最新单片机的并行口线

1、 10.1 并行口线扩展 10.2 输出口线的驱动与隔离10.1 并行口线扩展 101.1 通过锁存存器扩展并行接口 10.1.2 可编程并行接口芯片815510.1 10.1 并行口线扩展并行口线扩展 10101.1 1.1 通过锁存存器扩展并行接口通过锁存存器扩展并行接口 51单片机本身有4个8位的i/o口线，一般情况下足以满足我们的要求，在需要较多的i/o端口时，可以用扩展i/o口线的方法： （1）采用74ls244，74ls273芯片实现存储器映像方式的i/o口线扩展； （2）采用8155、8255可编程i/o芯片的i/o口扩展； （3）采用串行转并行的方式的i/o口扩展。 51系列单

2、片机通过总线扩展外设的方法如图4-1所示。图图10-1 5110-1 51系列单片机的扩展系列单片机的扩展 并行输入扩展通常采用缓冲器74ls244实现输入口线扩展的原理图如图10-2所示，在图10-2中，采用3-8译码器74ls138进行地址译码，74ls138的a b c输入端接地址线为a0a1a2, 74ls138使能端接g1ag2ag2b,分别接a15a14及，因此只有在a15为1，a14为0和信号有效，即执行movx a， dptr 指令，且dptr满足相应地址条件时，输入端的状态才能被读入到a中，实现输入端口的扩展功能。输出端口的扩展功能如图10-2所示，与输入端口不同的是74ls

3、244缓冲器换成了74ls273 8d触发器及信号换成了，当执行movx dptr,a时，地址符合条件译码器输出有效，同时使能端wr也有效，输出的数据由a中送到8d触发器74ls273上并锁存住，完成了输出a中内容到74ls273并锁存的功能，实现了输出口线的扩展功能。 10-2采用74ls244的输入口线扩展图 10-3采用74ls273的输出口线扩展图10-3是同时扩展输入和输出的电路，在图10-3中地址译码采用线译码方式，即采用a15地址线(p2.7)完成，8000h地址译码，当对8000h地址进行movx a, dptr和movx dptr ,a时，分别从74ls244及74ls273

4、上输入或输出信号，采用此方法可以同时扩展多片74ls244或74ls273，实现多i/o口的扩展，当扩展数量较多时，应注意p0口的带载能力，可以在p0口上加缓冲器实现增强驱动能力，但需要注意的是p0口中数据的流向，如果只扩展输入口线或只扩展输出口线，则可以采用74ls244单向缓冲器进行缓冲，如果同时扩展输入及输出口线，应采用74ls245这样的双向缓冲器进行驱动能力扩展。如图10-4所示。图10-4同时有输入，输出口线扩展电路10.1.2 可编程并行接口芯片8155图10-5 8155的引脚图 8155是一种可编程的并行i/o插口芯片。有2个8位1个6位并行i/o口一个14位计数器的及256

5、bram。8155的引脚见图4-5所示。 1、8155各引脚功能说明如下： rst：复位信号输入端，高电平有效。复位后，3个i/o口均为输入方式。 ad0ad7：三态的地址/数据总线。与单片机的低8位地址/数据总线（p0口）相连。单片机与8155之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。：读选通信号，控制对8155的读操作，低电平有效。：写选通信号，控制对8155的写操作，低电平有效。：片选信号线，低电平有效。io/：8155的ram存储器或i/o口选择线。当io/0时，则选择8155的片内ram，ad0ad7上地址为8155中ram单元的地址（00hffh）；当io/1时，选

6、择 8155的i/o口，ad0ad7上的地址为8155 i/o口的地址。 ale：地址锁存信号。8155内部设有地址锁存器，在ale的下降沿将单片机p0口输出的低8位地址信息及，io/的状态都锁存到8155内部锁存器。因此，p0口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。pa0pa7：8位通用i/o口，其输入、输出的流向可由过程控制。pb0pb7：8位通用i/o口，功能同a口。pc0pc5：有两个作用，既可作为通用的i/o口，也可作为pa口和pb口的控制信号线，这些可通过过程控制。timer in：定时/计数器脉冲输入端。timer out：定时/计数器输出端。vcc：5v电源。2、 8155的地址

