用與外部 RAM統(tǒng)一編址方法 ， 即每一個(gè)擴(kuò)展的 I/O口相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)展的 RAM單元； ? 訪問(wèn)外部 I/O口的指令同訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指令 。 5. 51單片機(jī)擴(kuò)展 I/O接口編址方法 例如： MOVX @DPTR , A MOVX A,@DPTR MOVX @RI,A MOVX A,@RI 。其中 ， DPTR、 RI中裝 I/O對(duì)應(yīng)的地址 （ 1）無(wú)條件傳送方式 ? 無(wú)條件傳送也稱(chēng)為同步程序傳送。 ? 只有那些能一直為數(shù)據(jù) I/O傳送作好準(zhǔn)備的設(shè)備，才能使用無(wú)條件傳送方式。因?yàn)樵谶M(jìn)行 I/O操作時(shí)，不測(cè)試設(shè)備的狀態(tài)，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作。 ? 該方式適用于兩類(lèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入／輸出： ① 具有常駐的數(shù)據(jù)信號(hào) ② 變化緩慢的數(shù)據(jù)信號(hào)的設(shè)備。 ? 無(wú)條件傳送接口邏輯示于圖 81 6. 單片機(jī) I/O控制方式 圖 81 無(wú)條件傳送的接口邏輯 ? 在 I/O操作之前 ， 要先檢瀏設(shè)備的狀態(tài) ， 以了解設(shè)備是否已為數(shù)據(jù)I/O作好了準(zhǔn)備； ? 只有在確認(rèn)設(shè)備已 “ 準(zhǔn)備好 ” 的情況下 ， 單片機(jī)才能執(zhí)行數(shù)據(jù) I/O操作 。 操作流程見(jiàn)圖 82 ? 為了實(shí)現(xiàn)查詢(xún)方式的數(shù)據(jù)傳送 ， 需要由接口電路提供設(shè)備狀態(tài) ， 并以軟件方法進(jìn)行狀態(tài)測(cè)試 。 這是一種軟硬件方法結(jié)合的數(shù)據(jù)傳送方式 。 ? 程序查詢(xún)方式 ， 電路簡(jiǎn)單 ， 查詢(xún)軟件也不復(fù)雜 ， 而且通用性強(qiáng) 。 （ 2）查詢(xún)方式（有條件傳送方式） 圖 82 查詢(xún)傳送流程 ? 中斷方式又稱(chēng)程序中斷方式、它與查詢(xún)方式的主要區(qū)別在于知何知道設(shè)備是否為數(shù)據(jù)傳送作好了準(zhǔn)備，查詢(xún)方式是單片機(jī)的主動(dòng)形式，而中斷方式則是單片機(jī)等待通知（中斷請(qǐng)求）的被動(dòng)形式。 ? 采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，當(dāng)設(shè)備為數(shù)據(jù)傳送作好準(zhǔn)備之后，就向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求； ? 單片機(jī)接收到中斷請(qǐng)求之后，即作出響應(yīng)，暫停正在執(zhí)行的原程序，而轉(zhuǎn)去為設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入／輸出服務(wù) ? 待服務(wù)完成之后，程序返回，單片機(jī)再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的原程序。中斷傳送邏輯見(jiàn)圖 83。 （ 3）中斷方式 圖 83 中斷方式數(shù)據(jù)傳送邏輯 7. I/O擴(kuò)展的分類(lèi) ? 利用鎖存器、緩沖器進(jìn)行并行口簡(jiǎn)單擴(kuò)展 ? 用可編程并行接口芯片進(jìn)行擴(kuò)展 I/O接口擴(kuò)展常用芯片 ? 51單片機(jī)常用 I/O擴(kuò)展芯片示于表 81。 表 81 MCS51單片機(jī) I/O擴(kuò)展常用芯片 簡(jiǎn)單 I/O口擴(kuò)展 簡(jiǎn)單接口常用鎖存器、緩沖器芯片 ? I/O口的簡(jiǎn)單擴(kuò)展 ? 輸出口 利用鎖存器擴(kuò)展 ? 輸入口 利用緩沖器擴(kuò)展 ? 74LS37 74LS27 74LS24 74LS245 1. 8位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273/373 （ 1） 74LS273 ? 74LS273是一種帶清除功能的 8D觸發(fā)器 ? 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 84所示 ? 引腳分布如圖 85所示 ? 真值表見(jiàn)表 82所示 ? 1D～ 8D為數(shù)據(jù)輸入端 ? 1Q～ 8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作 8位地址鎖存器。 表 82 74LS273真值表 圖 74LS273內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 85 74LS273封裝圖 （ 2） 74LS373 ? 74LS373是一種帶有三態(tài)輸出門(mén)的 8D觸發(fā)器 ? 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 86所示 ? 引腳分布如圖 87所示 ? 數(shù)據(jù)輸入由允許端 G控制 ? 數(shù)據(jù)輸出由數(shù)據(jù)輸出控制端控制 ? 各觸發(fā)器僅輸出單一狀態(tài) ? D1～ D8為數(shù)據(jù)輸入端 ? Q1～ Q8為數(shù)據(jù)輸出端 ? 觸發(fā)器的功能如表 83所示 ? 常用作數(shù)據(jù) /地址鎖存器 圖 86 74LS373內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表 83 74LS373真值表 圖 87 74LS373引腳功能圖 （ 3） 74LS244 ? 