第10章 单片机的并行口线

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PMOS／NMOS)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。
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00H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。
图10-1 51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74LS244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。
（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。
时，选择 8155的I/O口，AD0～AD7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。 PA0～PA7：8位通用I/O口，其输入、输出的流向可由过 程控制。 PB0～PB7：8位通用I/O口，功能同A口。 PC0～PC5：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00H～FFH；当＝0， IO/＝1时，选中8155的I/O口，其端口地址的低8位由 AD7～AD0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）。
第10章 单片机的并行口线扩展及应用
• 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
• 10．1.1 通过锁存存器扩展并行接口 • 10.1.2 可编程并行接口芯片8155
10.1 并行口线扩展
• 10．1.1 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
表10-1 8155芯片的I/O口地址
AD7～AD0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
选择I/O口
命令/状态寄存器 ×××××0 0 0 × × × × × 0 0 1 A口 × × × × × 0 1 0 B口
× × × × × 0 1 1 C口 × × × × × 1 0 0 定时器低8位 ×××××1 0 1
(a)ULN2803
(b)7407 图10-10 常用的驱动芯片
(C)7406
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 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
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 1.2～1.5V之间。
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10～20mA之间。
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系列单片机通过总线扩展外设的方法如图4-1所示。
定时器高6位及方式
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。
图10-ห้องสมุดไป่ตู้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256BRAM。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。 AD0～AD7：三态的地址/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，AD0～AD7 上地址为8155中RAM单元的地址（00H～FFH）；当IO/＝1
× 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。
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。