单片机输入输出扩展及应用
单片机数字输入输出接口扩展设计方法
单片机数字输入输出接口扩展设计方法单片机作为一种常见的微控制器，其数字输入输出接口的扩展设计方法是我们在电子工程领域中经常遇到的任务之一。
在本文中，我们将讨论单片机数字输入输出接口的扩展设计方法，并探讨其中的原理和应用。
在单片机系统中，数字输入输出（I/O）接口在连接外围设备时起着至关重要的作用。
通过扩展数字 I/O 接口可以为单片机系统提供更多的输入输出通道，从而提高系统的功能和性能。
下面将介绍几种常见的单片机数字 I/O 接口扩展设计方法。
1. 并行输入输出接口扩展并行输入输出接口扩展是最常见和直接的扩展方法之一。
通常，单片机的内部I/O口数量有限，无法满足一些复杂的应用需求。
通过使用外部并行输入输出扩展芯片，可以将单片机的I/O口扩展到更多的通道，同时保持高速数据传输。
这种方法可以使用注册器和开关阵列来实现数据的输入和输出。
2. 串行输入输出接口扩展串行输入输出接口扩展是一种节省外部引脚数量的方法。
使用串行输入输出扩展器，可以通过仅使用几个引脚实现多个输入输出通道。
这种方法适用于具有较多外设设备且外围设备数量有限的应用场景。
通过串行接口（如SPI或I2C）与扩展器通信，可以实现高效的数据传输和控制。
3. 矩阵键盘扩展矩阵键盘扩展是一种常见的数字输入接口扩展方法。
很多应用中，需要通过键盘输入数据或控制系统。
通过矩阵键盘的使用，可以大大减少所需的引脚数量。
通过编程方法可以实现键盘按键的扫描和解码，从而获取用户输入的数据或控制信号。
4. 脉冲编码调制（PCM）接口扩展脉冲编码调制是一种常见的数字输出接口扩展方法。
它通过对数字信号进行脉冲编码，将数字信号转换为脉冲信号输出。
这种方法适用于需要输出多个连续的数字信号的应用，如驱动器或步进电机控制。
通过适当的电路设计和编程，可以实现高效的数字信号输出。
5. PWM（脉冲宽度调制）接口扩展PWM接口扩展是一种常用的数字输出接口扩展方法。
PWM技术通过改变信号的脉冲宽度来实现模拟信号输出。
单片机原理接口及应用
单片机原理接口及应用单片机是一种集成电路芯片，包含了中央处理器、存储器和各种输入输出接口等基本组成部分。
单片机通过其接口与外部设备进行通信，实现各种应用。
1. 数字输入输出接口(Digital I/O Interface):单片机通过数字输入输出接口连接外部设备。
通过设置相应的寄存器和引脚配置，单片机可以读取外部器件的状态，并且能够控制外部器件的输出信号。
数字输入输出接口常用于连接开关、LED、蜂鸣器等设备。
2. 模拟输入输出接口(Analog I/O Interface):单片机的模拟输入输出接口可以将模拟信号转换为数字信号，或将数字信号转换为模拟信号。
通过模拟输入输出接口，单片机可以实现模拟信号的采集和输出，例如连接温度传感器、光电传感器等。
3. 串口接口(Serial Interface):串口接口是单片机与外部设备进行数据传输的重要接口。
单片机通过串口接口可以与计算机或其他单片机进行通信。
串口的通信速度和传输协议可以根据具体需求进行设置。
4. I2C总线接口(I2C bus Interface):I2C总线接口是一种常用的串行通信协议，具有多主机、多从机的特点。
单片机通过I2C总线接口可以与各种器件进行通信，如传感器、实时时钟等。
5. SPI接口(Serial Peripheral Interface):SPI接口是一种高速同步串行通信接口，常用于单片机与外部存储器、显示器和其他外设的连接。
SPI接口可以实现全双工通信，具有高速传输的优势。
6. 中断接口(Interrupt Interface):中断是单片机处理外部事件的一种方式。
通过中断接口，单片机可以响应来自外部设备的信号，并及时处理相应的事件，提高系统的实时性。
以上是单片机的一些常用接口及其应用。
不同的单片机具有不同的接口类型和功能，可以根据具体的应用需求选择合适的单片机型号。
单片机中的IO口扩展技术原理及应用案例
单片机中的IO口扩展技术原理及应用案例一、引言单片机是现代电子技术中常用的核心控制器件之一，其功能强大、使用广泛。
然而，单片机的IO口数量通常有限，难以满足复杂系统的扩展需求。
为了解决这一问题，IO口扩展技术应运而生。
本文将介绍单片机中的IO口扩展技术的原理及应用案例，旨在帮助读者更好地理解和应用该技术。
二、原理介绍单片机中的IO口是用于输入和输出数字信号的接口，通常包括输入输出引脚和控制电路。
然而，随着系统需求的增多，单片机的IO口数量往往无法满足实际应用的需求。
为了扩展IO口数量，可采用以下两种原理：1. 级联扩展级联扩展是通过将多个IO口连接在一起，共享控制信号来实现扩展。
其中，一个IO口作为主控制信号输出，控制其他IO口的输入输出。
通过这种方式，可以将多个IO口级联，实现IO口数量的扩展。
2. IO口扩展芯片IO口扩展芯片是一种专门设计的集成电路，用于扩展单片机的IO口数量。
通过与单片机进行通信，扩展芯片可以提供额外的IO口，大大增加了系统的可扩展性。
常用的IO口扩展芯片有74HC595、MCP23017等，它们具有多个IO口、控制电路和通信接口，可方便地与单片机进行连接。
三、应用案例为了更好地理解IO口扩展技术的应用，下面将介绍两个具体的案例。
1. LED灯控制系统假设我们需要控制大量LED灯，而单片机的IO口数量有限。
这时，我们可以使用74HC595芯片进行IO口扩展。
首先，将单片机与74HC595芯片进行连接，通过SPI或者I2C协议进行通信。
然后，通过写入数据到74HC595的寄存器，实现对每个IO口的控制。
通过级联多个74HC595芯片，可以将LED灯的数量扩展到数十甚至上百个。
