1、12单片机片内存储器和单片机片内存储器和I/OI/O资源若不能满足需要，就需外扩资源若不能满足需要，就需外扩存储器芯片和存储器芯片和I/OI/O接口芯片，即单片机的系统扩展。接口芯片，即单片机的系统扩展。系统扩展分为并行扩展和串行扩展，并行口扩展是指被扩系统扩展分为并行扩展和串行扩展，并行口扩展是指被扩展的接口具有并行传输数据的特征；串行口扩展是指被扩展的展的接口具有并行传输数据的特征；串行口扩展是指被扩展的接口具有串行传输数据的特征。接口具有串行传输数据的特征。10.1 10.1 单片机并行扩展单片机并行扩展10.1.1 10.1.1 并行扩展结构并行扩展结构单片机系统并行扩展结构见图单片机
2、系统并行扩展结构见图10-110-1。3图图10-1 单片机并行扩展结构单片机并行扩展结构由图可见，系统并行扩展主要包括数据存储器扩展、程序由图可见，系统并行扩展主要包括数据存储器扩展、程序存储器扩展和存储器扩展和I/OI/O接口的扩展。接口的扩展。STCSTC单片机采用程序存储器空间和数据存储器空间截然分单片机采用程序存储器空间和数据存储器空间截然分开的哈佛结构，因此形成了两个并行的外部存储器空间。在开的哈佛结构，因此形成了两个并行的外部存储器空间。在STCSTC单片机系统中，单片机系统中，I/OI/O端口与数据存储器采用统一编址方式，端口与数据存储器采用统一编址方式，即即I/OI/O接口的
3、每一个端口寄存器就相当于一个接口的每一个端口寄存器就相当于一个RAMRAM存储单元。存储单元。由于采用并行总线结构，扩展的各种外围接口器件只要符由于采用并行总线结构，扩展的各种外围接口器件只要符合总线规范，就可方便地接入系统。并行扩展是通过系统总线合总线规范，就可方便地接入系统。并行扩展是通过系统总线把单片机与各扩展器件连接起来。系统总线即图中的地址总线把单片机与各扩展器件连接起来。系统总线即图中的地址总线（ABAB）、数据总线（）、数据总线（DBDB）和控制总线（）和控制总线（CBCB）。）。（1 1）地址总线（）地址总线（Address BusAddress Bus，ABAB）：）：传送单
4、片机单向发传送单片机单向发出的地址信号，以便进行存储单元和出的地址信号，以便进行存储单元和I/OI/O接口芯片中的寄存器接口芯片中的寄存器单元选择。单元选择。（2 2）数据总线（）数据总线（Data BusData Bus，DBDB）：用于单片机与外部存储）：用于单片机与外部存储器之间或与器之间或与I/OI/O接口之间双向传送数据。接口之间双向传送数据。（3 3）控制总线（）控制总线（Control BusControl Bus，CBCB）：是单片机发出的各种）：是单片机发出的各种控制信号线。控制信号线。4STCSTC单片机形成系统的三总线原理如图单片机形成系统的三总线原理如图10-210-2
5、所示。所示。5图图10-2 单片机三总线单片机三总线1 1P0P0口作为低口作为低8 8位地址位地址/数据数据总线总线由于受引脚数目限制，由于受引脚数目限制，P0P0口口既用作低既用作低8 8位地址总线，又用作数位地址总线，又用作数据总线（分时复用），为了维持据总线（分时复用），为了维持在一次对外访问中地址信号不变，在一次对外访问中地址信号不变，因此需增加因此需增加1 1个个8 8位地址锁存器。单位地址锁存器。单片机对外部扩展的存储器单元或片机对外部扩展的存储器单元或I/OI/O接口寄存器进行访问时，先发接口寄存器进行访问时，先发出低出低8 8位地址送地址锁存器锁存，位地址送地址锁存器锁存，低
6、低8 8位地址锁存控制信号位地址锁存控制信号ALEALE此时此时可以用来有效控制锁存，锁存器可以用来有效控制锁存，锁存器输出作为系统的低输出作为系统的低8 8位地址（位地址（A7A7A0A0）。随后，）。随后，P0P0口又作为数据总口又作为数据总线口（线口（D7D7D0D0），对当前的地址），对当前的地址单元传输数据。单元传输数据。2 2P2P2口的口线作为高位地址口的口线作为高位地址P2P2口的全部口的全部8 8位口线用作系统高位口线用作系统高8 8位地址线，再加上地位地址线，再加上地址锁存器输出提供的低址锁存器输出提供的低8 8位地址，便形成了系统的位地址，便形成了系统的1616位地址位地
