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在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)、高可靠性和高性?xún)r(jià)比,占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動(dòng)化工程應用的主要市場(chǎng)，并成為國內單片機應用領(lǐng)域中的主流機型。 MCS-51單片機的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址／數據總線(xiàn)口，P2口是高8位地址線(xiàn)，P3口具有第二功能，這樣，真正可以作為雙向I／O口應用的就只有P1口了。這在大多數應用中是不夠的，因此，大部分MCS-51單片機應用系統設計都不可避免的需要對P0口進(jìn)行擴展。 由于MCS-51單片機的外部RAM和I／O口是統一編址的，因此，可以把單片機外部64K字節RAM空間的一部分作為擴展外圍I／O口的地址空間。這樣，單片機就可以像訪(fǎng)問(wèn)外部RAM存儲器單元那樣訪(fǎng)問(wèn)外部的P0口接口芯片，以對P0口進(jìn)行讀／寫(xiě)操作。用于P0口擴展的專(zhuān)用芯片很多。如8255可編程并行P0口擴展芯片、8155可編程并行P0口擴展芯片等。本文重點(diǎn)介紹采用具有三態(tài)緩沖的74HC244芯片和輸出帶鎖存的74HC377芯片對P0口進(jìn)行的并行擴展的具體方法。 1 輸入接口的擴展 MCS-51單片機的數據總線(xiàn)是一種公用總線(xiàn)，不能被獨占使用，這就要求接在上面的芯片必須具備“三態(tài)”功能，因此擴展輸入接口實(shí)際上就是要找一個(gè)能夠用于控制且具備三態(tài)輸出的芯片。以便在輸入設備被選通時(shí)，它能使輸入設備的數據線(xiàn)和單片機的數據總線(xiàn)直接接通；而當輸入設備沒(méi)有被選通時(shí)，它又能隔離數據源和數據總線(xiàn)(即三態(tài)緩沖器為高阻抗狀態(tài))。 1.1 74HC2244芯片的功能 如果輸入的數據可以保持比較長(cháng)的時(shí)間(比如鍵盤(pán))，簡(jiǎn)單輸入接口擴展通常使用的典型芯片為74HC244，由該芯片可構成三態(tài)數據緩沖器。74HC244芯片的引腳排列如圖1所示。 74HC244芯片內部共有兩個(gè)四位三態(tài)緩沖器，使用時(shí)可分別以1C和2G作為它們的選通工作信號。當1C和2G都為低電平時(shí)，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當1G和2G都為高電平時(shí)，輸出呈高阻態(tài)。 1.2 應用74HC244芯片擴展輸入接口 圖2是采用74HC2244芯片進(jìn)行輸入接口擴展的原理電路，圖3是讀P0口的時(shí)序。由圖3可以看出，當P2.7和RD同為低電平時(shí)，74HC2244才能將輸入端的數據送到單片機的P0口。其中，P2.7決定了74HC244的地址，0000H-7FFFH(共32K)地址都可以訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)單元，這就是用線(xiàn)選法所帶來(lái)的副作用。通�？蛇x擇其中的最高地址作為這個(gè)芯片的地址來(lái)寫(xiě)程序，如這個(gè)芯片的地址是7FFFH。但這僅僅是一種習慣，并不是規定，當然也完全可以用0000H作為這個(gè)芯片的地址。當確定了地址之后，其接口的輸入操作程序如下： MOV DPTR，#7FFFH MOVX A,@DPTR 其中MOVX類(lèi)指令是MCS-5l單片機專(zhuān)用于對外部RAM進(jìn)行操作的指令。由于外部I／O與外部RAM是同一接口，所以一般使用這條指令對外部I／O進(jìn)行操作。