摘 要： 由于在MCS-51單片機(jī)開發(fā)中P0口經(jīng)常作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用，P2口作為高8位地址線使用，P3口用作第二功能(定時計數(shù)器、中斷等)使用，所以對于51單片機(jī)的4個I/O口，其可以作為基本并行輸入/輸出口使用的只有P1口。因此在單片機(jī)的開發(fā)中，對于并行I/O口的擴(kuò)展十分重要，主要分析3種擴(kuò)展并行I/O口的方法。
關(guān)鍵詞： MCS-51單片機(jī); 并行I/O口; 擴(kuò)展
MCS-51單片機(jī)有4個并行的I/O口，分別為P0口、P1口、P2口和P3口，4個并行I/O口在單片機(jī)的使用中非常重要，可以說對單片機(jī)的使用就是對這4個口的使用。這4個并行I/O口除了作為基本的并行I/O口使用，還常作為其他功能使用，如P0口經(jīng)常作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用[1]， P2口作為高8位地址線使用，P3口用作第二功能(定時計數(shù)器、中斷等等)使用。這樣，單片機(jī)只有P1口作為基本的并行I/O口使用，如果在單片機(jī)的使用中對并行I/O口需求較多，對于并行I/O口的擴(kuò)展就非常重要了。下面通過具體的實(shí)例(8位流水燈設(shè)計)來給出幾種不同的并行I/O口擴(kuò)展方法。
為了更好地說明以下幾種不同的并行I/O口擴(kuò)展方法，假設(shè)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)流水燈的設(shè)計。采用單片機(jī)的P1口設(shè)計流水燈，電路如圖1所示。
由圖1可知，8只LED直接連接在單片機(jī)的P1口上，通過對單片機(jī)進(jìn)行編程即可以實(shí)現(xiàn)8只發(fā)光二極管產(chǎn)生流水燈。
1 使用單片機(jī)的串行口擴(kuò)展并行I/O口
單片機(jī)有一個全雙工的串行口[2]，這個口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，也可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以作為移位寄存器使用。當(dāng)單片機(jī)的串行口工作在模式0時，若外接一個串入/并出的移位寄存器(74LS164)，就可以擴(kuò)展一個8 bit并行輸出口；若外接一個并入/串出的移位寄存器(74LS165)，就可以擴(kuò)展一個8 bit并行輸入口。如圖2所示，單片機(jī)外接一個串入/并出的移位寄存器(74LS164)，這樣就可以擴(kuò)展8 bit并行輸出口。
當(dāng)單片機(jī)的串行口工作在模式0(作為移位寄存器使用)時需要注意：單片機(jī)原來的串行通信引腳RXD和TXD在這種工作方式下給出新的定義，原來用于串行接收數(shù)據(jù)的引腳RXD在這種工作模式下既可以接收也可以發(fā)送數(shù)據(jù); 原來的串行發(fā)送引腳TXD在這種工作模式下則作為移位寄存器的脈沖輸入端使用(通常接時鐘端)。
單片機(jī)和串入/并出移位寄存器74LS164的連接：單片機(jī)的串行通信接收引腳RXD連接到串入/并出移位寄存器74LS164的輸入引腳；單片機(jī)的串行通信發(fā)送引腳TXD連接到串入/并出移位寄存器74LS164的脈沖輸入端；串入/并出移位寄存器74LS164的輸出引腳連接8只發(fā)光二極管。這樣,選擇單片機(jī)的串行口工作模式0，通過通信引腳RXD發(fā)送實(shí)現(xiàn)流水燈的串行數(shù)據(jù),然后通過74LS164轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后傳送給發(fā)光二極管，即可實(shí)現(xiàn)流水燈。這里需要注意74LS164數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換時間問題。
從圖2可以看出，同樣設(shè)計一個8位流水燈，采用上述方法只需要使用單片機(jī)的兩個串行通信引腳RXD和TXD就可以完成。此時,對于P3口的其他位可以作為第二功能使用(定時、中斷等)。