7、址总线，从而使单片机系统的寻址范围可达到总线，从而使单片机系统的寻址范围可达到64KB64KB。3 3控制信号线控制信号线这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的这些信号有的就是单片机引脚的第一功能信号，有的则是则是P3P3口第二功能信号。其中包括：口第二功能信号。其中包括：PSENPSEN*：外部扩展的程序存储器的读选通信号；：外部扩展的程序存储器的读选通信号；RDRD*和和WRWR*：外部数据存储器和：外部数据存储器和I/OI/O接口的读、写选通接口的读、写选通控制信号；控制信号；EAEA*：片内、外程序存储器访问选择控制端。：片内、外程序存储器访问选择控制端。6710.1.2 并行
8、扩展方法并行扩展方法1.1.扩展地址空间的分配扩展地址空间的分配使一个存储单元或使一个存储单元或I/OI/O端口只对应一个地址，避免单片端口只对应一个地址，避免单片机对一个地址单元访问时，发生数据冲突。这就是扩展地机对一个地址单元访问时，发生数据冲突。这就是扩展地址空间的分配问题。址空间的分配问题。在对扩展的多片存储器芯片中，要对某个单元进行读在对扩展的多片存储器芯片中，要对某个单元进行读写，必须进行两种选择：一是必须选中该存储器芯片，这写，必须进行两种选择：一是必须选中该存储器芯片，这称为称为“片选片选”，只有被，只有被“选中选中”的存储器芯片才能被单片的存储器芯片才能被单片机访问，未被选中
9、的芯片不能被访问；二是在机访问，未被选中的芯片不能被访问；二是在“片选片选”的的基础上还同时基础上还同时“选中选中”芯片的某一单元对其进行读写，这芯片的某一单元对其进行读写，这称为称为“单元选择单元选择”。每个扩展的芯片都有。每个扩展的芯片都有“片选片选”引脚，引脚，同时每个芯片也都有多条地址引脚，以便对其进行单元选同时每个芯片也都有多条地址引脚，以便对其进行单元选择。择。需要注意的是，需要注意的是，“片选片选”和和“单元选择单元选择”都是单片机都是单片机通过地址线一次发出的地址信号来完成选择的。通过地址线一次发出的地址信号来完成选择的。常用的存储器地址空间分配方法有两种：线选法和译码常用的存
10、储器地址空间分配方法有两种：线选法和译码法。法。1 1）线选法）线选法直接利用单片机某一高位地址线作为存储器芯片（或直接利用单片机某一高位地址线作为存储器芯片（或I/OI/O接口芯片）的接口芯片）的“片选片选”控制信号。为此，只要用某一高位地控制信号。为此，只要用某一高位地址线与存储器芯片的址线与存储器芯片的“片选片选”端直接连接即可。端直接连接即可。优点：电路简单，直接用地址线选择芯片，体积小，成优点：电路简单，直接用地址线选择芯片，体积小，成本低。本低。缺点：因为地址线数量有限，使可寻址芯片数目受限制缺点：因为地址线数量有限，使可寻址芯片数目受限制，适用于外扩芯片数目不多的单片机系统的扩展
11、。另外，会，适用于外扩芯片数目不多的单片机系统的扩展。另外，会造成地址空间不连续，这会给程序设计带来一些不便。造成地址空间不连续，这会给程序设计带来一些不便。82 2）译码法）译码法使用译码器对单片机的高位地址进行译码，将译码器的译使用译码器对单片机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。一般，片选信号数量等于码输出作为存储器芯片的片选信号。一般，片选信号数量等于2 2n n（n n为参加译码的地址线数量），能有效扩大片选数量，有效地为参加译码的地址线数量），能有效扩大片选数量，有效地形成连续的存储器地址空间，适于多芯片的存储器扩展。常用的形成连续的存储器地址空间，适于
12、多芯片的存储器扩展。常用的译码器有译码器有74LS13874LS138（3-83-8译码器）、译码器）、74LS13974LS139（双（双2-42-4译码器）与译码器）与74LS15474LS154（4-164-16译码器）。译码器）。（1 1）74LS13874LS138译码器：当译码器输入为某一固定编码时（译码器：当译码器输入为某一固定编码时（3 3个地址输入的编码），其个地址输入的编码），其8 8个输出引脚个输出引脚Y0Y0*Y7Y7*中仅有中仅有1 1个引脚输个引脚输出为低，其余全为高。而输出低电平的引脚恰好作为片选信号。出为低，其余全为高。而输出低电平的引脚恰好作为片选信号。74L
