片機(jī)的并行口線優(yōu)秀

1、第10章 單片機(jī)的并行口線擴(kuò)展及應(yīng)用 10.1 并行口線擴(kuò)展 10.2 輸出口線的驅(qū)動(dòng)與隔離片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.1 并行口線擴(kuò)展101.1 通過鎖存存器擴(kuò)展并行接口10.1.2 可編程并行接口芯片8155片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.1 并行口線擴(kuò)展 101.1 通過鎖存存器擴(kuò)展并行接口 51單片機(jī)本身有4個(gè)8位的I/O口線，一般情況下足以滿足我們的要求，在需要較多的I/O端口時(shí)，可以用擴(kuò)展I/O口線的方法：（1）采用74LS244，74LS273芯片實(shí)現(xiàn)存儲器映像方式的I/O口線擴(kuò)展；（2）采用8155、8255可編程I/O芯片的I/O口擴(kuò)展；（3）采用串行轉(zhuǎn)并行的方式的I/O口擴(kuò)展。51系列

2、單片機(jī)通過總線擴(kuò)展外設(shè)的方法如圖4-1所示。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-1 51系列單片機(jī)的擴(kuò)展片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 并行輸入擴(kuò)展通常采用緩沖器74LS244實(shí)現(xiàn)輸入口線擴(kuò)展的原理圖如圖10-2所示，在圖10-2中，采用3-8譯碼器74LS138進(jìn)行地址譯碼，74LS138的A B C輸入端接地址線為A0A1A2, 74LS138使能端接G1aG2aG2B,分別接A15A14及，因此只有在A15為1，A14為0和信號有效，即執(zhí)行MOVX A， DPTR 指令，且DPTR滿足相應(yīng)地址條件時(shí)，輸入端的狀態(tài)才能被讀入到A中，實(shí)現(xiàn)輸入端口的擴(kuò)展功能。輸出端口的擴(kuò)展功能如圖10-2所示，與輸入端口不同的是7

3、4LS244緩沖器換成了74LS273 8D觸發(fā)器及信號換成了，當(dāng)執(zhí)行MOVX DPTR,A時(shí)，地址符合條件譯碼器輸出有效，同時(shí)使能端WR也有效，輸出的數(shù)據(jù)由A中送到8D觸發(fā)器74LS273上并鎖存住，完成了輸出A中內(nèi)容到74LS273并鎖存的功能，實(shí)現(xiàn)了輸出口線的擴(kuò)展功能。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 10-2采用74LS244的輸入口線擴(kuò)展圖 10-3采用74LS273的輸出口線擴(kuò)展片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-3是同時(shí)擴(kuò)展輸入和輸出的電路，在圖10-3中地址譯碼采用線譯碼方式，即采用A15地址線(P2.7)完成，8000H地址譯碼，當(dāng)對8000H地址進(jìn)行MOVX A, DPTR和MOVX DPTR ,

4、A時(shí)，分別從74LS244及74LS273上輸入或輸出信號，采用此方法可以同時(shí)擴(kuò)展多片74LS244或74LS273，實(shí)現(xiàn)多I/O口的擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)注意P0口的帶載能力，可以在P0口上加緩沖器實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，但需要注意的是P0口中數(shù)據(jù)的流向，如果只擴(kuò)展輸入口線或只擴(kuò)展輸出口線，則可以采用74LS244單向緩沖器進(jìn)行緩沖，如果同時(shí)擴(kuò)展輸入及輸出口線，應(yīng)采用74LS245這樣的雙向緩沖器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)能力擴(kuò)展。如圖10-4所示。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-4同時(shí)有輸入，輸出口線擴(kuò)展電路片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.1.2 可編程并行接口芯片8155圖10-5 8155的引腳圖片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 8

5、155是一種可編程的并行I/O插口芯片。有2個(gè)8位1個(gè)6位并行I/O口一個(gè)14位計(jì)數(shù)器的及256BRAM。8155的引腳見圖4-5所示。 1、8155各引腳功能說明如下： RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。復(fù)位后，3個(gè)I/O口均為輸入方式。 AD0AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機(jī)與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過這個(gè)總線口傳送的。：讀選通信號，控制對8155的讀操作，低電平有效。：寫選通信號，控制對8155的寫操作，低電平有效。：片選信號線，低電平有效。IO/：8155的RAM存儲器或I/O口選擇線。當(dāng)IO/0時(shí)，則選擇815