应用案例中，我们可以设置不同的数据来控制不同的LED灯状态，实现灯光的闪烁、流水等效果。
通过IO口扩展技术，实现了对大量LED灯的控制，提升了系统的可扩展性和灵活性。
2. 外部设备接口扩展在一些工业自动化系统中，需要与多个外部设备进行通信，如传感器、执行器等。
单片机数字输入输出
单片机数字输入输出单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、输入输出接口（I/O）和定时器/计数器等功能于一体的集成电路。
它通常被广泛应用于各种电子设备中，如家电、汽车电子、通讯设备等。
其中，数字输入输出（Digital Input/Output）是单片机的基本功能之一。
本文将介绍单片机数字输入输出的原理和实际应用。
一、单片机数字输入输出原理单片机的数字输入输出是通过引脚（Pin）来实现的。
单片机的引脚既可用作输入，也可用作输出。
当引脚用作输入时，它可以接收外部信号，如开关的状态、传感器的测量数据等。
当引脚用作输出时，它可以输出高电平（通常为5V）或低电平（通常为0V），从而控制外部器件的工作状态。
单片机的数字输入输出通常通过寄存器来进行配置和操作。
寄存器是单片机内部的一块存储空间，用于存储各种配置和控制信息。
通过向相应的寄存器写入特定的值，可以配置引脚为输入或输出，并设置引脚的工作模式、电平状态等。
二、单片机数字输入输出的应用1. 按键输入在很多电子设备中，都需要通过按键来进行操作。
单片机的数字输入功能可以用于检测按键的状态。
通过读取引脚的电平状态，可以判断按键是否被按下。
根据不同的按键组合或按下时间，可以实现不同的功能，如调节音量、切换频道等。
2. 传感器接口很多电子设备需要与传感器进行数据交互，以获取环境信息或测量参数。
单片机的数字输入功能可以用于接收传感器的输出信号。
传感器通常将测量值转换为电压信号，并与单片机的引脚相连。
单片机读取引脚的电平状态，可以获取传感器测量的数值，并进行相应的处理和判断。
3. 继电器控制继电器是一种常用的电器开关，常用于控制高电压或高电流的设备。
单片机的数字输出功能可以用于驱动继电器的控制。
通过向输出引脚写入高电平或低电平信号，可以实现开关继电器的动作，从而控制外部设备的通断。
4. LED显示LED是一种常见的输出设备，可用于显示各种信息，如数字、字母、图标等。
第6章 89c51系列单片机的扩展
74LS373,直接从P0口送到数据总线上。
2. 最小系统工作时序
如下图所示：
一个机器周期 S1 ALE
一个机器周期
S2 S3
S4
S5
S6
S1
S2 S3
S4
S5
S6
PSEN
P2 PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
PCH输出
输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
指令 输入
PCL
输出
PCL输出有效
PCL输出有效
PCL输出有效
PCL输出有效
最小系统的工作时序
PCL 输出 有效
P2口送PCH 信息，P0口送PCL 信息和输 入指令。在每一个Tcy中，ALE两次有效， PSEN两次有效。ALE第一次发生在S1P2和 S2P1期间,在S2状态周期内,ALE下降沿将P0 口低8位地址信息PCL锁入74LS373。在S4状 态周内，PSEN上升沿将指令读入CPU。
VppVccCE GND
A7 A8 23 22 A10 19
I/O
74LS373 8Q 8D
GND G OE
A0
2716
28 39 O0 . . O7 OE 20
32
P0口具有分时传送低8位地址和8位数据 信息的复用功能。通过ALE信号与地址锁存
器配合使用，从而使得地址信息和数据信息
区分开。
工作原理如下：
2. 具体应用
使用单片E2PROM扩展外部程序存储器
一 片 2864E2PROM 和 地 址 锁 存 器
74LS373构成MCS-51系列单片机中8031
单片机输入和输出
2. 状态信息 输入设备的“准备就绪”，输出设备的“忙”信号等。CPU根据外设的状态， 决定是否输入或输出数据。
3．控制信息 控制信息是在传选过程中．CPU发送给外设的命令．用于控制外设的工作。 例如，控制设备的起停
7.1.3
I/O端口的地址分配
首先清楚I/O接口（Interface）和I/O端口（Port）的概念。
扩展I/O口与外部RAM统一编址 使用同样的指令MOVX访问 注意控制总线RD/WR的接法
7.2 微型机与外设之间的数据传送方式 微型机与外设之间的数据传送方式可归纳为三种：程序传送、中断传送和 DMA传送。 7.2.1 程序传送 不是传送程序 程序传送，是指CPU与外设之间的数据传送在程序控制下进行的一种方式， 它又分为无条件传送和条件传送两种。 1.同步传送方式（无条件传送） 当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传送方式，最典型的同 步传送就是单片机和外部数据存储器之间的数据传送。 适用于对简单的I/O设备（如开关、LED显示器、继电器等）的操作，或 者I/O设备的定时固定或已知的场合。 2.查询传送方式（条件传送，异步式传送） 查询外设“准备好”后，再进行数据传送。 优点：通用性好，硬件连线和查询程序十分简单， 缺点：效率不高。 为提高效率，通常采用中断传送方式。
（2）模拟量 当微型机用于控制、检测或数据采集时．大量的现场信息是连续变化的物理量 (如温度、压力、流量．位移等)．这些物理量经过传感器变换成电量，并经放大 得到模拟电压或电流．这些模拟量必须再经过A／D转换后．把它们变成数字量 才能输入计算机。计算机的输出也必须先经过D／A转换，把数字量变成模拟量 后再控制执行机构。