13、S13874LS138译码器的引脚及其功能如图译码器的引脚及其功能如图10-310-3。9图图10-3 74LS138译码器引脚及功能译码器引脚及功能【例【例10-110-1】扩展扩展8 8片片8KB8KB的的RAM 6264RAM 6264，用，用74LS13874LS138设计一个设计一个片选译码器，把片选译码器，把64KB64KB空间分配给各个芯片。空间分配给各个芯片。解：按题意每个解：按题意每个RAMRAM芯片是芯片是8KB8KB，其片内地址范围是，其片内地址范围是00001FFFH00001FFFH，需用，需用A0A12A0A12共共1313根地址线用于存储器芯片内的根地址线用于存储
14、器芯片内的单元选择；单片机剩下单元选择；单片机剩下3 3根地址线根地址线A13A15A13A15正好用于片选信号译正好用于片选信号译码器码器74LS13874LS138的输入的输入ACAC脚，控制信号脚，控制信号G1G1、G2AG2A*、G2BG2B*按满足按满足工作要求连接，在译码器的输出就可以得到工作要求连接，在译码器的输出就可以得到8 8个个RAM6264RAM6264的片选的片选信号信号。译码电路原理图如图。译码电路原理图如图10-410-4。10图图10-4 8个个RAM6264的片选信号译码电路的片选信号译码电路11（2 2）74LS13974LS139译码器。两个译码器。两个2-
15、42-4译码器完全独立，分别有译码器完全独立，分别有各自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端，各自的数据输入端、译码状态输出端以及数据输入允许端，其引脚及其其引脚及其1 1组的功能如图组的功能如图10-410-4所示。所示。图图10-4 74LS139译码器引脚及功能译码器引脚及功能 2.2.地址锁存器地址锁存器由图由图10-210-2介绍已知，外部扩展的低介绍已知，外部扩展的低8 8位地址需要用外部的锁位地址需要用外部的锁存器进行锁存，直至当前对扩展单元的数据传输完成。目前，存器进行锁存，直至当前对扩展单元的数据传输完成。目前，常用的地址锁存器芯片有常用的地址锁存器芯片有74LS3
16、7374LS373、74LS57374LS573等。等。74LS37374LS373是带有三态门输出的是带有三态门输出的8D8D锁存器，其引脚、内部结锁存器，其引脚、内部结构及功能如图构及功能如图10-10-所示。所示。D0-7D0-7是是8 8位输入信号；位输入信号；Q0-7Q0-7是锁存器是锁存器8 8位输出信号；位输出信号；G G是锁是锁存控制引脚，高有效；存控制引脚，高有效；OEOE*是三态输出控制引脚，低时允许输是三态输出控制引脚，低时允许输出，高时对外为高阻状态。出，高时对外为高阻状态。12图图10-5 8D锁存器锁存器74LS373引脚及功能引脚及功能10.1.3 10.1.3
17、存储器扩展存储器扩展1.1.存储器的类型存储器的类型常用于扩展的存储器主要有程序存储器（常用于扩展的存储器主要有程序存储器（FLASH/EEPROM/EPROMFLASH/EEPROM/EPROM）和数据存储器）和数据存储器(SRAM)(SRAM)。由于现。由于现在的单片机内部有较大的程序存储器空间，所以程序存储器在的单片机内部有较大的程序存储器空间，所以程序存储器的扩展应用较少。片外电可擦写存储器的扩展应用较少。片外电可擦写存储器EEPROMEEPROM操作简单，操作简单，可按字节写入，有时扩展可按字节写入，有时扩展EEPROMEEPROM用来存储较大的能够改写用来存储较大的能够改写的非易失
18、常数数据表以便程序中使用。的非易失常数数据表以便程序中使用。IntelIntel公司出产的典型公司出产的典型存储器，存储器，62xxx 62xxx是是SRAMSRAM，27xxx27xxx是是EPROMEPROM，28xxx28xxx是是EEPROMEEPROM，后面的，后面的xxxxxx是表示位容量的大小，比如是表示位容量的大小，比如62646264是是64Kbit64Kbit（8KB8KB）的）的SRAMSRAM。131 1）并行并行SRAMSRAM存储器存储器 典型芯片有典型芯片有61166116（2KB2KB）、）、62646264（8KB8KB）、）、6212862128（16KB1
19、6KB）、）、6225662256（32KB32KB）。）。这些这些RAMRAM芯片都是单一芯片都是单一+5V+5V电源供电，双列直插引脚，电源供电，双列直插引脚，引脚排列见图引脚排列见图10-610-6。14图图10-6 常见常见SRAM芯片引脚芯片引脚152 2）并行并行EEPROMEEPROM存储器存储器典型的芯片有典型的芯片有2816/2816A2816/2816A（2KB2KB）、）、2817/2817A2817/2817A（2KB2KB），），2864A2864A（8KB8KB）。这些）。这些EEPROMEEPROM芯芯片也都是单一片也都是单一+5V+5V电源供电电源供电，双列直插