6、5的片內(nèi)RAM，AD0AD7上地址為8155中RAM單元的地址（00HFFH）；當(dāng)IO/1片機(jī)的并行口線優(yōu)秀時(shí)，選擇 8155的I/O口，AD0AD7上的地址為8155 I/O口的地址。 ALE：地址鎖存信號。8155內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息及，IO/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號不需外接鎖存器。PA0PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由過程控制。PB0PB7：8位通用I/O口，功能同A口。PC0PC5：有兩個(gè)作用，既可作為通用的I/O口，也可作為PA口和PB口的控制信號線，這些可通過過程控制。TIM

7、ER IN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。TIMER OUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端。VCC：5V電源。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀2、 8155的地址編碼及工作方式在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，8155是按外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的，為16位地址，其高8位由片選線提供，0，選中該片。當(dāng)0，IO/0時(shí)，選中8155片內(nèi)RAM，這時(shí)8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位編址為00HFFH；當(dāng)0，IO/1時(shí)，選中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7AD0確定，如表10-1所示。這時(shí)，A、B、C口的口地址低8位分別為01H、02H、03H（設(shè)地址無關(guān)位為0）。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀表10-1 8155芯片的I/O口地

8、址AD7AD0選擇I/O口A7A6A5A4A3A2A1A0000011001100010101命令/狀態(tài)寄存器A口B口C口定時(shí)器低8位定時(shí)器高6位及方式片機(jī)的并行口線優(yōu)秀8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或選通I/O方式。C口可工作于基本I/O方式，也可作為A口、B口在選通工作方式時(shí)的狀態(tài)控制信號線。當(dāng)C口作為狀態(tài)控制信號時(shí)，其每位線的作用如下：PC0：AINTR（A口中斷請求線）PC1：ABF（A口緩沖器滿信號）PC2：（A口選通信號）PC3：BINTR（B口中斷請求線）PC4：BBF（B口緩沖器滿信號）PC5：（B口選通信號） 8155的I/O工作方式選擇是通過對8155內(nèi)部命令寄

9、存器設(shè)定控制字實(shí)現(xiàn)的。命令寄存器只能寫入，不能讀出，命令寄存器的格式如圖10-6所示。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀在ALT1ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。ALT3：A口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3PC5為輸出。ALT4：A口、B口為選通輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-6 8155命令寄存器格式片機(jī)的并行口線優(yōu)秀

10、 8155內(nèi)還有一個(gè)狀態(tài)寄存器，用于鎖存輸入/輸出口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。狀態(tài)寄存器的端口地址與命令寄存器相同，低8位也是00H，狀態(tài)寄存器的內(nèi)容只能讀出不能寫入。所以可以認(rèn)為8155的I/O口地址00H是命令/狀態(tài)寄存器，對其寫入時(shí)作為命令寄存器；而對其讀出時(shí)，則作為狀態(tài)寄存器。圖10-7 8155狀態(tài)寄存器格式片機(jī)的并行口線優(yōu)秀3、8155的定時(shí)/計(jì)數(shù)器8155內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)際上是一個(gè)14位的減法計(jì)數(shù)器，它對TIMER IN端輸入脈沖進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束（即減1計(jì)數(shù)“回0”）時(shí)，由TIMER OUT端輸出方波或脈沖。當(dāng)TIMER IN接外部脈沖時(shí)，為計(jì)數(shù)方式；

