单片机外围电路扩展

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。

单片机外围电路
关于单片机外围电路
在当今信息技术发达的时代，单片机外围电路在电子产品中应用广泛。

形成电
子计算机等电子产品的基本框架，是一种由经过集成的半导体元件组成的外围系统的电路。

单片机外围电路的结构特点是，它由来自存储器和外部输入/输出设备的各个
端口连接而成，具有扩展着输入和输出逻辑端口的功能。

由于这种结构具有便携性、灵活性和兼容性，因此在工业设备、控制器和家用设备中广泛使用，在电子应用中具有广泛的用途。

单片机外围电路的主要功能由输入和输出部分来实现，它们共同构成外围电路
系统，以支持多种设备的工作。

输入部分，一般有时钟、计数器、定时器、复位电路等，实现单片机中的触发控制。

输出部分提供适当的脉冲信号，实现单片机数据和时钟信号的输出，控制外围设备的运转。

单片机外围电路在应用上具有诸多优越性，例如可靠性好，外围电路由容许芯
片和元件组成，每个元件都被严格测试，能够满足单片机在振荡运行中机械和热变化的要求。

另外，因其结构灵活，可以根据实际应用的需要，设计出不同的外围信号接口，从而有效保障应用的正常正确性。

此外，单片机外围电路与单片机一起构成的完整系统，可大大降低设计工作的复杂性和费用。

总的来说，单片机外围电路在电子器件工程领域具有广泛应用价值，是实现计
算机及其他电子产品顺利实现的必备元件，未来将更加发挥它的重要作用。

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。

第8章思考与练习题解析【8—1】简述单片机系统扩展的基本原则和实现方法。

【答】系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。

系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。

80C5 1系列单片机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片，扩展电路及扩展方法较为典型、规范。

用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。

对于单片机系统扩展的基本方法有并行扩展法和串行扩展法两种。

并行扩展法是指利用单片机的三组总线(地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB)进行的系统扩展；串行扩展法是指利用SPI三线总线和12C双线总线的串行系统扩展。

1．外部并行扩展单片机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。

为了满足系统扩展要求，80C51系列单片机芯片引脚可以构成图8-1所示的三总线结构，即地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。

单片机所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。

2．外部串行扩展80C51．系列单片机的串行扩展包括：SPI(Serial Peripheral Interface)三线总线和12C双总线两种。

在单片机内部不具有串行总线时，可利用单片机的两根或三根I／O引脚甩软件来虚拟串行总线的功能。

12C总线系统示意图如图8—2所示。

【8—2】如何构造80C51单片机并行扩展的系统总线?【答】80C51并行扩展的系统总线有三组。

①地址总线(A0～A15)：由P0口提供低8位地址A0～A7，P0 口输出的低8位地址A0～A7必须用锁存器锁存，锁存器的锁存控制信号为单片机引脚ALE输出的控制信号。

由P2口提供高8位地址A8～A1 5。

②数据总线(DO～D7)：由P0 口提供，其宽度为8位，数据总线要连到多个外围芯片上，而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。

哪个芯片的数据通道有效则由地址线控制各个芯片的片选线来选择。

③控制总线(CB)：包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。

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。

单片机系统扩展在由单片机构成的实际测控系统中，最小应用系统往往不能满足要求，因此在系统设计时首先要解决系统扩展问题。

单片机的系统扩展主要有程序存储器（ROM）扩展，数据存储器（RAM）扩展以及I/O口的扩展。

MCS-51单片机有很强的扩展功能，外围扩展电路、扩展芯片和扩展方法都非常典型、规范。

本章首先通过实训初步了解扩展的方法及应用，然后详细讨论各种扩展的常见电路、芯片以及使用方法。

实训6 片外RAM对信号灯的控制及可编程I/O口的应用1.实训目的(1) 掌握扩展片外RAM的方法及使用。

(2) 熟悉8155可编程接口芯片的内部组成。

(3) 掌握8155初始化的方法及I/O口的使用。

(4) 了解8155内部定时器和RAM的编程使用。

(5) 认识片外RAM及8155相关地址的确定。

2.实训设备和器件实训设备：单片机开发系统、微机。

实训器件：实训电路板1套。

3.实训电路图下图为实训电路图，与附录1中的电路图连接完全相同。

图6.1 实训6电路图4.实训步骤与要求1)查阅附录实训电路板原理图及芯片手册，初步认识51单片机扩展片外RAM 所使用的芯片6264的管脚排列，以及与单片机的连接关系；初步分析8155与单片机的连接及三个I/O口与外部LED的关系。

2)将电路板与仿真器连接好。

3)输入参考程序1，汇编并调试运行，观察P1口发光二极管的亮灭状态。

4)输入参考程序2，汇编并调试运行，观察电路板中LED(共阴极)的显示情况。

参考程序1：对片外RAM写入数据并输出，控制P1口的亮灭状态。

ORG 0000HMOV DPTR,#1000H ；指向片外RAM的首地址MOV A,#0FEH ；设置第一个要送入的数据MOV R1,#08H ；设循环次数WRITE: MOVX @DPTR,A ；向RAM中写入数据INC DPTR ；片外RAM地址加1CLR CYRL A ；更新数据DJNZ R1,WRITE ；8次未送完，继续写入，否则顺序执行下一条指令MOV R1,#08H ；再次设置循环次数START: MOV DPTR,#1000H ；指向第一个数据单元1000HREAD: MOVX A,@DPTR ；读出数据到A累加器MOV P1,A ；送P1口点亮发光二极管LCALL DELAY ；延时一段时间INC DPTR ；更新地址DJNZ R1,READ ；连续读出8个数据，送P1口显示SJMP START ；8个数据读完，继续从第一个数据单元开始。