20、引脚，双列直插引脚，“A A”表表示可以低电压擦写。引脚排示可以低电压擦写。引脚排列见图列见图10-710-7。各引脚功能和。各引脚功能和相同容量的相同容量的62xxx62xxx和和27xxx27xxx完完全兼容。全兼容。图图10-7 常见常见EEPROM芯片引脚芯片引脚根据芯片的引脚，可以画出根据芯片的引脚，可以画出芯片的逻辑符号。以芯片的逻辑符号。以SRAMSRAM芯片芯片为例，逻辑符号如图为例，逻辑符号如图10-810-8所示。所示。由图可见除工作电源以外（由图可见除工作电源以外（VCCVCC：工作电源：工作电源+5V+5V；GNDGND：地），：地），存储器对外信号连接线分为存储器对外
21、信号连接线分为3 3类类，即：地址信号，即：地址信号A0AnA0An、数据信、数据信号号D0D7D0D7、受控信号、受控信号WEWE*、OEOE*、CECE*。单片机进行存储器扩展，实单片机进行存储器扩展，实际上就是设计单片机的三总线如际上就是设计单片机的三总线如何和存储器何和存储器3 3类信号进行连接。类信号进行连接。16A0AnD0D7WE*OE*CE*62xxx图图10-8 SRAM逻辑符号逻辑符号17对对3 3类线要掌握以下特点：类线要掌握以下特点：A0A0AnAn：片内地址输入线，单片机向存储器传送地址信：片内地址输入线，单片机向存储器传送地址信号。片内地址线的数量，确定了存储器芯片
22、片内的单元数量。号。片内地址线的数量，确定了存储器芯片片内的单元数量。地址线有地址线有n+1n+1条，意味着存储器芯片内部有条，意味着存储器芯片内部有2 2n+1n+1个单元，通常个单元，通常用用1616进制表示。如进制表示。如62646264的地址线有的地址线有1313条，则内部有条，则内部有2 21313个单元，个单元，即即1FFFH1FFFH个单元（个单元（8KB8KB）。）。D0D0D7D7：双向三态数据线，用来：双向三态数据线，用来对地址线确定的存储单元输入对地址线确定的存储单元输入/输出数据信号。不传输数据时，输出数据信号。不传输数据时，引脚呈现高阻状态引脚呈现高阻状态CECE*：
23、片选信号输入线，低电平有效。只有存储器的片选：片选信号输入线，低电平有效。只有存储器的片选信号有效，该存储器才能进行读、写或擦除操作，否则数据信号有效，该存储器才能进行读、写或擦除操作，否则数据线位高阻状态。线位高阻状态。OEOE*：读选通信号输入线，低电平有效。对于：读选通信号输入线，低电平有效。对于SRAMSRAM，直，直接连接单片机的接连接单片机的RDRD*信号；对于信号；对于EPRONEPRON，直接连接，直接连接PSENPSEN*信信号，对于号，对于EEPROMEEPROM，可以采用，可以采用RDRD*和和PSENPSEN*相相“与与”的信号。的信号。WEWE*：写允许信号输入线，低
24、电平有效。对于：写允许信号输入线，低电平有效。对于SRAMSRAM或或EEPROMEEPROM，直接连接单片机的，直接连接单片机的WRWR*信号；信号；EPROMEPROM不能在线写，不能在线写，所以不要连接。所以不要连接。182.STC89STC89系列单片机对外扩展读系列单片机对外扩展读/写操作时序（写操作时序（12T12T模式）模式）STC89STC89单片机对片外并行扩展的电路的读和写两种操作时单片机对片外并行扩展的电路的读和写两种操作时序的基本过程是相同的。序的基本过程是相同的。1 1）读）读RAMRAM操作时序操作时序单片机片外读单片机片外读RAMRAM操作的时序如图操作的时序如图
25、10-910-9所示。所示。图图10-9 单片机片外读操作时序单片机片外读操作时序192 2）写）写RAMRAM操作时序操作时序单片机片外写单片机片外写RAMRAM操作时序如图操作时序如图10-1010-10所示。开始的过程与所示。开始的过程与读过程类似，但写的过程是单片机主读过程类似，但写的过程是单片机主图图10-10 单片机单片机写写片外片外RAM操作时序操作时序203 3）访问访问ROMROM时序时序单片机访问片外单片机访问片外ROMROM操作时序如图操作时序如图10-1110-11所示。因为对所示。因为对ROM ROM 是取指令（读）操作，其时序和读是取指令（读）操作，其时序和读RAM