74LS244是 三態(tài)八緩沖器 /線驅(qū)動(dòng)器 /線接收器 (3S， 兩組控制 ) ? 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖 （ 見(jiàn)圖 88） : 圖 88 74LS244引腳功能圖 （ 3） 74LS244（續(xù)） ? 引出端符號(hào) : ? 1A1~1A4， 2A1~2A4： 輸入端 ? 1G, 2G： 三態(tài)允許端 (低電平有效 ) ? 1Y1~1Y4， 2Y1~2Y4： 輸出端 ? 真值表 : （見(jiàn)表 84） 表 84 74LS244真值表 （ 4） 74LS245 ? 74LS245: 8位雙向 3態(tài)緩沖電路，主要用在數(shù)據(jù)的雙向緩沖 ? 內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯見(jiàn)圖 89 圖 89 74LS245引腳功能圖 （ 4） 74LS245（續(xù)） ? 74LS245的真值表見(jiàn)表 85 表 85 74LS245真值表 簡(jiǎn)單 I/O口擴(kuò)展 1. 簡(jiǎn)單輸入口擴(kuò)展 圖 810 74LS244擴(kuò)展輸入接口電路 2. 簡(jiǎn)單輸出口擴(kuò)展 圖 811 74LS377擴(kuò)展輸出接口電路 3. 簡(jiǎn)單并行口擴(kuò)展應(yīng)用舉例 圖 812 74LS系列擴(kuò)展輸入 /輸出接口電路 ? 【 例 81】 如圖 812所示為一個(gè)利用 74LS244和 74LS273芯片， 將 P0口擴(kuò)展成簡(jiǎn)單的輸入 /輸出口的電路 。 ? 74LS244和 74LS273的工作受 AT89S51的 、 RD、 WR 3條控制線控制 。 ? 74LS244作為擴(kuò)展輸入口 ， 8個(gè)輸入端分別接 8個(gè)按鈕開(kāi)關(guān) 。 ? 74LS273是 8D鎖存器擴(kuò)展輸出口 ， 接 8個(gè) LED發(fā)光二極管 ， 以顯示 8個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài) 。 ? 當(dāng)某條輸入口線的按鈕開(kāi)關(guān)按下時(shí) ， 該輸入口線為低電平 ， 讀入單片機(jī)后， 其相應(yīng)位為 “ 0” ， 然后再將口線的狀態(tài)經(jīng) 74LS273輸出 ， 某位低電平時(shí)二極管發(fā)光 ， 從而顯示出按下的按鈕開(kāi)關(guān)的位置 。 ? 該電路的工作原理如下 ? 當(dāng) =0， RD=0（ WR=1） 時(shí) ， 選中 74LS244芯片 ， 此時(shí)若無(wú)按鈕開(kāi)關(guān)按下 ， 輸入全為高電平 。 當(dāng)某開(kāi)關(guān)按下時(shí)則對(duì)應(yīng)位輸入為 “ 0” ， 74LS244的輸入端不全為 “ 1” ， 其輸入狀態(tài)通過(guò) P0口數(shù)據(jù)線被讀入 AT89S51片內(nèi) 。 ? 當(dāng) =0， WR=0（ RD=1） 時(shí) ， 選中 74LS273芯片 ， CPU通過(guò) P0口輸出數(shù)據(jù)鎖存到 74LS273， 74LS273的輸出端低電平位對(duì)應(yīng)的 LED發(fā)光二極管點(diǎn)亮 。 ? 總之 ， 在 圖 812中 只要保證 “ 0” ， 其他地址位或 “ 0” 或 “ 1” 即可 。 如地址用 FEFFH（ 無(wú)效位全為 “ 1” ） ， 或用 0000H（ 無(wú)效位全為 “ 0”） 都可 。 【 例 81】 分析 輸入程序段： MOV DPTR， 0FEFFH ； I/O地址 → DPTR MOVX A， @DPTR ； RD為低， 74LS244數(shù)據(jù)被讀入 A中 輸出程序段： MOV A， data ；數(shù)據(jù) data→A MOV DPTR， 0FEFFH ； I/O地址 0FEFFH→DPTR MOVX @DPTR， A ； WR為低，數(shù)據(jù)經(jīng) 74LS273口輸出 【 例 81】 輸入、輸出程序 程序如下： DDIS： MOV DPTR， 0FEFFH ；輸入口地址 → DPTR LP： MOVX A， @DPTR ；按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)讀入 A中 MOVX @DPTR， A ； A中數(shù)據(jù)送顯示輸出口 SJMP LP ；反復(fù)連續(xù)執(zhí)行 ? 由程序可看出，對(duì)于擴(kuò)展接口的輸入 /輸出就像從外部 RAM讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)一樣方便。圖 812僅僅擴(kuò)展了兩片，如果仍不夠用，還可擴(kuò)展多片 74LS2474LS273之類(lèi)的芯片。但作為輸入口時(shí)，一定要求有三態(tài)功能，否則將影響總線的正常工作。 【 例 81】 程序編寫(xiě)程序把按鈕開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)圖 812的發(fā)光二極管顯示出來(lái) 。 用 51單片機(jī)的串行口擴(kuò)展并行口 ? 串口的 方式 0用于 I/O擴(kuò)展 。 方式 0為 同步移位寄存器 工作方式 ， 波特率為 fosc/12。 數(shù)據(jù)由 RXD端 （ ） 輸入 ， 同步移位時(shí)鐘由 TXD端 （ ） 輸出 。 1. 用 74LS165擴(kuò)展并行輸入口 ? 如圖 813， 用 51單片機(jī)的串口 擴(kuò)展兩個(gè) 8位并行輸入口 。 ? 74LS165是 8位并行輸入串行輸出的寄存器 。 當(dāng) 74LS165的 S/L端由高到低跳變 ， 并行輸入端的數(shù)據(jù)被置入寄存器； ? 當(dāng) S/L=1， 且時(shí)鐘禁止端 （ 15腳 ） 為低時(shí) ， 允許 TXD（ ） 移位時(shí)鐘輸入 ， 在該脈沖作