如何使用并行 I/O 口？如何擴(kuò)展簡單并行 I/O 接口？

MCS-51單片機(jī)有4個(gè)并行I/O口P0、P1、P2和P3，共32個(gè)I/O口引腳，其中：P1口

功能單一，僅作為基本的輸入輸出接口使用;P0口和P2口除了作基本輸入輸出接口外，還在單片機(jī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和I/O接口時(shí)用作地址和數(shù)據(jù)總線;P3口除了作基本輸入、輸出接口外，還具有第二功能。因此，通常情況下，留給用戶使用的只有P1口的8個(gè)引腳，但這往往是不夠的。

比如，在圖5-15中，單片機(jī)的P1口的P1.0~P1.3引腳作為輸入接口與4個(gè)LED燈相連，而P1.4~P1.7引腳作為輸入接口與4個(gè)開關(guān)相連;通過下面的程序，可以由LED燈的亮滅，來反映開關(guān)閉合的狀態(tài)。顯然，當(dāng)開關(guān)和LED燈的數(shù)目大于4時(shí)，P1口的引腳個(gè)數(shù)無法滿足要求，此時(shí)就需要單片機(jī)擴(kuò)展外部的I/O接口。

圖5-15單片機(jī)并口應(yīng)用電路

簡單并行I/O接口的擴(kuò)展

在實(shí)際系統(tǒng)中，74系列的TTL或CMOS芯片是常用的I/O接口芯片。圖5-16是由74LS273和74LS244構(gòu)成的簡單I/O接口擴(kuò)展電路原理圖，其中：74LS273芯片(帶有鎖存功能的鎖存器)為輸出接口，74LS244芯片(帶有三態(tài)緩沖功能的緩沖器)為輸入接口。

在圖5-16中，單片機(jī)的P0口是并行雙向I/O口，若通過P0向輸出接口74LS273寫數(shù)據(jù)，則可以控制LED燈LED0~LED7的亮滅;若通過P0口從輸入接口74LS244讀數(shù)據(jù)，則可獲得開關(guān)S7~S0的開閉狀態(tài);若將從74LS244獲得的開關(guān)狀態(tài)送到74LS273的輸出端，則可利用LED燈的亮滅，反映開關(guān)的開閉狀態(tài)。

【例】簡單I/O擴(kuò)展電路程序設(shè)計(jì)。要求：針對圖5-16所示簡單I/O接口電路，編寫匯編語言程序，由LED燈(LED7~LED0)的亮滅狀態(tài)反映開關(guān)(S7~S0)的開閉狀態(tài)，即若S0閉合，則LED0點(diǎn)亮，依此類推。

電路功能分析如下：

1)開關(guān)S7~S0被連接到74LS244的輸入引腳D7~D0。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，對應(yīng)的74LS244輸入引腳為高電平1;反之，為低電平0。

2)74LS244的輸出引腳Q7~Q0與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0口相連。單片機(jī)可以讀取開關(guān)狀態(tài)的前提是，必須將74LS244輸入引腳D7~D0的狀態(tài)傳送至其輸出引腳Q7~Q0。而74LS244是三態(tài)緩沖器，當(dāng)G為高電平時(shí)，74LS244處于高阻態(tài)，即其輸入引腳和輸出引腳在電氣上是隔離不通的;僅當(dāng)G為低電平時(shí)，其輸入和輸出引腳才是電氣上連通的，即輸入引腳的狀態(tài)能反映在輸出引腳上。

圖5-16簡單I/O接口擴(kuò)展電路

3)74LS273的輸出引腳Q7~Q0與LED燈相連，當(dāng)74LS273的輸出引腳為低電平0時(shí)，對應(yīng)的LED燈被點(diǎn)亮，反之亦然。

4)作為鎖存器，當(dāng)74LS273的CLK引腳出現(xiàn)上升沿信號(hào)時(shí)，其輸入引腳的狀態(tài)將被鎖存到其輸出引腳，并保持不變，直到再次進(jìn)行新的鎖存為止。