7、编码及工作方式在单片机应用系统中，8155是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址，其高8位由片选线提供，0，选中该片。当0，io/0时，选中8155片内ram，这时8155只能作片外ram使用，其ram的低8位编址为00hffh；当0，io/1时，选中8155的i/o口，其端口地址的低8位由ad7ad0确定，如表10-1所示。这时，a、b、c口的口地址低8位分别为01h、02h、03h（设地址无关位为0）。表10-1 8155芯片的i/o口地址ad7ad0选择i/o口a7a6a5a4a3a2a1a0000011001100010101命令/状态寄存器a口b口c口定时器低8位定时器高6位及方

8、式8155的a口、b口可工作于基本i/o方式或选通i/o方式。c口可工作于基本i/o方式，也可作为a口、b口在选通工作方式时的状态控制信号线。当c口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：pc0：aintr（a口中断请求线）pc1：abf（a口缓冲器满信号）pc2：（a口选通信号）pc3：bintr（b口中断请求线）pc4：bbf（b口缓冲器满信号）pc5：（b口选通信号） 8155的i/o工作方式选择是通过对8155内部命令寄存器设定控制字实现的。命令寄存器只能写入，不能读出，命令寄存器的格式如图10-6所示。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

9、，b口为基本输入/输出，c口为输入方式。alt2：a口，b口为基本输入/输出，c口为输出方式。alt3：a口为选通输入/输出，b口为基本输入/输出。pc0为aintr，pc1为abf，pc2为，pc3pc5为输出。alt4：a口、b口为选通输入/输出。pc0为aintr，pc1为abf，pc2为，pc3为bintr，pc4为bbf，pc5为。图10-6 8155命令寄存器格式 8155内还有一个状态寄存器，用于锁存输入/输出口和定时/计数器的当前状态，供cpu查询用。状态寄存器的端口地址与命令寄存器相同，低8位也是00h，状态寄存器的内容只能读出不能写入。所以可以认为8155的i/o口地址00

10、h是命令/状态寄存器，对其写入时作为命令寄存器；而对其读出时，则作为状态寄存器。 a 口中断标志请求 a 口缓冲器满空标志 a 口中断允许标志 b 口中断标志请求 b 口缓冲器满空标志 b 口中断允许标志 定时器中断标志，定时器计数到 指定长度置 “1” ， 读状态后清 “0” 图10-7 8155状态寄存器格式3、8155的定时/计数器8155内部的定时/计数器实际上是一个14位的减法计数器，它对timer in端输入脉冲进行减1计数，当计数结束（即减1计数“回0”）时，由timer out端输出方波或脉冲。当timer in接外部脉冲时，为计数方式；接系统时钟时，可作为定时方式。定时/计数

11、器由两个8位寄存器构成，其中低14位组成计数器，剩下的两个高位（m2，m1）用于定义输出方式。其格式如图10-8所示。图10-8 8155定时/计数器控制字10.2 输出口线的驱动与隔离 10.2.1驱动芯片 10.2.2 光耦合器件10.2 10.2 输出口线的驱动与隔离输出口线的驱动与隔离10.2.1驱动芯片开关量的输入/输出，从原理上讲十分简单，在控制现场经常遇到。cpu只要通过对输入到端口的信息进行分析，判断其状态是“0”还是“1”，就可得知开关是“闭合”的还是“断开”的。对于软件设计者来说，如果要控制某个执行器的工作状态，只需在编程时送出“0”或者“1”，即可操作执行机构。但是由于工

12、业现场存在着电、磁、振动、温度等各种干扰，再加上各类执行器所要求的一电压量及功率不同，所以在接口电路中除根据需要选用不同的元器件来设计电路外，还需要考虑各种缓冲、隔离和驱动电路的设计。见图10-9单片机驱动口线的几种接法.图10-9单片机口线驱动其它电路的几种接法 常用驱动芯片有uln2803,7407等,见图10-10所示。八达林顿晶体管阵列uln2803中的八npn达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路(如ttl，cmos或pmosnmos)和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其它类似负载驱动理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件的集电极开路输出并接有用于瞬变抑制的续流