11、接系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可作為定時(shí)方式。定時(shí)/計(jì)數(shù)器由兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成，其中低14位組成計(jì)數(shù)器，剩下的兩個(gè)高位（M2，M1）用于定義輸出方式。其格式如圖10-8所示。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-8 8155定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制字片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.2 輸出口線的驅(qū)動(dòng)與隔離 10.2.1驅(qū)動(dòng)芯片 10.2.2 光耦合器件片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.2 輸出口線的驅(qū)動(dòng)與隔離10.2.1驅(qū)動(dòng)芯片開關(guān)量的輸入/輸出，從原理上講十分簡單，在控制現(xiàn)場經(jīng)常遇到。CPU只要通過對輸入到端口的信息進(jìn)行分析，判斷其狀態(tài)是“0”還是“1”，就可得知開關(guān)是“閉合”的還是“斷開”的。對于軟件設(shè)計(jì)者來說，如果要控制某個(gè)執(zhí)行器的工作狀態(tài)

12、，只需在編程時(shí)送出“0”或者“1”，即可操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但是由于工業(yè)現(xiàn)場存在著電、磁、振動(dòng)、溫度等各種干擾，再加上各類執(zhí)行器所要求的一電壓量及功率不同，所以在接口電路中除根據(jù)需要選用不同的元器件來設(shè)計(jì)電路外，還需要考慮各種緩沖、隔離和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。見圖10-9單片機(jī)驅(qū)動(dòng)口線的幾種接法.片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-9單片機(jī)口線驅(qū)動(dòng)其它電路的幾種接法片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 常用驅(qū)動(dòng)芯片有ULN2803,7407等,見圖10-10所示。八達(dá)林頓晶體管陣列ULN2803中的八NPN達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路(如TTL，CMOS或PMOSNMOS)和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)錘和其它類似負(fù)

13、載驅(qū)動(dòng)理想器件。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。所有器件的集電極開路輸出并接有用于瞬變抑制的續(xù)流鉗位二極管。ULN2803的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。7407是一種集電極開路的驅(qū)動(dòng)芯片,用它可以驅(qū)動(dòng)小型電器的電路.由于集電極開路,故可以由電源經(jīng)負(fù)載到7407輸出端,然后到地形成新的控制回路。常用的驅(qū)動(dòng)電路如圖10-10所示,圖10-11是ULN2803驅(qū)動(dòng)小型繼電器的電路。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀(a)ULN2803 (b)7407 (C)7406圖10-10 常用的驅(qū)動(dòng)芯片片機(jī)的并行口線優(yōu)秀圖10-11 ULN2803驅(qū)動(dòng)小型繼電器的電路片機(jī)的并行口線優(yōu)秀10.2.2 光耦合器件 1、光耦合器

14、件原理 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了防止干擾，一般采用隔離技術(shù)，I/O的隔離最常采用的是光耦合器。光耦合器是以光為媒介傳輸信號的器件，它把一個(gè)發(fā)光二極和一個(gè)光敏晶體管封裝在一起，發(fā)光二極管加上正向輸入電壓信號（1.1V）就會(huì)發(fā)光。光信號作用在光敏晶體管上輸出信號。光電耦合器的輸入電路和輸出電路是絕緣的，是把“電的聯(lián)系”轉(zhuǎn)化為“光的傳輸”，再把“光的傳輸”轉(zhuǎn)化為“電的聯(lián)系”。即采用光耦合器件時(shí)，單片機(jī)用的是一組電源，外圍器件用的是另一組電源，兩者之間完全隔離了電氣聯(lián)系，而通過光的聯(lián)系來傳輸信息。一路光耦合器可以完成一路開關(guān)量的隔離，如果將8路或片機(jī)的并行口線優(yōu)秀16路一起使用，就能實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)或16

15、位數(shù)據(jù)的隔離。光耦合器的輸入側(cè)都是發(fā)光二極管，但是輸出側(cè)則有多種結(jié)構(gòu)，如光敏晶體管、達(dá)林頓晶體管、TTL邏輯電路以及光敏晶閘管等。光電耦合器的主要參數(shù)有： （1）導(dǎo)通電流和截止電流：當(dāng)發(fā)光二極管流過一電流時(shí)，光耦合器輸出端處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)流過發(fā)光二極管的電流小于某一值時(shí)，光耦合器輸出端截止。不同的光耦合器通常有不同的導(dǎo)通電流，一般在1020mA之間。 （2）頻率響應(yīng)：由于受發(fā)光二極和光敏晶體管響應(yīng)時(shí)間的影響，開關(guān)信號傳輸速度受光耦合器頻率特性的影響，普通光耦只能傳輸10kHz以內(nèi)的脈沖信號。因此，高頻信號傳輸中要考慮其頻特性。在開關(guān)量I/O通道中，信號頻率一般較低，不會(huì)受光耦合器頻率特性的影響

