单片机I/O口扩展的基础知识-《单片机基础及应用》

2023-11-17 理论教育版权反馈

【摘要】：使用单片机本身的I／O口，可以实现一些简单的数据输入／输出传送，例如，从单片机P1．0～P1．3输入开关状态，再经P1．4～P1．7输出去驱动发光二极管，使发光二极管显示开关的状态。这时I／O口对信息的输入、输出可以直接操作。图8－7单片机I／O口直接使用方式图对于复杂的I／O操作，必须有接口电路的协调和控制才能进行。一般I／O接口电路主要完成以下基本功能。

使用单片机本身的I／O口，可以实现一些简单的数据输入／输出传送，例如，从单片机P1．0～P1．3输入开关状态，再经P1．4～P1．7输出去驱动发光二极管，使发光二极管显示开关的状态。这时I／O口对信息的输入、输出可以直接操作。如图8－7所示，可以采用查询或中断方式来实现此功能。

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图8－7　单片机I／O口直接使用方式图

对于复杂的I／O操作，必须有接口电路的协调和控制才能进行。一般I／O接口电路主要完成以下基本功能。

1．速度协调

外部设备之间的速度差异很大。对于慢速设备，如开关、继电器和机械传感器等，每秒产生不了一个数据；而对于高速采样设备，每秒要传送成千上万个数据，面对各种设备的速度差异，单片机无法按固定的时序以同步方式进行I／O操作，只能以异步方式进行，也就是只有在确认设备已为数据传送做好准备的前提下才能进行I／O操作。为此，需要接口电路产生状态信号或中断请求信号，表明设备是否做好准备，即通过接口电路来进行单片机与外部设备之间的速度协调。

2．输出数据锁存

CPU与外设速度的不一致，需要有接口电路把输出数据先锁存起来，待输出设备为接收数据做好准备后，再传送数据。这就是接口电路的数据锁存功能。(www.chuimin.cn)

3．数据总线隔离

总线上可能连接着多个数据源（输入设备）和多个数据负载（输出设备）。当一对源和负载的数据传送正在进行时，所有其他不参与的设备在电性能上必须与总线隔开。如何使这些设备在需要时与数据总线接通，而在不需要时又能及时断开，这就是接口电路的总线隔离功能。为了实现总线隔离，需要接口电路提供具有三态缓冲功能的三态缓冲电路。

4．数据转换

外部设备种类繁多，不同设备之间的性能差异很大，信号形式也多种多样。单片机只能使用数字信号，如果外部设备所提供或需要的不是电压形式的数字信号，就需要有接口电路进行转换，包括模／数转换和数／模转换等。

5．增强驱动能力

通过接口电路为输出数据提供足够的驱动功率，以保证外部设备能正常、平稳地工作。单片机应用系统中，所有系统扩展的外围设备工作时有输入电流、不工作时有漏电流存在，因此总线只能带动一定数量的电路。如MCS-51单片机作为数据总线和低8位地址总线的P0口可驱动8个TTL电路，而P2口等其他口只能驱动4个TTL电路。若应用系统规模过大，可能造成负载过重，致使驱动能力不够，系统不能可靠地工作，需要另设总线或接口驱动。

单片机I/O口扩展的基础知识-《单片机基础及应用》

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