13、钳位二极管。uln2803的设计与标准ttl系列兼容。7407是一种集电极开路的驱动芯片,用它可以驱动小型电器的电路.由于集电极开路,故可以由电源经负载到7407输出端,然后到地形成新的控制回路。常用的驱动电路如图10-10所示,图10-11是uln2803驱动小型继电器的电路。(a)uln2803 (b)7407 (c)7406图10-10 常用的驱动芯片图10-11 uln2803驱动小型继电器的电路10.2.2 光耦合器件 1、光耦合器件原理 在单片机应用系统中，为了防止干扰，一般采用隔离技术，i/o的隔离最常采用的是光耦合器。光耦合器是以光为媒介传输信号的器件，它把一个发光二极和一个光

14、敏晶体管封装在一起，发光二极管加上正向输入电压信号（1.1v）就会发光。光信号作用在光敏晶体管上输出信号。光电耦合器的输入电路和输出电路是绝缘的，是把“电的联系”转化为“光的传输”，再把“光的传输”转化为“电的联系”。即采用光耦合器件时，单片机用的是一组电源，外围器件用的是另一组电源，两者之间完全隔离了电气联系，而通过光的联系来传输信息。一路光耦合器可以完成一路开关量的隔离，如果将8路或16路一起使用，就能实现8位数据或16位数据的隔离。光耦合器的输入侧都是发光二极管，但是输出侧则有多种结构，如光敏晶体管、达林顿晶体管、ttl逻辑电路以及光敏晶闸管等。光电耦合器的主要参数有： （1）导通电流和

15、截止电流：当发光二极管流过一电流时，光耦合器输出端处于导通状态；当流过发光二极管的电流小于某一值时，光耦合器输出端截止。不同的光耦合器通常有不同的导通电流，一般在1020ma之间。 （2）频率响应：由于受发光二极和光敏晶体管响应时间的影响，开关信号传输速度受光耦合器频率特性的影响，普通光耦只能传输10khz以内的脉冲信号。因此，高频信号传输中要考虑其频特性。在开关量i/o通道中，信号频率一般较低，不会受光耦合器频率特性的影响。（3）输出端工作电流i是指光耦合器导通时，通过光敏晶体管的客定电流以，它代表了光耦合器的驱动能力，与电流传输比ic/if有关，如输出端是单个晶体管的光耦合器如4n25的电

16、流传输比20%，输出端是达林顿晶体管的光耦合器如4n33的电流传输比500%。（4）输出端暗电流：是指光耦合器处于截止状态时，流过光敏晶体管的额定电流。对光耦合器来说，此值越小越好，以防止输出端的误触发。（5）输入/输出压降：分别指示发光二极管，一般在1.21.5v之间。 （6）隔离电压：是指光耦合器对电压的隔离能力。光电耦合器二极管侧的驱动电路可采用门电路直接驱动。一般的门电路能力有限，常选用带oc门的电路（如7406反向驱动器、7407同向驱动器）进行驱动。根据受光源结构的不同，可以将光耦合器件分为晶体管输出型和晶闸管输出型。晶体管输出型光耦合器内部结构如图10-12所示。在晶体管输出的光

17、耦合器件中，受光源为光敏晶体管。光敏晶体管可能有基极,如图10-12（a）所示的4n25，此外还有4n27、4n38等，如图10-12(b)所示的tlp521，此外还有tlp421，tlp621等。部分光耦合器输出回路的晶体管采用达林顿结构，用来提高电流传输比,如图10-12（c）所示的4n33，此外还有h11g1、h11g2、h11g3等。 晶闸管输出型光耦合器内部结构如图10-13所示晶闸管（俗称可控硅）输出的光耦合器件受光元件为光敏晶闸管。输入回路驱动电流是发光二极的工作电流，一般为1030ma。输出回路中的光敏晶闸管可耐高压，4n40和moc3041的耐压值高达400v，moc3009