26、RAM类似，读取指令类似，读取指令的控制信号是的控制信号是PSENPSEN*而不是而不是RDRD*，在，在PSENPSEN*低电平时读取指令低电平时读取指令信息。信息。ALE时钟S1S4S6S5S3S2PSENA15 A8A15 A8P2P0A7A0A7A0指令指令图图10-11 单片机访问片外单片机访问片外ROM时序时序213.3.存储器扩展的类型存储器扩展的类型存储器扩展有三种类型，即存储器扩展有三种类型，即“字扩展字扩展”、“位扩展位扩展”和和“字位都扩展字位都扩展”。1 1）字扩展字扩展字扩展就是存储单元扩展（或增加）。字扩展中单片机字扩展就是存储单元扩展（或增加）。字扩展中单片机和存
27、储器的连接方法按照和存储器的连接方法按照3 3个规则：个规则：数据总线和存储器数据线直接对应连接；数据总线和存储器数据线直接对应连接；地址总线和存储器的片内地址线直接对应连接；地址总线和存储器的片内地址线直接对应连接；控制信号包括读控制信号包括读/写控制和片选控制二部分：写控制和片选控制二部分：读读/写控制：单片机的读写控制：单片机的读/写控制输出信号直接和存储器写控制输出信号直接和存储器的读的读/写控制输入连接；写控制输入连接；片选控制：用单片机多出的存储器的片外地址作为片选片选控制：用单片机多出的存储器的片外地址作为片选信号，根据情况，可以采用信号，根据情况，可以采用“线选法线选法”或或“
28、译码法译码法”使用片使用片选信号。选信号。222 2）位扩展位扩展位扩展就是存储器字长扩展（或增长）。当单片机位扩展就是存储器字长扩展（或增长）。当单片机CPUCPU的的字长大于扩展的存储器数据位长时，要使数据传输长度一致字长大于扩展的存储器数据位长时，要使数据传输长度一致，就需要位扩展。下面以，就需要位扩展。下面以CPUCPU字长为字长为1616位，而外部存储器单元位，而外部存储器单元数据是数据是8 8位为例进行说明，单片机为了和外部存储器传输数据位为例进行说明，单片机为了和外部存储器传输数据，就需要对外部存储器进行位扩展。位扩展中单片机和存储，就需要对外部存储器进行位扩展。位扩展中单片机和
29、存储器的连接方法按照器的连接方法按照3 3个规则：个规则：数据总线的高数据总线的高8 8位连接高字节单元存储器，数据总线的低位连接高字节单元存储器，数据总线的低8 8位连接低字节单元存储器，这位连接低字节单元存储器，这2 2个同样型号的存储器作为一组个同样型号的存储器作为一组，同时读，同时读/写，相当于每个单元扩展到写，相当于每个单元扩展到1616位；位；地址总线和存储器的片内地址线直接对应连接；地址总线和存储器的片内地址线直接对应连接；（3 3）控制信号的连接和字扩展一样，但要注意，同一个）控制信号的连接和字扩展一样，但要注意，同一个片选信号要同时连接到作为一组的二个存储器的片选引脚。片选信
30、号要同时连接到作为一组的二个存储器的片选引脚。STC89STC89系列单片机是系列单片机是8 8位机，而存储器数据长度也是位机，而存储器数据长度也是8 8位，位，一般不需要位扩展。在用到一般不需要位扩展。在用到1616位、位、3232位单片机时，就可能用到位单片机时，就可能用到位扩展。位扩展。4.4.并行存储器扩展举例并行存储器扩展举例【例【例10-210-2】分析图分析图10-1210-12各器件作用，给出各扩展的各器件作用，给出各扩展的SRAMSRAM地址范围，编写程序将片外数据存储器中的地址范围，编写程序将片外数据存储器中的0 x50000 x50000 x50FF0 x50FF的的25
31、6256个单元依次转移到片外个单元依次转移到片外0 x70000 x70FF0 x70000 x70FF。23图图10-12 SRAM扩展电路扩展电路24解：解：图中图中SRAMSRAM选用选用6212862128为为16KB16KB，该芯片地址线为，该芯片地址线为A0A0A13A13，单独芯片的地址范围为，单独芯片的地址范围为000000003FFFH3FFFH；单片机剩余高位地；单片机剩余高位地址线为址线为A14A14（P2.6P2.6）、）、A15A15（P2.7P2.7）两条，正好采用）两条，正好采用2-42-4译码器译码译码器译码选择选择4 4片片6212862128；8D 8D锁存