5)若由單片機(jī)控制LED燈的亮滅，則必須使單片機(jī)P0口輸出到74LS273輸入引腳的電平出現(xiàn)在74LS273的輸出引腳上，并且保持不變，直至P0口產(chǎn)生新的輸出為止。實(shí)現(xiàn)這一目的的方法是，利用74LS273的鎖存功能，在P0口輸出LED狀態(tài)的同時(shí)給74LS273的CLK引腳提供一個(gè)上升沿信號(hào)，用于觸發(fā)74LS273，將P0口的輸出鎖存，以控制LED燈的亮滅。

I/O接口操作指令分析如下：

1)MCS-51單片機(jī)通過MOVX指令訪問片外擴(kuò)展的I/O接口。輸入指令“MOVX A,@DPTR”和“MOVX A,@Ri”，從I/O端口讀數(shù)據(jù)，并送入單片機(jī)內(nèi)部的累加器A?！癕OVX@DPTR,A”和“MOVX@Ri,A”是輸出指令，可將單片機(jī)內(nèi)部累加器A中的數(shù)據(jù)送至I/O端口。

2)分析圖5-12所示的MOVX指令讀總線周期可知，在讀操作時(shí)，MOVX指令會(huì)令單片機(jī)的RD引腳上出現(xiàn)低電平。若此時(shí)P2.7引腳(此時(shí)P2是高8位地址線)為低電平，則RD的低電平將通過或門，并使74LS244引腳G為低電平，從而使開關(guān)S7~S0的狀態(tài)出現(xiàn)

在74LS244的Q7~Q0引腳上和單片機(jī)的P0口引腳上。另外，當(dāng)RD為低電平時(shí)，在總線時(shí)序的S3階段，P0口為數(shù)據(jù)線，P0口上的數(shù)據(jù)(即開關(guān)S7~S0的狀態(tài))將在MOVX指令的作用下被送入單片機(jī)的累加器A。結(jié)合上述分析可知，使用MOVX指令讀取開關(guān)狀態(tài)時(shí)，必須使P2.7引腳(即地址線A15)為低電平。

3)由圖5-13所示MOVX指令寫總線周期可知，在執(zhí)行MOVX寫指令時(shí)，單片機(jī)WR引腳上的電平會(huì)從高電平變成低電平(即下降沿)，再從低電平變回為高電平(即上升沿)。與讀操作類似，若此時(shí)P2.7引腳為低電平，則WR上的電平變化可以通過或門，并傳輸至74LS273的CLK引腳，而WR的上升沿信號(hào)可以觸發(fā)74LS273進(jìn)行鎖存操作。特別需要注意的是，當(dāng)WR出現(xiàn)上升沿時(shí)，P0恰好為數(shù)據(jù)總線，并且P0上出現(xiàn)的是累加器A中的數(shù)據(jù)，即MOVX指令要輸出的數(shù)據(jù)。因此，可以通過MOVX指令控制LED燈的亮滅。

4)由之前幾條分析可知，控制74LS244(輸入接口)和74LS273(輸出接口)分別完成讀取開關(guān)狀態(tài)和控制燈亮滅的前提是，執(zhí)行指令MOVX時(shí)必須使74LS244和74LS273的地址的最高位A15(P2.7)為低電平0。另外，74LS244和74LS273地址的其他位A14~A0對讀寫無影響，可以為任意值。但是正如之前在外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展中所講的，對讀寫無影響的地址線通常被設(shè)置為高電平1。因此，在本例中，74LS244和74LS273的地址均被設(shè)置為7FFFH。特別需要注意的是，雖然74LS244和74LS273有相同的地址，但是讀、寫時(shí)序的差別使得它們的讀寫操作不會(huì)發(fā)生沖突。

解：匯編語言程序如下：

下面這段程序可實(shí)現(xiàn)與上面程序完全相同的功能，只是MOVX指令的操作數(shù)有差別：

另外，通過正確設(shè)置高位地址線還可以擴(kuò)展更多的輸入和輸出接口。例如：針對圖5-17所示電路，只要正確確定P2.7和P2.6的狀態(tài)，就可以分別選擇訪問74LS244(1)、

74LS273(1)、74LS244(2)和74LS273(2)，即：P2.7和P2.6是I/O端口的選擇線(或稱地址選擇線)，訪問74LS244(1)和74LS273(1)時(shí)，P2.7應(yīng)為低電平0，P2.6應(yīng)為高電平1;而訪問74LS244(2)和74LS273(2)時(shí)，P2.7應(yīng)為高電平1，P2.6應(yīng)為低電平0。