一旦執行到MOVX類(lèi)指令，單片機就會(huì )在RD或WR(根據輸入還是輸出指令)引腳產(chǎn)生一個(gè)下降沿，這個(gè)下降沿的波形與P2.7相或，則會(huì )在或門(mén)的輸出口也產(chǎn)生一個(gè)下降沿，這個(gè)下降沿將使74HC244的輸出與輸入接通，這樣，輸入設備的數據就可以被MCS-51單片機從總線(xiàn)上讀取。 需要說(shuō)明的是，74HC244是不帶鎖存的，因此，如果輸人設備提供的數據時(shí)間比較短，那么就要用帶鎖存的芯片進(jìn)行擴展，如74HC373，74HC573等。 2 輸出接口的擴展 由于單片機的數據總線(xiàn)是為各個(gè)芯片服務(wù)的，一般不可能為一個(gè)輸出而一直保持一種狀態(tài)，因此，輸出接口的主要功能是進(jìn)行數據保持(即數據鎖存)，也就是說(shuō)，輸出接口的擴展實(shí)際上就是擴展鎖存器。 2.1 74HC377芯片的功能 輸出接口擴展通常用74HC377芯片來(lái)實(shí)現。該芯片是一個(gè)帶允許端的8D鎖存器，其芯片的引腳如圖4所示，各相關(guān)引腳的功能如下： ◇D0～D7為8位數據輸入端； ◇Q0～Q7為8位數據輸出端； ◇G為使能控制端； ◇CLK為時(shí)鐘信號，上升沿鎖存數據。 表1所列是該芯片的真值表。 2.2 應用74HC377芯片擴展輸出接口 圖5是利用74HC377進(jìn)行輸出接口擴展的電路連接圖。圖中，74HC377的G端與P2.6口相連，其地址是x0xxxxxxB，如果把“x”全置為1，則為1011 1111 1111 1111B，這樣，0BFFFH就是該芯片的地址了。 由于MCS-51的WR是與74HC377的CLK端相連的，當WR信號由低變高時(shí)，數據總線(xiàn)上的數據為輸出數據，而此時(shí)P2.6輸出低電平，G有效，因此，數據就被鎖存。其相關(guān)程序如下： MOV DPTR，#0BFFFH MOV A，#DATA MOVX @DPTR，A 此外，利用74HC373芯片、74HC573芯片也可以進(jìn)行P0口的擴展。 3 接口擴展實(shí)例 在實(shí)際的應用系統中，可能需要同時(shí)擴展多個(gè)I／O口，以滿(mǎn)足應用系統的需要。而各個(gè)輸入、輸出擴展I／O芯片應通過(guò)74LS138進(jìn)行“全地址”譯碼選通，從而分時(shí)復用數據總線(xiàn)DB (DataBus)。為了防止過(guò)渡干擾對譯碼選通邏輯造成的影響，單片機系統所用的外圍芯片一般均設為雙步選通方式，即除了配置譯碼選通端外，還應配置使能選通端。而74HC244芯片本身沒(méi)有明顯的片選和讀／寫(xiě)控制端，設計時(shí)通常采用譯碼和讀控制信號來(lái)同時(shí)控制74HC244的CS，從而有效地抑制輸入／輸出數據信息的過(guò)渡干擾。 此電路輸入口擴展采用2個(gè)74HC244。其輸入端接鍵盤(pán)或其它數字信號；而輸出口擴展則選用2個(gè)74HC377，以用于控制數碼管、發(fā)光二極管、繼電器等。其詳細電路原理圖如圖6所示。 其部分代碼如下： 51單片機的數據／地址／控制總線(xiàn)端口都有一定的負載能力，P0口可驅動(dòng)8個(gè)TTL門(mén)電路，P1口、P2口和P3口可驅動(dòng)4個(gè)TTL門(mén)電路。負載超過(guò)上述規定一般應加驅動(dòng)器�？偩�(xiàn)驅動(dòng)器可以使用TTL型三態(tài)緩沖門(mén)電路74HC244、74HC245。另外，在擴展口線(xiàn)的同時(shí)，還應兼顧配置總線(xiàn)驅動(dòng)器，注意總線(xiàn)負載平衡的配置。在總線(xiàn)上適當安裝上拉電阻可以提高總線(xiàn)信號傳輸的可靠性。 此外，一個(gè)系統可能由于存在各種干擾及不穩定因素而出現故障，為解決這一問(wèn)題，設計時(shí)也可以從軟件設計方面采取一些措施。 4 結束語(yǔ) 與其它51單片機P0口擴展相比，本文介紹的輸入／輸出口的P0并行擴展方法，可以很方便的實(shí)現P0口的并行擴展。所設計的接口擴展電路已成功用于實(shí)際系統中。實(shí)際運行表明，采用該方法擴展的P0口系統能夠可靠、穩定的運行。 |