32、器锁存器74LS37374LS373用来锁存低用来锁存低8 8位地址；各位地址；各6212862128芯片的地址范围如表芯片的地址范围如表10-110-1所示。所示。参考程序：参考程序：#include#include xdataxdata unsigned char databuf1256 _at_0 x5000;unsigned char databuf1256 _at_0 x5000;xdataxdata unsigned char databuf2256 _at_0 x7000;unsigned char databuf2256 _at_0 x7000;void main(void)v
33、oid main(void)unsigned char unsigned char i i;for(for(i i=0;i=0;i256;i+)256;i+)databuf2 databuf2i i=databuf1=databuf1i i;2510.1.4 I/O10.1.4 I/O接口扩展接口扩展1 1I/OI/O接口的概念接口的概念1 1）I/OI/O接口的基本功能要求接口的基本功能要求I/OI/O接口作为单片机与外设交换信息的通道，通常应该满接口作为单片机与外设交换信息的通道，通常应该满足以下要求。足以下要求。（1 1）实现和不同外设的速度匹配）实现和不同外设的速度匹配多数外设速度慢，
34、无法和多数外设速度慢，无法和ss级单片机比。单片机只有在确级单片机比。单片机只有在确认外设已为数据传送做好准备前提下才进行数据传送。认外设已为数据传送做好准备前提下才进行数据传送。（2 2）输出数据锁存）输出数据锁存保证单片机输出数据在外设中维持一定的时间，而不需保证单片机输出数据在外设中维持一定的时间，而不需要占用要占用CPUCPU大量时间，以致影响大量时间，以致影响CPUCPU处理其他工作。处理其他工作。（3 3）输入数据三态缓冲）输入数据三态缓冲为使传送数据时不发生冲突，只允许当前时刻正在接收为使传送数据时不发生冲突，只允许当前时刻正在接收数据的数据的I/OI/O接口使用数据总线，其余接
35、口使用数据总线，其余I/OI/O接口应处于隔离（高接口应处于隔离（高阻）状态，为此要求阻）状态，为此要求I/OI/O接口电路能为输入数据提供三态输入接口电路能为输入数据提供三态输入缓冲功能。缓冲功能。262 2）I/OI/O端口的编址端口的编址I/OI/O接口接口：是单片机与外设间连接电路总称。是单片机与外设间连接电路总称。I/OI/O端口（简称端口（简称I/OI/O口）口）：是指是指I/OI/O接口电路中具有单元地址接口电路中具有单元地址的寄存器或缓冲器。一个的寄存器或缓冲器。一个I/OI/O接口芯片可以有多个接口芯片可以有多个I/OI/O端口端口：数数据口，命令口，状态口。据口，命令口，状
36、态口。每个每个I/OI/O端口都有地址，以便单片机进行访问和交换信息。端口都有地址，以便单片机进行访问和交换信息。常用常用I/OI/O端口编址两种方式，独立编址方式和统一编址方式。端口编址两种方式，独立编址方式和统一编址方式。（1 1）独立编址：独立编址方式就是）独立编址：独立编址方式就是I/OI/O端口和存储器单元端口和存储器单元的地址空间分开编址。两个地址空间相互独立，的地址空间分开编址。两个地址空间相互独立，I/OI/O端口需要专端口需要专门的读写指令和控制信号。门的读写指令和控制信号。（2 2）统一编址：把）统一编址：把I/OI/O端口与数据存储器单元同等对待，端口与数据存储器单元同等
37、对待，即接口芯片中一个端口就相当于一个即接口芯片中一个端口就相当于一个RAMRAM单元。统一编址方式单元。统一编址方式优点是不需要专门的优点是不需要专门的I/OI/O指令，直接使用访问数据存储器指令进指令，直接使用访问数据存储器指令进行行I/OI/O读写操作。读写操作。STC89STC89系列单片机使用的就是统一编址方式。为了区分外部系列单片机使用的就是统一编址方式。为了区分外部数据存储器所占的单元地址与数据存储器所占的单元地址与I/OI/O端口所占地址，通常把存储器端口所占地址，通常把存储器存储空间安排在存储空间安排在地址地址的低端，的低端，I/OI/O端口地址安排在端口地址安排在地址地址的