2 使用8255A(或8155)擴(kuò)展并行I/O口
可編程并行接口芯片8255A[3]有3個并行的I/O口，分別為PA、PB和PC，這3個并行I/O口都可以通過編程決定它們的工作情況。8255A與單片機(jī)的連接如圖3所示。
從圖3中可以看出單片機(jī)與8255A的連接情況，利用單片機(jī)的P0口來分時傳送地址和數(shù)據(jù)：P0口與8255A的8 bit數(shù)據(jù)線連接，用來傳送數(shù)據(jù)和8255A的編程控制字；P0口連接地址鎖存器74LS373輸入端，74LS373的輸出端連接8255A 的地址線A0、A1和片選信號CS。通過A0、A1(即P0.0、P0.1)的4種不同組合(00~11)選擇8255的3個并行的I/O口之一和控制口。這樣，通過對單片機(jī)和8255A編程，即可實(shí)現(xiàn)流水燈。
從圖3可知,利用這種方法擴(kuò)展I/O口一次可以擴(kuò)展3個并行的I/O口。
同樣,也可以使用可編程并行接口芯片8155來進(jìn)行并行I/O口的擴(kuò)展。8155有兩個8 bit和一個6 bit的并行I/O口,同時它還有256 B的靜態(tài)RAM和一個14 bit的計數(shù)器。
3 使用芯片74LS138擴(kuò)展并行I/O口
74LS138 為3 線~8 線譯碼器，可將地址輸入端(A、B、C)的二進(jìn)制編碼在輸出端Y0~Y7對應(yīng)地以低電平譯出。比如：ABC=110時,則Y6輸出端輸出低電平信號。74LS138與單片機(jī)的連接如圖4所示。
圖4中，單片機(jī)的引腳P2.5、P2.6和P2.7分別連接74LS138的3個輸入端A、B和C，74LS138的8個不同的輸出端Y0~Y7分別連接8只發(fā)光二極管。這樣，A、B和C的8種不同組合(000~111)分別選擇74LS138的8個不同的輸出端Y0~Y7， 即可實(shí)現(xiàn)流水燈。
4 幾種擴(kuò)展并行I/O口方法比較
使用單片機(jī)的串行口擴(kuò)展并行I/O口時，單片機(jī)與串入/并出的移位寄存器(74LS164)連接比較簡單，只需連接串行發(fā)送或接收引腳和移位脈沖引腳即可。但是這種擴(kuò)展方法只能擴(kuò)展一個8 bit并行I/O口，若需擴(kuò)展更多的并行I/O口時就需要更多的移位寄存器芯片；在使用這種方法擴(kuò)展并行I/O口時，需要了解串入/并出移位寄存器74LS164和并入/串出移位寄存器74LS165芯片的工作原理，還需要了解單片機(jī)的串行工作方式0工作模式。同時，如果單片機(jī)工作時需要進(jìn)行串行通信，則這種方法就不能使用了。
使用并行接口芯片8255A擴(kuò)展并行I/O口時，單片機(jī)與8255A的連接比較復(fù)雜，需要考慮數(shù)據(jù)線、地址線和控制線之間的連接，同時需要根據(jù)地址線的連接情況給出8255A各個并行I/O口的正確地址及8255A控制口的地址。另外，需要對8255A的編程控制字的定義及寫入方法有很好的了解。但是這種擴(kuò)展方法可以同時擴(kuò)展3個8 bit并行I/O口，在需要擴(kuò)展多個并行I/O口時此種方法比較好。
使用芯片74LS138擴(kuò)展并行I/O口時，單片機(jī)與74LS138的連接比較簡單，只需連接3個引腳即可。這種擴(kuò)展方法也只能擴(kuò)展一個8 bit并行I/O口，若需擴(kuò)展更多的并行I/O口就需要更多的3線~8線芯片。但是，如果在單片機(jī)擴(kuò)展其他的芯片時不需要使用高位的3根地址線(即P2.5~P2.7)，則這種方法就能很好地把這3根地址線利用起來。
參考文獻(xiàn)
[1] 李朝青， 劉艷玲. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第4版)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.
[2] 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(修訂本)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.
[3] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué) 出版社，2010.