16、。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀（3）輸出端工作電流I是指光耦合器導(dǎo)通時(shí)，通過光敏晶體管的客定電流以，它代表了光耦合器的驅(qū)動(dòng)能力，與電流傳輸比Ic/If有關(guān)，如輸出端是單個(gè)晶體管的光耦合器如4N25的電流傳輸比20%，輸出端是達(dá)林頓晶體管的光耦合器如4N33的電流傳輸比500%。（4）輸出端暗電流：是指光耦合器處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，流過光敏晶體管的額定電流。對光耦合器來說，此值越小越好，以防止輸出端的誤觸發(fā)。（5）輸入/輸出壓降：分別指示發(fā)光二極管，一般在1.21.5V之間。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 （6）隔離電壓：是指光耦合器對電壓的隔離能力。光電耦合器二極管側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路可采用門電路直接驅(qū)動(dòng)。一般的門電路能力有限，

17、常選用帶OC門的電路（如7406反向驅(qū)動(dòng)器、7407同向驅(qū)動(dòng)器）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。根據(jù)受光源結(jié)構(gòu)的不同，可以將光耦合器件分為晶體管輸出型和晶閘管輸出型。晶體管輸出型光耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。在晶體管輸出的光耦合器件中，受光源為光敏晶體管。光敏晶體管可能有基極,如圖10-12（a）所示的4N25，此外還有4N27、4N38等，如圖10-12(b)所示的TLP521，此外還有TLP421，TLP621等。部分光耦合器輸出回路的晶體管采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，用來提高電流傳輸比,如圖10-12（c）所示的4N33，此外還有H11G1、H11G2、H11G3等。 晶閘管輸出型光耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10-13所示

18、片機(jī)的并行口線優(yōu)秀片機(jī)的并行口線優(yōu)秀晶閘管（俗稱可控硅）輸出的光耦合器件受光元件為光敏晶閘管。輸入回路驅(qū)動(dòng)電流是發(fā)光二極的工作電流，一般為1030mA。輸出回路中的光敏晶閘管可耐高壓，4N40和MOC3041的耐壓值高達(dá)400V，MOC30093012的輸出耐壓值電壓為250V，工作電流為十到幾百毫安，可直接控制小功率負(fù)載或作為大功率晶閘管的觸發(fā)源。 2、開關(guān)量輸入接口 （1）行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)與MCS-51單片機(jī)的接口、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)輸入與MCS-51單片機(jī)的接口如圖10-14所示。當(dāng)觸點(diǎn)閉合時(shí)，光電耦合器件的發(fā)光二極管因有電流流過而發(fā)光，使得右側(cè)光敏晶體管導(dǎo)通，從而單片機(jī)的一根I/

19、O端口線送高電平；而當(dāng)觸點(diǎn)未閉合時(shí)，光敏晶體管不導(dǎo)通，送向單片機(jī)的I/O端品引腳為低電平。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 如果用按鈕一來代替行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)，其原理是相同的。所以，可以用此接口電路的原理采集輸入按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等的狀態(tài)信息。對于類似上述輸入的開關(guān)信號。（2）按鍵開關(guān)與M51系列單片機(jī)的接口，按鍵一或者鈕子開關(guān)類器件，可將高電平（或低電平）經(jīng)單片機(jī)的I/O引腳輸入單片機(jī)。 如圖10-15所示，根據(jù)8路開關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)程序分別轉(zhuǎn)移至KF1KF8的程序。圖中8路開關(guān)通過擴(kuò)展輸入接口74LS244與AT89S51的P0口相連，開關(guān)閉合時(shí)產(chǎn)生低電平，當(dāng)P3.0和RD均為低電