38、高端。的高端。3 3）I/O I/O数据的传送方式数据的传送方式为了实现和不同外设速度匹配，为了实现和不同外设速度匹配，I/OI/O接口须根据不同外设接口须根据不同外设选择恰当选择恰当I/OI/O数据传送方式。数据传送方式。I/OI/O数据传送方式有：同步传送数据传送方式有：同步传送、异步传送和中断传送。、异步传送和中断传送。（1 1）同步传送：又称无条件传送。当外设速度和单片机）同步传送：又称无条件传送。当外设速度和单片机速度相似时，常采用本方式，最典型的同步传送就是单片机和速度相似时，常采用本方式，最典型的同步传送就是单片机和外部数据存储器间的数据传送。外部数据存储器间的数据传送。（2 2
39、）异步传送：即查询传送。单片机通过查询外设）异步传送：即查询传送。单片机通过查询外设“准准备好备好”后，再进行数据传送。由于程序在运行中经常查询外设后，再进行数据传送。由于程序在运行中经常查询外设是否是否“准备好准备好”，占用，占用CPUCPU时间，因此工作效率不高。时间，因此工作效率不高。（3 3）中断传送：即利用单片机本身的中断功能和）中断传送：即利用单片机本身的中断功能和I/OI/O接口接口芯片的中断功能来实现数据传送。当中断条件都具备时，只有芯片的中断功能来实现数据传送。当中断条件都具备时，只有中断事件发生，才引起中断服务进行数据传送，中断服务完成中断事件发生，才引起中断服务进行数据传
40、送，中断服务完成后又返回主程序继续执行。中断方式可大大提高单片机的工作后又返回主程序继续执行。中断方式可大大提高单片机的工作效率。效率。27284 4）常用的常用的I/OI/O接口类型接口类型 单片机的单片机的I/OI/O接口电路一般有三种形式：直接传送式接口、接口电路一般有三种形式：直接传送式接口、可编程控制接口和模块化接口。可编程控制接口和模块化接口。（1 1）直接传送式接口直接传送式接口。接口电路采用通用的接口电路采用通用的TTLTTL、CMOSCMOS等等中、小规模集成电路构成。一般，这种中、小规模集成电路构成。一般，这种I/OI/O接口都是通过接口都是通过P0P0口扩展口扩展。由于。
41、由于P0P0口只能分时复用，故构成输出口时，接口芯片应具有锁口只能分时复用，故构成输出口时，接口芯片应具有锁存功能；构成输入口时，要求接口芯片应能三态缓冲或锁存选通存功能；构成输入口时，要求接口芯片应能三态缓冲或锁存选通。常用器件有锁存器、三态缓冲器、存储器等。常用器件有锁存器、三态缓冲器、存储器等。（2 2）可编程控制接口可编程控制接口。接口电路采用一些通用的可编程的中接口电路采用一些通用的可编程的中、大规模集成电路构成。一般，这种可编程集成电路可以接受单、大规模集成电路构成。一般，这种可编程集成电路可以接受单片机的编程指令设置，自行管理各自扩展的片机的编程指令设置，自行管理各自扩展的I/O
42、I/O接口功能。常用的接口功能。常用的可编程通用并行可编程通用并行I/OI/O接口芯片有接口芯片有82C5582C55（可编程通用并行（可编程通用并行I/OI/O接口接口芯片）、芯片）、82518251（可编程并行口（可编程并行口IO/RAM/IO/RAM/定时器接口芯片）、定时器接口芯片）、82538253（可编程定时器）（可编程定时器）82798279（可编程键盘（可编程键盘/显示器接口芯片）等。显示器接口芯片）等。（3 3）模块化接口模块化接口。直接用现成的模块化器件和单片机连接，直接用现成的模块化器件和单片机连接，其接口部分都集成在模块内部，单片机需要按照模块使用说明书其接口部分都集成
43、在模块内部，单片机需要按照模块使用说明书对其进行控制。例如对其进行控制。例如LCDLCD模块、模块、WIFIWIFI模块、移动通信模块等。从模块、移动通信模块等。从单片机控制角度看，模块化接口和可编程接口类似，需要单片机单片机控制角度看，模块化接口和可编程接口类似，需要单片机程序来设置模块的功能。程序来设置模块的功能。2 2直接传送式直接传送式I/OI/O接口电路接口电路1 1）常用元器件）常用元器件常用的元器件有锁存器、三态缓冲器、译码器等。存储器常用的元器件有锁存器、三态缓冲器、译码器等。存储器和译码器的典型元器件和译码器的典型元器件74LS37374LS373、74LS13874LS13
44、8、74LS13974LS139等前面已等前面已经介绍，这里介绍二款典型的三态缓冲器。经介绍，这里介绍二款典型的三态缓冲器。图图10-1310-13是是2 2路路4 4位三态门位三态门74LS24474LS244的引脚、原理及功能表，的引脚、原理及功能表，2 2组组4 4位三态门，位三态门，G G*有效时传送数据，有效时传送数据，G G*无效时输出端为高阻状无效时输出端为高阻状态。编程实现题目所要求的功能，图态。编程实现题目所要求的功能，图9-179-17为主程序的流程，图为主程序的流程，图9-189-18为中断服务程序中流程。为中断服务程序中流程。29图图10-13 2路路4位三态门位三态门