3.信息转换
4.通信联络
7.1.2 I/O接口的构成
单片机扩展电路(二)
单片机扩展电路（二）引言概述：在单片机应用中，扩展电路是必不可少的，它能够有效地提升单片机的功能和性能。
本文将介绍单片机扩展电路的设计原则和一些常用的扩展电路，旨在帮助读者更好地理解和应用单片机的扩展电路。
正文内容：一、IO扩展电路1. 使用74HC595芯片进行8位输出扩展2. 使用PCF8574芯片进行8位输入扩展3. 使用双向移位寄存器实现输入输出模式切换4. 使用IO扩展板实现大量IO口的扩展5. 使用IO扩展芯片实现I2C总线扩展二、ADC和DAC扩展电路1. 使用ADC0804芯片进行模拟量采集2. 使用MAX11615芯片进行多通道模拟量采集3. 使用DAC0832芯片进行模拟量输出4. 使用R-2R网络实现更高精度的模拟量输出5. 使用PWM信号和低通滤波器实现模拟量输出三、串口扩展电路1. 使用MAX232芯片进行RS232电平转换2. 使用USB转串口模块实现USB接口扩展3. 使用蓝牙模块实现无线串口扩展4. 使用WiFi模块实现无线串口扩展5. 使用以太网模块实现网络串口扩展四、定时器和计数器扩展电路1. 使用74HC161芯片进行多位计数2. 使用74HC4040芯片进行二进制计数3. 使用CD4541B芯片进行定时器功能扩展4. 使用定时器模块实现精确的时间测量5. 使用定时器和中断实现实时时钟功能五、存储器扩展电路1. 使用24CXX系列芯片进行I2C存储器扩展2. 使用AT24C256芯片进行大容量存储器扩展3. 使用SD卡进行存储器扩展4. 使用EEPROM芯片进行非易失性存储器扩展5. 使用Flash芯片进行可擦写存储器扩展总结：单片机扩展电路的设计具有很大的灵活性，可以根据具体应用需求选择不同的扩展电路。
本文对IO扩展电路、ADC和DAC扩展电路、串口扩展电路、定时器和计数器扩展电路以及存储器扩展电路进行了详细介绍，希望读者能够通过学习掌握单片机扩展电路的设计方法和应用技巧，为自己的项目开发提供更多的选择和可能性。
单片机原理及应用 第4章 MCS-51单片机系统的扩展技术
2.数据存储器典型扩展电路
6264的地址范围为：0000H～1FFFH。
[例题] 在上页图的数据存储器扩展电路中，将片内RAM 以50H单 元开始的16个数据，传送片外数据存储器0000H开始的单元中。
程序如下：
ORG 1000H MOV R0, #50H MOV R7, #16 MOV DPTR, #0000H AGAIN: MOV A, @R0 MOVX @DPTR, A INC R0 INC DPTR DJNZ R7, AGAIN RET END ; 数据指针指向片内50H单元 ; 待传送数据个数送计数寄存器 ; 数据指针指向数据存储器6264的0000H单元 ; 片内待输出的数据送累加器A ; 数据输出至数据存储器6264 ; 修改数据指针 ; 判断数据是否传送完成
4.2.1
程序存储器扩展
单片机内部没有ROM,或虽有ROM但容量太小时,必须扩 展外部程序存储器方能工作。最常用的ROM器件是EPROM 1. 常用EPROM程序存储器 EPROM主要是27系列芯片，如:2764(8K)/27128(16K) /27256(32K)/27040(512K)等，一般选择8KB以上的芯片作为 外部程序存储器。
4.2.3 MCS-51对外部存储器的扩展
下图所示的8031扩展系统中，外扩了16KB程序存储器（使用两片 2764芯片）和8KB数据存储器（使用一片6264芯片）。采用全地址译码方 式，P2.7用于控制2―4译码器的工作，P2.6, P2.5参加译码，且无悬空地 址线，无地址重叠现象。 1# 2764, 2# 2764, 3# 6264的地址范围分别为：0000H～1FFFH, 2000H～3FFFH, 4000～5FFFH。
MOV DPTR, #7FFFH ; 数据指针指向74LS377 MOV A, 60H ; 输出的60H单元数据送累加器A MOVX @DPTR, A ; P0口将数据通过74LS377输出
单片机中常见的接口类型及其功能介绍
单片机中常见的接口类型及其功能介绍单片机（microcontroller）是一种集成了中央处理器、内存和各种外围接口的微型计算机系统。
它通常用于嵌入式系统中，用于控制和监控各种设备。
接口是单片机与外部设备之间进行数据和信号传输的通道。
本文就单片机中常见的接口类型及其功能进行介绍。
一、串行接口1. 串行通信口（USART）：USART是单片机与外部设备之间进行串行数据通信的接口。
它可以实现异步或同步传输，常用于与计算机、模块、传感器等设备进行数据交换。
2. SPI（串行外围接口）：SPI接口是一种全双工、同步的串行数据接口，通常用于连接单片机与存储器、传感器以及其他外围设备。
SPI接口具有较高的传输速度和灵活性，可以实现多主多从的数据通信。
3. I2C（Inter-Integrated Circuit）：I2C接口是一种面向外部设备的串行通信总线，用于连接不同的芯片或模块。
I2C接口通过两条双向线路进行数据传输，可以实现多主多从的通信方式，并且占用的引脚较少。
二、并行接口1. GPIO（通用输入/输出）：GPIO接口是单片机中最常见的接口之一，用于连接与单片机进行输入输出的外围设备。
通过设置相应的寄存器和引脚状态，可以实现单片机对外部设备进行控制和监测。
2. ADC（模数转换器）：ADC接口用于将模拟信号转换为数字信号，常用于单片机中对模拟信号的采集和处理。