20、平時(shí)才能選通74LS244。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀ORG 0100HSTART：CLRP3.0;準(zhǔn)備選通74LS244讀入開關(guān)狀態(tài)MOVXA，DPTR;讀P0口數(shù)據(jù)（只需操作）RRCAJNCKF1;如果D0為低電平，轉(zhuǎn)KF1RRCAJNCKF2;如果D1為高電平，轉(zhuǎn)KF2RRCAJNCKF3;如果D2為低電平，轉(zhuǎn)KF3RRCAJNCKF4;如果D3為低電平，轉(zhuǎn)KF4RRCAJNCKF5;如果D4為低電平，轉(zhuǎn)KF5RRCA片機(jī)的并行口線優(yōu)秀JNCKF6;如果D5為低電平，轉(zhuǎn)KF6RRCA JNCKF7;如果D6為低電平，轉(zhuǎn)KF7RRCAJNCKF8;如果D7為低電平，轉(zhuǎn)KF8SJMP START片機(jī)

21、的并行口線優(yōu)秀片機(jī)的并行口線優(yōu)秀3、功率輸出電路的控制繼電器常用于控制電路的導(dǎo)通和斷開，包括電磁繼電器、接觸器和干簧管。其工作原理是利用線圈產(chǎn)生磁場，吸引內(nèi)部的銜鐵，使動(dòng)片離開常閉結(jié)點(diǎn)，與常開結(jié)點(diǎn)連通，實(shí)現(xiàn)電路的通斷。根據(jù)線圈所加電壓類型分為直流繼電器和交流繼電器兩大類，其中直流繼電器常用于單片機(jī)系統(tǒng)的輸出接口。在驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備時(shí)，經(jīng)常得用繼電器作為中間驅(qū)動(dòng)源，通過這個(gè)驅(qū)動(dòng)源，可以完成從低壓直流到高壓交流的過渡。如圖10-16所示?？刂菩盘柦?jīng)光電隔離后，繼電器控制線圈由直流部分控制，而其輸出觸點(diǎn)則可以直接控制220V基至更高的電壓。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮3個(gè)方面：片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 （1）驅(qū)動(dòng)電壓與繼

22、電器的額定電壓相匹配。例如，額定吸合電壓為12V的繼電器，驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)在12V左右。驅(qū)動(dòng)電壓太小，將引起繼電器抖動(dòng)，甚至不吸合；驅(qū)動(dòng)電壓太大，會(huì)因線圈過流而損壞。 （2）控制回路的工作電流要小于繼電器的額定觸點(diǎn)電流。 （3）由于電器的控制線圈有一定的電感，在關(guān)斷瞬間能產(chǎn)生較大的反電勢，因此在繼電器的控制線圈上反向并聯(lián)一個(gè)二極管用于電感反向放電，用來保護(hù)驅(qū)動(dòng)晶體管不會(huì)擊穿。 （4）對于驅(qū)動(dòng)電流較大的繼電器，可以采用達(dá)林頓輸出的光耦合器件直接驅(qū)動(dòng)。也可以在光電耦合器件與繼電器之間再加一級晶體管驅(qū)動(dòng)，例如S8050、S8550、S9012S9015等。片機(jī)的并行口線優(yōu)秀 1、雙向晶閘管輸出接口 如圖1

23、0-17為MOC3041與雙向晶閘管的接線圖，雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ埽_關(guān)無觸點(diǎn)，且能在交流、大電流的應(yīng)用場合使用，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。雙向晶閘管器件也稱光耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器，與一般的光耦合器不同，其輸出部分是硅光敏雙向晶閘管，有的還帶有過零觸發(fā)檢測器，用于保證在電壓接近為零時(shí)觸發(fā)晶閘管。常用的有MOC3000系列等，如MOC3011用于110V交流、MOC3041用于220V交流。 2、固態(tài)繼電器數(shù)出接口 固態(tài)繼電器是(SSR)是近年來發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用TTL、HTL、CMOS等集成電路或簡單的輔助電路就可以直接驅(qū)動(dòng)，因此特別適片機(jī)的并行口線優(yōu)秀宜在控制現(xiàn)場作為輸出功率控制組件。其輸出利用晶體管或