1 5 ED15 1 ED14 2 ED13 3 ED12 4 ED11 5 ED10 6 ED9 7 ED8
9
U2
VCC
14 11
12 10 13
SDI QA
S R C LK
QB QC
7 4HC5 9 5QD
RCLK QE
QF
SCLR QG
QH
OE
SDO
1 5 ED7 1 ED6 2 ED5 3 ED4 4 ED3 5 ED2 6 ED1 7 ED0
当仅需要扩展少量的I/O引脚时，可使用锁存器、触发器或三态 门电路实现。
2020/3/13
单片机原理与应用
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第7章 数字信号输入输出接口电路
1. 输出口
MCS-51写外部RAM时，用WR 作写选通信号。在时序 上，数据输出有效到WR 有效时间TQVWX最小值为零，而 WR 无效到数据输出无效（即数据保持）时间TWHQX也不超 过1个机器周期。而利用触发器扩展输出口时，触发器送 数时钟信号由外部RAM写选通信号 W和R 高位地址译码信 号经过“与门”或“或非门”产生，这样送数时钟信号就 存在一定的延迟，因而只能利W用R 的前沿将数据锁存到 触发器中，常使用74LS273（八上升沿触发器，带公共清 零端）、74LS174（六上升沿触发器）、74LS374（八上 升沿触发器，三态输出）、74LS377（八上升沿触发器， 带使能端）来扩展MCS-51的输出口，如图7-2所示。
9
7 4HC5 9 5
图7-5通过“串入并出”芯片扩展输出引脚
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第7章 数字信号输入输出接口电路
7.2.3 用8255可编程I/O芯片扩展MCS-51并行I/O口
Intel公司8255芯片是一块通用的可编程并行接口（PPI） 芯片，除地址线A1、A0外，可直接与Intel公司8位微处理 器，如MCS-51芯片相应总线直接相连，是MCS-51单片机 应用系统中较常见的并行I/O扩展芯片之一。
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2. 编码输入/输出方式
在这种方式中，将若干条用途相同（均为输入或输 出）的I/O引脚组合在一起，按二进制编码后输入或输出。 例如，对于n条输出引脚，经过译码后，可以控制2n个设 备；对于2n个不同时有效的输入量，经过编码器与CPU连 接时，也只需要n个引脚，如图7-1(b)所示。
可见8255三个I/O口的地位不完全相同，其中A口有三 种工作方式，B口有两种工作方式；而C口较特殊，被分 成A (PC7～PC4)、B(PC3～PC0)两组，只有当A、B口工 作在方式0时，C口才可作为输入/输出引脚使用（PC7～ PC4、PC3～PC0处于输入还是输出状态，分别由工作方式 控制字的b3、b0位决定），而当A、B口工作在方式1或2 时，C口部分引脚作为A、B口通信联络信号（这时未用的 C口引脚仍可作为输入/输出引脚使用，由控制寄存器的b3、 b0位选择），具体情况如表7-3所示。
控制
0（输出） 1（输入）
C口低4位 输入/输出
控制：
0（输出） 1（输入）
与A口工作方式有关的控制位
A组(PC7～ PC4)输入/ 输出控制
与B口工作方式有关的控制 位
B组(PC3～ PC0)输入/ 输出控制
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第7章 数字信号输入输出接口电路
8255 I/O口有三种工作方式： 方式0，基本输入/输出方式。特点是对输出信号锁存功 能；对输入信号没有锁存功能。
18 19 20 21 22 23 24 25
6
CS
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
输出口 PC5
PC6
PC7
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第7章 数字信号输入输出接口电路
3. 8255芯片与MCS-51接口应用举例
MCS-51CPU 与8255接口芯片按如下方式连接： 8255芯片数据总线与CPU数据总线直接相连。 读控制信号（ RD）、写控制信号（WR ）分别与CPU读写控制信号 相连。
8255芯片地址线A1、A0可直接与CPU高8位地址，如A9（即P2.1 引脚）、A8（即P2.0引脚）相连；当然如果已使用了D型锁存器（ 如74LS373）锁存了MCS-51芯片P0口低8位地址信号A7～A0，则 8255芯片地址线A1、A0也可以与CPU地址线A1、A0相连。
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U1 P1. 0 P1. 1 1 P1. 2 5
8 XC5X
23