通过ADC接口，单片机可以将外部传感器等模拟信号转化为数字信号，便于处理和分析。
3. DAC（数模转换器）：DAC接口用于将数字信号转换为模拟信号。
通过DAC接口，单片机可以控制外部设备的模拟量输出，如音频输出、电压控制等。
三、特殊接口1. PWM（脉冲宽度调制）：PWM接口用于产生特定占空比的脉冲信号。
通过调节脉冲的宽度和周期，可以控制外部设备的电平、亮度、速度等。
PWM接口常用于控制电机、LED灯、舵机等设备。
2. I2S（串行音频接口）：I2S接口用于在单片机和音频设备之间进行数字音频数据传输。
单片机的输入输出方式及应用案例
单片机的输入输出方式及应用案例单片机（Microcontroller，简称MCU）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器和各种输入输出设备接口的微型计算机系统。
它被广泛应用于电子设备、自动化控制、嵌入式系统等领域。
本文将介绍单片机的输入输出方式及应用案例。
一、单片机的输入方式单片机通过输入方式接受外部信号，常见的输入方式有以下几种：1. 按键输入：通过连接按键开关与单片机的IO口实现输入。
按键可以是矩阵键盘、触摸按键等。
单片机可以通过读取IO口的电平状态来判断按键是否按下，从而触发相应的事件或功能。
2. ADC输入：ADC（Analog-to-Digital Converter）用于将模拟信号转换为数字信号供单片机处理。
通过ADC接口，单片机可以读取各种类型的模拟信号，如温度、光强、电压等。
常见的应用包括温度测量、光强检测等。
3. 串口输入：单片机可以通过串口接收器（UART）实现串行数据的输入。
串口输入广泛应用于与其他设备通信的场景中，如与电脑、传感器、无线模块等进行数据交互。
二、单片机的输出方式单片机通过输出方式控制外部设备，常见的输出方式有以下几种：1. 数字IO口输出：单片机的数字IO口可以输出高或低电平来控制外部设备。
例如，通过控制IO口输出高电平，可以点亮LED灯，驱动蜂鸣器等。
2. PWM输出：PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制是一种周期性变化占空比的信号。
单片机可以通过PWM输出口生成特定频率、特定占空比的PWM信号，广泛应用于电机控制、LED亮度调节等场景中。
3. DAC输出：DAC（Digital-to-Analog Converter）将数字信号转换为模拟信号输出。
通过DAC接口，单片机可以输出模拟信号，如音频信号、电压信号等。
三、单片机输入输出应用案例1. 温度监测系统：利用单片机的ADC输入功能，连接温度传感器，实时监测环境温度并将结果显示在LCD屏幕上。
单片机原理及应用第07章 单片机系统扩展 共91页
A[12..0]连接芯片地址 引脚，决定了访问该
芯片的单元地址
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
0 X X 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0
0 X X ……………………………………………………
7.2 地址译码 地址译码概念
CPU是通过地址对不同的接口或芯片加以区分的。把CPU送出的 地址转变为芯片选择的依据就是地址译码电路。
地址译码有3种方法
线选法 部分译码法 全译码法
7.2 地址译码
地址译码电路一般有两种结构形式
固定式端口地址译码电路：硬件电路不改动，译码输 出的地址或地址范围不变。
7.3.1 存储器扩展——存储器结构
数据存储器：从物理结构上分为片内数据存储器和片外数据存储 器。
片内数据存储器 MCS-51系列单片机的片内数据存储器除了RAM块外，还有特 殊功能寄存器（SFR）块。 对于51子系列 RAM块有128字节，编址为00H—7FH； SFR块也占128字节，编址为80H—FFH； 二者连续不重叠。 对于52子系列 RAM块有256字节，编址为00H—FFH； SFR块也有128字节，编址为80H—FFH； 后者与前者的后128字节编址重叠的。访问时通过不同 的指令相区分。
值随意
引脚，决定了访问该
按上图，2764的地址2 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0
X 0 0 ……………………………………………………
X 0 0 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1
单片机IO口扩展技术
单片机IO口扩展技术] 0 引言在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，并成为国内单片机应用领域中的主流机型。
MCS-51单片机的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址／数据总线口，P2口是高8位地址线，P3口具有第二功能，这样，真正可以作为双向I／O口应用的就只有P1口了。
这在大多数应用中是不够的，因此，大部分MCS-51单片机应用系统设计都不可避免的需要对P0口进行扩展。
由于MCS-51单片机的外部RAM和I／O口是统一编址的，因此，可以把单片机外部64K字节RAM空间的一部分作为扩展外围I／O口的地址空间。
这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器单元那样访问外部的P0口接口芯片，以对P0口进行读／写操作。
用于P0口扩展的专用芯片很多。
如8255可编程并行P0口扩展芯片、8155可编程并行P0口扩展芯片等。
