單片機(jī)I/O口的擴(kuò)展，過(guò)去常常采用門電路或可編程邏輯器件等來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較麻煩。本文介紹具有串行接口的I/O擴(kuò)展器EM83010及其應(yīng)用，從而為設(shè)計(jì)者提供一種新的I/O口擴(kuò)展方法。使用EM83010進(jìn)行I/O擴(kuò)展，不僅非常簡(jiǎn)便，而且具有強(qiáng)大的功能。
1 EM83010簡(jiǎn)介
　　EM83010是EMC公司生產(chǎn)的帶串行接口的I/O擴(kuò)展器，它具有以下功能及特點(diǎn)：
　　· 14個(gè)雙向I/O口線
　　· 2個(gè)I/O寄存器，2個(gè)I/O控制寄存器
　　· 144×8bit片內(nèi)RAM
　　· 與MCU通過(guò)2線串行接口相連
　　· 2線最多可同時(shí)接8片EM83010(此時(shí)擴(kuò)展I/O數(shù)量為112個(gè)，RAM容量為1152×8bit)
　　· 工作電壓寬：2.5V～5.5V
　　· 低功耗，工作電流0.5mA，靜態(tài)電流15μA
　　· 18DIP/SOIC封裝形式
1.1 管腳定義
　　對(duì)于18DIP封裝的EM83010而言，其管腳功能如表1所示。

1.2 內(nèi)部功能框圖
　　EM83010內(nèi)部功能框圖如圖1所示。EM83010內(nèi)部主要包括I/O控制邏輯、存儲(chǔ)控制邏輯、地址指針、144字節(jié)的RAM、狀態(tài)及控制寄存器、兩個(gè)端口及其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器。

1.3 2線串行接口
　　EM83010支持雙向2線串行接口，其中由SCK提供串行同步時(shí)鐘，SDT收發(fā)數(shù)據(jù)，并且最多可以有8個(gè)EM83010同時(shí)共享該總線。
　　串行總線上數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序如圖2所示。

　　數(shù)據(jù)傳輸依次為：START、GRP位、DATA(控制字節(jié)、數(shù)據(jù)或地址，高位在前，低位在后)、ACK位、STOP。其中START定義為SCK＝“1”時(shí)SDT的下降沿；STOP定義為SCK＝“1”時(shí)SDT的上升沿；若GRP＝“0”，表示下面的字節(jié)是控制字節(jié)，否則表示下面的字節(jié)是數(shù)據(jù)或地址；ACK的產(chǎn)生方法是在ACK周期(回應(yīng)時(shí)鐘)的高電平期間將SDT拉低。STOP產(chǎn)生之后，SCK、SDT保持高電平狀態(tài)。
　　串行總線上定義了三種數(shù)據(jù)格式：
　　(a) 控制字節(jié)的傳送

　　
　　(b) 隨機(jī)地址的數(shù)據(jù)讀寫

　　
　　(c) 連續(xù)地址的數(shù)據(jù)讀寫

　　
　　在以上數(shù)據(jù)格式中，S：開(kāi)始(START)；P：停止(STOP)；D：數(shù)據(jù)(8位)；1：(GRP)高電平；0：(GRP)低電平；A：地址(8位)；K：讀數(shù)據(jù)時(shí)有回應(yīng)(ACK)；C：控制字節(jié)(8位)；NK：讀數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)回應(yīng)(No ACK)。
1.4 控制字節(jié)
　　控制字節(jié)的位定義如表2所示。

　　注：(T1 T0 A2 A1 A0)＝(1 1 0 0 0)被保留，
　　用于R－option地址。
1.5 寄存器(I/O端口及RAM)
1.5.1 寄存器(I/O端口、RAM)分配表
　　寄存器(I/O端口及RAM)分配表如表3所示。

1.5.2 R00～R01(端口0～端口1)
　　·R00是6位寄存器，對(duì)應(yīng)端口0，讀寫R00的高2位無(wú)意義。
　　·R01是8位寄存器，對(duì)應(yīng)端口1。
　　·每個(gè)I/O管腳均可定義為輸入或輸出。
　　·寫入R00和R01時(shí)是串行傳送的，但數(shù)據(jù)被刷新到管腳上是同時(shí)的；讀R00和R01時(shí)，管腳數(shù)據(jù)的采樣也是同時(shí)的。
1.5.3 R02和R03(IOC0和IOC1)
　　·IOC0(R02)是6位寄存器，控制端口0數(shù)據(jù)I/O的方向，讀寫IOC0的高2位無(wú)意義。
　　·IOC1(R03)是8位寄存器，控制端口1數(shù)據(jù)I/O的方向。
　　·IOC0和IOC1中的“1”置對(duì)應(yīng)管腳為高阻，表示輸入；“0”置對(duì)應(yīng)管腳為輸出狀態(tài)。
　　·上電后，IOC0和IOC1各位均為“1”。
　　·IOC0和IOC1的接收是串行的，但寫入寄存器是同時(shí)的。
1.5.4 R04～R93(通用寄存器)
　　·R04～R93為144字節(jié)的通用寄存器(SRAM)。
1.6 R－option地址片選
　　總線上有多個(gè)設(shè)備時(shí)，每個(gè)設(shè)備應(yīng)具有不同的地址。如表1所示，P00～P02可作為R－option腳，用于芯片的片選。
　　每個(gè)R－option管腳被內(nèi)部電路微弱拉為高電平，若外接560kΩ電阻接地則讀作“0”，否則讀作“1”。
　　上電后必須在控制字節(jié)中發(fā)出“讀R－option”命令(此時(shí)CONTROL byte＝11000001，且“STOP”上升沿之前應(yīng)該延時(shí)500μs)，將片選地址讀入后，P00～P02的R－option地址片選才起作用。
　　P00～P02可作為雙向I/O管腳，由于R－option功能的原因，建議P00～P02用作輸出腳。
1.7 EM83010的應(yīng)用電路舉例
　　EM83010的應(yīng)用電路如圖3所示。R2～R8＝560kΩ，R1＝10kΩ，此電路有3片EM83010，共用2根總線(MCS51單片機(jī)的P10和P11)。由R2～R8的接法可知，3片EM83010的地址分別為000、001、010。