U4 A 69
U4 C CD4 01 0 6
U3
串行数据输出 14 4 移位脉冲 11
U4 B
8
12
SDI QA
S R C LK
QB QC
QD
RCLK QE
U4 D
10
QF SCLR QG
13
OE
QH SDO
3
4
7
8
数据输入
13
14
17
18
11
2 .2 K VCC
3
4
7
8
数据输入
13
14
17
18
OC CLK
1 1 STB
7 4LS3 74
1G 1A 2G 2A 3G 3A 4G 4A
1 2 4 5 10 9 13 12
数据输入
图7-4是一个实用的输入/输出口扩展电路，其中74LS273构成8 位输出口，74LS373构成8位输入口。
(3)了解I/O端口输出级电路结构和I/O端口的负载能力。 只有了解了CPU I/O端口输出级电路结构和负载能力，才 可能设计出原理正确、工作可靠的I/O接口电路。
(4)了解I/O端口输出电平范围 。 (5)了解I/O端口耐压。
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第7章 数字信号输入输出接口电路
7.2.1 通过锁存器、触发器扩展I/O口
7
D3 9
D4 1 2
D5 1 5
D6 1 6
D7 1 9

1
U3
D0 3
1Y
D1 6
2Y
D2 8
3Y
D3 1 1
4Y
U1
1Q 1D 2Q 2D 3Q 3D 4Q 4D 5Q 5D 6Q 6D 7Q 7D 8Q 8D OE LE
7 4LS3 73 U?
1Q 1D 2Q 2D 3Q 3D 4Q 4D 5Q 5D 6Q 6D 7Q 7D 8Q 8D
INTRA
STBA
IBFA
OBFB
ACK B
INTRA
INTRA
STB A
IBFA
ACK A OBF A
单片机原理与应用
INTRA
ACK A
OBF A
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第7章 数字信号输入输出接口电路
(a) A口工作在选通输入方式下信号连接方式及时序
(b) A口工作在选通输出方式下信号连接方式及时序
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7.2 I/O资源及扩展
通过单片机实现数字信号的输入处理和输出控制时， 必须了解以下问题：
(1) 准确理解CPU中各引脚的功能，确定可利用的I/O资 源，并做出相对合理的使用规划。
(2) 作输出控制信号时，必须了解CPU复位期间和复位 后该引脚的状态。 MCS-51系列CPU在复位期间和复位后 各I/O端口的状态可参阅第2章有关内容。
3. 矩阵输入/输出方式
将CPU I/O引脚分成两组，用N条引脚构成行线，M 条引脚构成列线，行、列的交叉点就构成了所需的N×M 个检测点。显然，所需的I/O引脚数目为N+M,而检测点总 数达到了N×M个，如图7-1（C）所示。可见，I/O引脚的 利用率较高，硬件开销少，因此得到了广泛应用。
在矩阵编码方式中，如果 行线、列线均定义为输出状态， 就可以输出N×M个开关量；当 行、列线中有一组为输出线，另 一组为输入线时就构成了N×M 个输入检测点，如矩阵键盘电路。
4 3 2 1 40 39 38 37
RES 9
10 11
12
13 VCC 14
15
2 .0 K
31
19
18
R ESET
P3. 0 /RXD P3. 1 /TXD
INT0 /P3 .2
INT1 /P3 .3
T0/P3. 4 T1/P3. 5
P2. 0 P2. 1 P2. 2 P2. 3 P2. 4 P2. 5 P2. 6 P2. 7
片选信号CS 可直接与CPU高位地址线相连（即采用线选法，如图
7-8所示）或由高位地址译码后产生，如例7.1所示。
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U1
R?
1 2 3 4 5 6 7 8
P1. 0 /T2 P1. 1 /T2EX P1. 2 P1. 3 P1. 4 P1. 5 P1. 6 P1. 7
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图7-2 使用74LS273扩展输出口
2. 输入口
对输入口来说，一般无须锁存，原则上三态门电路、具有三态 输出的总线缓冲器、驱动器、D型触发器（如74LS374）以及电平触 发的锁存器（如74LS373）等均可以作为输入口扩展芯片，如图7-3 所示。
A1 1 1 A1 2 2 A1 3 3
表7-2 8255工作方式控制字各含义
1
b6 b5
b4
b3
b2
b1
b0
工作 方式 控制 字特 征
A口 工作方式控制
00（方式0） 01（方式1） 1x（方式2）
A口 输入/输出
控制
0（输出） 1（输入）
C口高4位 输入/输出
控制
0（输出） 1（输入）