本文重点介绍采用具有三态缓冲的74HC244芯片和输出带锁存的74HC377芯片对P0口进行的并行扩展的具体方法。
1 输入接口的扩展MCS-51单片机的数据总线是一种公用总线，不能被独占使用，这就要求接在上面的芯片必须具备“三态”功能，因此扩展输入接口实际上就是要找一个能够用于控制且具备三态输出的芯片。
以便在输入设备被选通时，它能使输入设备的数据线和单片机的数据总线直接接通；而当输入设备没有被选通时，它又能隔离数据源和数据总线(即三态缓冲器为高阻抗状态)。
1.1 74HC2244芯片的功能如果输入的数据可以保持比较长的时间(比如键盘)，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。
74HC244芯片的引脚排列如图1所示。
74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1C和2G作为它们的选通工作信号。
当1 C和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。
单片机与键盘输入的接口设计与应用解析
单片机与键盘输入的接口设计与应用解析引言：单片机是一种集成电路芯片，具有处理器核、存储器和输入输出引脚等组成部分，可以控制各种外部设备。
键盘是计算机和其他电子设备的常用输入设备，通过按下不同的按键来输入信息。
在许多应用中，需要将键盘与单片机相连接，以实现键盘输入的功能。
本文将深入探讨单片机与键盘输入的接口设计与应用，包括接口电路的设计原理、接口方式的选择以及相关应用案例的分析。
一、接口电路设计原理1. 键盘扫描原理键盘通常是由一系列按键按排成矩阵状的结构，每个按键都有两个触点，当按键按下时，两个触点短接，形成闭合电路。
为了检测到具体按下的按键，需要通过扫描的方式来逐个检测。
2. 电路连接方式通常，键盘与单片机之间可以通过行列式和矩阵式两种方式实现连接。
行列式连接方式即将键盘的行和列通过引脚分别连接到单片机的IO口，通过单片机的输入输出控制来检测按键信号。
矩阵式连接方式则是采用矩阵键盘的形式，将所有的按键都连接到行和列的交叉点上，通过扫描的方式来检测按键信号。
二、接口方式的选择1. 行列式连接方式的优势和劣势行列式连接方式相对简单，常用于按键较少的情况下。
它的优势在于节省IO 口的使用，通过编写简单的行列扫描程序即可实现对按键的检测。
然而，它的劣势在于不能同时检测多个按键，当同时有多个按键按下时，只能检测到其中一个。
2. 矩阵式连接方式的优势和劣势矩阵式连接方式可以同时检测多个按键，因为所有的按键都连接到行和列的交叉点上。
它的优势在于可以通过编写复杂的扫描程序，实现同时检测多个按键，并且可以检测到按键的精确位置。
然而，它的劣势在于需要占用较多的IO口，且对于按键较多的情况下，编写扫描程序较为复杂。
三、相关应用案例的分析1. 数字密码锁数字密码锁是常见的应用之一，通过将键盘与单片机连接，可以实现输入密码的功能，比如开启或关闭某个装置。
在设计中，可以选择行列式连接方式，通过扫描程序来检测按键，进而判断输入的密码是否匹配。
第八章 单片机应用系统扩展
（2）．锁存器74LS573 输入的D端和输出的Q端依次排在芯片的两侧，为绘制印刷电 路板时的布线提供了方便。
D7～D0：8位数据输入线。 Q7～Q0：8位数据输出线。 G ：数据输入锁存选通信号，该引 脚与74LS373的G端功能相同。 /OE：数据输出允许信号，低电平 有效。
8.1 程序存储器扩展
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
74LS373
2716(2k) EPROM
51单片机
PSEN
2716(2kx8)的地址范围为0000H ~ 07FFH。
例：扩展4KB程序存储器。
+5V VCC PGM VPP P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 ALE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE CE GND D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 G OE Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 A11 A10 A9 A8
2．译码法
使用译码器对89C51的高位地址进行译码，将译码
器的译码输出作为存储器芯片的片选信号。是最 常用的地址空间分配的方法，它能有效地利用存 储器空间，适用于多芯片的存储器扩展。 常用的译码器芯片有74LS138（3-8译码器） 74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器）。
表8.1 2716（2K）/2732（4KB）的引脚
VCC PGM VPP A10 A9 A8
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A0~A10 （2716） A0~A11 （2732） D0~D7 CE PGM
地址线 数据输出线 片选 程脉冲输入
CD4052 单片机串行口扩展技术应用
CD4052 单片机串行口扩展技术应用CD4052 是一种数字控制的模拟数据选择/ 分配器,本文将它用于UART串口扩展,解决了普通单片机UART串口太少的问题。
文中给出该器件的主要特性、引脚说明及电气特性,并以A T89C51 单片机为例给出多串口扩展应用电路。