45、74LS24430图图10-1410-14是是1 1路路8 8位双向三态门位双向三态门74LS24574LS245的引脚、原理及功能的引脚、原理及功能表，表，CECE*为使能控制位，低电平时传送数据，高电平时高阻；为使能控制位，低电平时传送数据，高电平时高阻；DIRDIR为传输方向控制位，低电平时数据由为传输方向控制位，低电平时数据由BABA传送，高电平传送，高电平时数据由时数据由ABAB传送。传送。图图10-14 8位位双向双向三态门三态门74LS245311)1)接口电路应用举例接口电路应用举例【例【例10-310-3】电路如图】电路如图10-1410-14所示，分析电路扩展方法，编所示，
46、分析电路扩展方法，编程实现程实现8 8个发光二极管个发光二极管LED0LED7LED0LED7显示开关显示开关S7S7S0S0的状态。的状态。图10-14 小规模集成电路用作I/O接口32解：解：图图10-1410-14用三态缓冲器用三态缓冲器74LS24474LS244和和8D8D锁存器锁存器74LS37374LS373，扩展了简单的扩展了简单的I/OI/O口的电路，受单片机的口的电路，受单片机的P2.7P2.7、RDRD*、WRWR*3 3条控制线控制。条控制线控制。74LS24474LS244作为扩展的输入口，作为扩展的输入口，2 2个个4 4位三态门并位三态门并联，联，2 2个控制信号
47、个控制信号1G1G*和和2G2G*合并作为一组合并作为一组8 8位三态门使用，位三态门使用，8 8个个输入端分别接输入端分别接8 8个开关个开关S7S7S0S0。74LS37374LS373作为扩展的输出口，输作为扩展的输出口，输出端接出端接8 8个发光二极管个发光二极管LED7LED7LED0LED0。当某输入口线的开关按。当某输入口线的开关按下时，该输入口线为低电平，读入单片机后，其相应位为下时，该输入口线为低电平，读入单片机后，其相应位为“0”0”，然后再将口线的状态经，然后再将口线的状态经74LS37374LS373输出，某位低电平时二输出，某位低电平时二极管发光，从而显示出按下的开关
48、的位置。极管发光，从而显示出按下的开关的位置。由图可确定扩展的由图可确定扩展的74LS24474LS244和和74LS37374LS373芯片具有相同端口地芯片具有相同端口地址：址：0 xfeff0 xfeff，只不过读入时，只不过读入时，P2.0P2.0和和RDRD*都为低，通过或门，选都为低，通过或门，选中中74LS24474LS244传送控制端；输出时传送控制端；输出时P2.0P2.0和和WRWR*都为低，经过或非都为低，经过或非门，选中门，选中74LS37374LS373的锁存控制端。的锁存控制端。33参考程序如下：参考程序如下：#include#include#define#defi
49、ne ucharuchar unsigned char unsigned char ucharuchar i i;i i=XBYTE0 xfeff;=XBYTE0 xfeff;XBYTE0 xfeff=XBYTE0 xfeff=i i;由程序可以看出，对于所扩展接口的输入由程序可以看出，对于所扩展接口的输入/输出如同对外输出如同对外部部RAMRAM读读/写数据一样方便。可根据需要扩展多片写数据一样方便。可根据需要扩展多片74LS24474LS244、74LS37374LS373之类的芯片，但各芯片的片选信号（芯片工作使能信之类的芯片，但各芯片的片选信号（芯片工作使能信号）应通过线选法或译码法加
50、以区别。号）应通过线选法或译码法加以区别。343.3.通用可编程并行接口通用可编程并行接口通用可编程接口芯片起到一边连接单片机，一边连接通用可编程接口芯片起到一边连接单片机，一边连接外部设备或部件的作用，接口电路的设计就是要考虑两边外部设备或部件的作用，接口电路的设计就是要考虑两边如何连接。以下以如何连接。以下以81558155芯片为例，介绍可编程接口芯片的芯片为例，介绍可编程接口芯片的使用。使用。1 1）81558155的工作原理的工作原理8155 8155 是一种通用的多功能可编程是一种通用的多功能可编程RAM/IO RAM/IO 扩展器，片扩展器，片内不仅有内不仅有3 3 个可编程并行个