18、3012的输出耐压值电压为250v，工作电流为十到几百毫安，可直接控制小功率负载或作为大功率晶闸管的触发源。 2、开关量输入接口 （1）行程开关、继电器触点与mcs-51单片机的接口、行程开关、继电器触点输入与mcs-51单片机的接口如图10-14所示。当触点闭合时，光电耦合器件的发光二极管因有电流流过而发光，使得右侧光敏晶体管导通，从而单片机的一根i/o端口线送高电平；而当触点未闭合时，光敏晶体管不导通，送向单片机的i/o端品引脚为低电平。 如果用按钮一来代替行程开关、继电器触点，其原理是相同的。所以，可以用此接口电路的原理采集输入按钮开关、行程开关、继电器触点等的状态信息。对于类似上述输入

19、的开关信号。（2）按键开关与m51系列单片机的接口，按键一或者钮子开关类器件，可将高电平（或低电平）经单片机的i/o引脚输入单片机。 如图10-15所示，根据8路开关的状态，当开关闭合时程序分别转移至kf1kf8的程序。图中8路开关通过扩展输入接口74ls244与at89s51的p0口相连，开关闭合时产生低电平，当p3.0和rd均为低电平时才能选通74ls244。org 0100hstart：clrp3.0;准备选通74ls244读入开关状态movxa，dptr;读p0口数据（只需操作）rrcajnckf1;如果d0为低电平，转kf1rrcajnckf2;如果d1为高电平，转kf2rrcajn

20、ckf3;如果d2为低电平，转kf3rrcajnckf4;如果d3为低电平，转kf4rrcajnckf5;如果d4为低电平，转kf5rrcajnckf6;如果d5为低电平，转kf6rrca jnckf7;如果d6为低电平，转kf7rrcajnckf8;如果d7为低电平，转kf8sjmp start3、功率输出电路的控制继电器常用于控制电路的导通和断开，包括电磁继电器、接触器和干簧管。其工作原理是利用线圈产生磁场，吸引内部的衔铁，使动片离开常闭结点，与常开结点连通，实现电路的通断。根据线圈所加电压类型分为直流继电器和交流继电器两大类，其中直流继电器常用于单片机系统的输出接口。在驱动大功率设备时，

21、经常得用继电器作为中间驱动源，通过这个驱动源，可以完成从低压直流到高压交流的过渡。如图10-16所示。控制信号经光电隔离后，继电器控制线圈由直流部分控制，而其输出触点则可以直接控制220v基至更高的电压。在设计时要考虑3个方面： （1）驱动电压与继电器的额定电压相匹配。例如，额定吸合电压为12v的继电器，驱动电压应在12v左右。驱动电压太小，将引起继电器抖动，甚至不吸合；驱动电压太大，会因线圈过流而损坏。 （2）控制回路的工作电流要小于继电器的额定触点电流。 （3）由于电器的控制线圈有一定的电感，在关断瞬间能产生较大的反电势，因此在继电器的控制线圈上反向并联一个二极管用于电感反向放电，用来保护

22、驱动晶体管不会击穿。 （4）对于驱动电流较大的继电器，可以采用达林顿输出的光耦合器件直接驱动。也可以在光电耦合器件与继电器之间再加一级晶体管驱动，例如s8050、s8550、s9012s9015等。 1、双向晶闸管输出接口 如图10-17为moc3041与双向晶闸管的接线图，双向晶闸管具有双向导通功能，开关无触点，且能在交流、大电流的应用场合使用，在工业领域应用极为广泛。双向晶闸管器件也称光耦合双向晶闸管驱动器，与一般的光耦合器不同，其输出部分是硅光敏双向晶闸管，有的还带有过零触发检测器，用于保证在电压接近为零时触发晶闸管。常用的有moc3000系列等，如moc3011用于110v交流、moc3041用于220v交流。 2、固态继电器数出接口 固态继电器是(ssr)是近年来发展起来的一种新型电子继电器，其输入控制电流小，用ttl、htl、cmos等集成电路或简单的辅助电路就可以直接驱动，因此特别适宜在控制现