1 概述当前,以单片机为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现,为了满足数字化及智能化要求,许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART 串口通信功能,而现阶段的8 位、16 位、32位单片机却大部分仅提供一个UART 串口,这样就很难满足系统中一方面要与具有UART 功能的串口部件通信,另一方面又要与上位机通信的要求。
利用CD4052 做多串口扩展器,可很好地解决此问题。
2 封装及引脚功能该器件具有SOP、SOIC、TSSOP和PDIP四种封装形式,皆是16 个引脚。
图1 所示为其PDIP封装引脚分布图,图2 是CD4052 的逻辑图,数字控制真值表见表1。
图1 CD4052PDIP引脚分布图3 工作特性CD4052 模拟数据选择/ 分配器是数字控制的模拟开关,具有低导通阻抗和非常低的关断泄漏电流。
315V 的数字信号可以控制15VP- P 的模拟信号。
例如,若VDD = 5V , VSS = 0V , VEE = - 5V ,则的数字信号可以控制- 5V + 5V 的模拟信号输入输出。
数据选择器在整个VDDVSS 和VDDVEE 范围具有非常低的静态功耗,而且与控制信号的逻辑状态无关。
图2 CD4052 的逻辑图表1 真值表CD4052 是一个独立的4 通道数据选择器,具有二进制控制输入端A、B 和一个禁止输入INH。
A、B的四种二进制组合状态用来在四对通道中选择其中的一对,当逻辑“1”加到INH 输入端时,所有的通道都关闭。
CD4052 的器件特性为:1) 宽范围的数字和模拟信号电平:数字315V ,模拟可达15VP- P。
单片机中的IO口扩展原理及应用
单片机中的IO口扩展原理及应用单片机是一种在微处理器中集成了中央处理器、内存、输入/输出控制和时钟等功能的微型计算机。
在实际应用中，单片机的使用每況愈下，并逐渐被更高级的处理器所取代。
然而，在一些特殊应用领域，如嵌入式系统和物联网设备中，单片机仍然扮演着重要的角色。
在单片机中，IO口的扩展是一项关键的技术，用来增加单片机的输入和输出接口数量。
本文将探讨单片机中的IO口扩展原理及其应用。
一、单片机IO口扩展原理在单片机中，IO口（Input/Output Port）用于连接外部电路和其他设备，扮演着数据输入和输出的桥梁角色。
然而，通常单片机内部只有有限的IO口数量。
为了满足复杂的应用需求，需要通过扩展技术来增加IO口的数量。
1. 并行IO口扩展其中一种常见的IO口扩展技术是通过并行IO口扩展芯片来增加IO口数量。
该芯片通常由一个并行输入/输出移位寄存器和控制逻辑组成。
通过串行通信协议，单片机可以控制并行IO口扩展芯片，以实现扩展IO口的输入和输出功能。
这种方式适用于需要大量IO口的应用，如工业控制和自动化设备。
不过需要注意的是，并行IO口扩展芯片策略相对复杂，需要额外的引脚和电路设计，并且使用的软件协议需要单片机和外部芯片之间的高速通信支持。
2. 串行IO口扩展另一种常见的IO口扩展技术是通过串行IO口扩展芯片来增加IO口数量。
串行IO口扩展芯片通常采用常用的串行通信协议，如I2C（Inter-Integrated Circuit）或SPI（Serial Peripheral Interface），通过少量的引脚连接到单片机。
通过控制寄存器和数据寄存器，单片机可以发送指令和数据来控制扩展IO口的输入和输出。
这种方式相对于并行IO口扩展芯片来说，引脚数量较少，实现简单，适用于需要较少IO口数量的应用。
同时，由于使用串行通信协议，可以通过级联多个串行IO口扩展芯片，进一步增加IO口数量。
二、单片机IO口扩展应用单片机IO口扩展技术在各种嵌入式系统和物联网设备中都有广泛的应用。
74HC595对单片机IO口的扩展及应用
74HC595对单片机IO口的扩展及应用作者：曹少科杨晴陈海宇王硕来源：《科技风》2019年第13期摘要：74HC595是美国国家半导体公司生产的通用位移寄存器芯片，它可以实现8位串行输入输出或者并行输出，操作方便简单，可以很容易的完成对单片机IO口的扩展。
[1]本文主要是介绍用74HC595芯片来扩展IO口详细原理，并利用此方法进行实验，实现流水灯效果。
关键词：单片机;74HC595;扩展IO口;流水灯上世纪70年代到80年代期间，单片机凭借着它体积小，低功耗，性价比高的优势，被越来越多的人所使用，并被广泛运用于各个领域。
但随着科技不断地进步与发展，我們对于单片机的应用更加广泛，我们也慢慢发现了51单片机的一些缺点，即IO端口有限，很多人在运用单片机时总会出现IO口不够用的现象，而74HC595芯片刚好能弥补此缺陷，大量扩展单片机的IO口。
174HC595芯片的选择74HC595是硅结构的CMOS器件，能实现串入转并入，数据通过一个IO串口输入后经过74HC595后将数据8位并行输出。
[2]74HC595与74HC164芯片功能基本相同，但前者价格更低廉，驱动能力更强，操作简单，但因为74HC595有存储寄存器，所以在移位的过程中，并排输出端口的数据保持不变。
所以选用74HC595芯片来扩展51单片机IO口比较合适。
2扩展方案2.1硬件连接与实现原理若要以74HC595芯片实现对IO口的扩展，首先需要定义一个单片机I0口与74HC595芯片DS相连，以此来控制串行数据的输入。
而移位寄存器和存储寄存器是不同的时钟，当SH_CP处于上升沿时，数据会输入到移位寄存器中，当ST_CP处于上升沿时会传入的存储寄存器中。
因此两个时钟需要分别进行连接，移位寄存器有串行输入DS引脚、串行输出引脚Q7’和低电平复位引脚MR。
存储寄存器有并行数据输出引脚Q0～Q7和低电平输出有效OE引脚。
所以用MR进行复位时，只是将位移寄存器中的数据清除，而不必担心存储寄存器中的数据有所变化。
单片机扩展芯片
单片机扩展芯片是一类用于增强单片机功能与资源的外围集成电路。
单片机（Microcontroller Unit, MCU）通常内置有有限的资源，包括输入输出端口（I/O）、内存、计时器等。
当应用需求超过单片机自身资源时，可以通过外围扩展芯片来实现所需的额外功能。
以下是一些常见的单片机扩展芯片及其用途：1. I/O端口扩展器：如74HC595（串转并输出扩展器）和MCP23017（I2C接口的16位I/O扩展器），用于增加单片机的输入输出端口数量。
2. 存储器扩展：包括EEPROM、Flash或者SRAM扩展芯片，用来增加程序存储空间或数据存储空间。
3. 串行通讯扩展：如SPI或I2C接口的扩展芯片，用于增加额外的串行通讯接口。
4. 模拟数字/数字模拟转换器（ADC/DAC）：如果单片机内部的ADC/DAC通道不够或分辨率不足，可以通过外部ADC/DAC芯片进行扩展。
5. 显示控制扩展：如LED显示驱动器，或者液晶显示控制器，用于驱动各种显示设备。
6. 键盘/触摸屏控制器：用于实现复杂的用户输入接口。
7. PWM扩展：增加更多的PWM输出，用于控制电机速度、LED亮度等。
8.时钟/定时器扩展：提供更精准的定时功能或者更多的定时器资源。
9. 网络通讯接口扩展：如Ethernet、CAN、RS-232、RS-485等通讯接口扩展。
使用这些外围扩展芯片时，通常需要通过单片机的通用I/O端口或者专用的通信接口（如SPI、I2C、UART）与它们进行通信。
通过编写相应的驱动程序，可以在软件层面控制这些扩展芯片，实现各种功能。
在设计单片机系统时，根据应用需求和单片机的性能来决定是否需要扩展芯片，以及选择何种扩展芯片。
通过合理的系统设计，可以确保单片机系统在满足功能需求的同时，保持成本和复杂度的合理性。
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0
D 6
D 5
未 使 用
D 4
D 3
D 2
D 1
D 0
标 志 位 1： 方 式 控 制 字 2： C 口 置 位 /复 位 控 制 字
确 定 对 那 个 位 进 行 置 位 或 复 位 。 000： PC0 001： 010： 011： 100： 101： 110： 111： PC7
1.与中断无关的寄存器为（ A. TCON B. SCON
）。 C. IE
D. DPTR
2.中断的总允许控制位是（ ）。 A. EA B. ET1 C. EX1
D. ES
3. 串行口的中断入口地址为（ ） 。 A. 0003H B. 0013H C. 0023H D. 001BH 4. 定时 / 计数器的方式 0 为（ A. 8 位 B. 13 位 D. 自动重装入的 8 位计数器 ）位计数器。 C. 16 位
） 。
6. 当定时器工作在方式 1 ，系统采用 12M 晶振时，若 要定时器定时 50ms ，则定时器的初始值为（ ） 。 A. 50 B. 50000 C. 65536 D. 15536
第五章 单片机I/O口扩展及应用
5.1
I/O口扩展概述
5.1.1 I/O口扩展的原因
MCS-51系列单片机共有四个并行 I/O口，分别是P0 、P1 、 P2 和 P3 。其中P0 口一般作地址线的低八位和数据线使用； P2 口 作地址线的高八位使用；P3是一个双功能口，其第二功能是一 些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二功能。这样供用 户使用的 I/O 口就只剩下 P1 口了。另外，这些 I/O 口没有状态寄
4 7
5.3.2 8255的扩展逻辑电路
MCS-51单片机可以和8255直接连接，图7.9给出了一 种扩展电路。
RD
WR
RD
WR
P2.7
P0.7
P0.0
CS
PA 0～PA 7
74LS 373
A1 A0 D0 8255
D7
8031
PB 0～ PB
7
ALE
RST
RESET
PC 0～PC 7
图7.9 8255的扩展逻辑电路
程序存储器ROM
002AH 0023H：串行口中断入口 001BH：定时器1溢出中断入口 0013H：外部中断1入口
000BH：定时器0溢出中断入口
0003H：外部中断0入口
0000H：复位后，程序的入口地址(PC=0000H)
5. 定时 / 计数器 的定时是指 ：（ A. 对时间计数 B. 外部事件定时 C. 对内部时钟计数 D. 外部事件计数
5.3 8255可编程通用并行接口芯片
5.3.1 8255的外部引脚和内部结构
1. 外部引脚
8255的外部引脚(参考P118)所示，其中：
双向，由软件决定。
PA 0 ~ PA 7 ： A 口的输入输出信号线。该口是输入还是输出或
： B 口的输入输出信号线。该口是输入还是输出， PB 0 ~PB 7 由软件决定。
B口
INTRB IBFB STBB
图7.10 A口和B口作输出口时， C口提供的控制引线
图7.11 A口和B口作输入口时， C口提供的控制引线
各控制信号的含义如下： STB ：输入选通信号，低电平有效。它由外设提供，利用该 信号可以将外设数据锁存于8255的口锁存器中。 IBF：输入缓冲器满信号，高电平有效。当它有效时，表示 已有一个有效的外设数据锁存于8255的口锁存器中。可用此信号 通知外设数据已锁存于接口中，尚未被CPU读走，暂不能向接口 输入数据。 INTR ：中断请求信号，高电平有效。当外设将数据锁存于 接口之中，且又允许中断请求发生时，就会产生中断请求。 2. 工作方式2，又称双向输入输出方式I/O操作 只有A口才能工作在方式2。A口工作方式2时要利用C口的5 条线才能实现。此时， B口只能工作在方式 0或者方式1 下，而C 口剩余的3条线可作为输入线、输出线或B口方式1之下的控制线。 C口提供的控制线如图7.12所示。
A组 控制
A组 端口 A
PA 0 ~ PA 7
DB
数据 总线 缓冲器
A组 端口C 高四位
PC 4 ~ PC 7
B组 端口C 低四位
PC 0 ~ PC 3
RD WR A1 A0 RESET
读/写 控制 逻辑
B组 控制
B组 端口B
PB0 ~ PB7
CS
图7.8 8255的内部结构框图
为了控制方便，将8255的三个口分成A，B两组。其中A组包 括A口的8条口线和C口的高四位PC ~ PC 。B组包括B口的8条口线 0 ~ PC 3 A组和B组分别由软件编程来加以控制。 和C口的低四位 PC 。
G 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND 74LS377
VCC 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q CK
1D
D
Q
1Q
CK G
～
～
8D CK
G
D
Q
8Q
CK G
图7.4 74LS377引脚图
图7.5 74LS377的逻辑电路
由逻辑电路可知，74LS377 是由D触发器组成的，D触 发器在上升沿输入数据，即在时钟信号（CK）由低电平跳 变为高电平时，数据进入锁存器。其真值表如表7-1所示。
A口
PC7
8255
PC 6
OBFA ACKA
PC4
PC 5
PC3
STBA IBFA INTRA
图7.12 工作方式2时，C口提供的控制线
7.3.4 8255的控制字及初始化程序
8255是编程接口芯片，通过控制字（控制寄存器）对其端口 的工作方式和C口各位的状态进行设置。8255共有两个控制字， 一个是工作方式控制字，另一个是C口置位/复位控制字。这两个 控制字共用一个地址，通过最高位来选择使用那个控制字。 1. 工作方式控制字 主要功能：确定8255接口的工作方式及数据的传送方向。 各位的控制功能如图7.13所示。
5
10
11 2A 2 1Y4 2A 1
P0 ALE 74LS 244
74LS373
2716
74LS244
输入 设备
RD
CS1 CS 2
地址选通 信号
图7.1 74LS244芯片的引脚
图7.2 74LS244扩展两个输入口
2. 多输入口扩展 使用多片74LS244实现多个（例如5个）输入口扩展的电路 连接如图7.3。
P0 74LS 244 AL E
74LS 373
2716
P2.3 ~ P2.7
RD
Y CS
Y CS
Y CS
Y CS
Y CS
图7.3 多个（例如5个）输入口扩展的电路
5.2.2 简单输出口扩展
1. 简单输出口扩展使用的典型芯片 简单输出口扩展通常使用74LS377芯片，该芯片是一个具 有“使能”控制端的锁存器。其信号引脚如图7.4所示。其中： 1D～8D为8位数据输入线，1Q～8Q为8位数据输出线，CK为 时钟信号上升沿数据锁存，为使能控制信号，低电平有效。 VCC为＋5V电源。74LS377的逻辑电路如图7.5所示。
5.3.3 8255的工作方式
8255 共有三种工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。
1. 工作方式0，又称基本输入输出方式
2. 工作方式1，又称选通输入输出方式 在这种方式下，A口和B口仍作为数据的输出或输入口而 同时要利用C口的某些位作为控制和状态信号，从而实现这种 工作方式。 （1）方式0下，A口和B口均为输出 各条控制引线的定义如图7.10所示。 各控制信号的含义如下：
由 RD 、WR 、CS 和可以确定A口、B口、C口和 控制寄存器的，如表7-3所示。
表7-3 读写逻辑
CS
0 0 0 0
A0 A1
WR
0 1 0 1
CS
1 0 1 0
所选断口 A口 A口 B口 B口
操作 读A口 写A口 读B口 写B口
0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 0
1 0 1 0 1 1
（2）方式1下，A口和B口均为输入 这种情况和两口均为输出类似，各条控制引线的定义如 图7.11所示。
A口
A口
OBFA ACKA INTRA
PC 5
PC7
PC 6
PC4
PC3
PC3
8255
STBA IBFA INTRA
8255
PC0 PC1 PC2
B口
INTRB OBFB ACKB
PC0 PC1 PC2
存和命令寄存的功能，因此难以满足复杂的I/O操作要求。
5.1.2 I/O口的编址技术
用户可以通过对I/O口进行读和写操作来完成数据的输 入和输出。 例如：P0口的地址为80H。用户可以使用MOV指令对P0口进 行写操作。 MOV P0， A
5.1.3 单片机I/O传送的方式
1. 无条件传送方式
2. 查询方式 3. 中断方式 中断方式大大提高了单片机系统的工作效率，所以在 单片机中被广泛应用。
1. 扩展 I/O口（8255）时，8031与可编程I/O接口之间一般要加 锁存器，其作用是（ ） A. 锁存寻址单元的低八位地址 B. 锁存寻址单元的数据 C. 锁存寻址单元的高八位地址 D. 锁存相关的控制和选择信号 2. 扩展 8255是为了( )。 A.增大存储器的容量 B.扩展I/O端口的数量 C.增加寄存器的数量 D.提高端口的驱动能力
ACK: 输出缓冲器满信号，低电平有效。用来告诉外设，
在规定的接口上CPU已输出一个有效的数据，外设可以从该 口取走此数据。