1.为什么要进行io口扩展?
在电路设计的某些时候,微处理器(如单片机)io口不够用了,此时该怎么办呢?利用辅助芯片进行io口扩展是个简单直接的方法,能用较少的成本增多io口。
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2.常见的扩展方法有哪些?
io扩展的方法一般有以下几种:
(1)利用串转并芯片扩展。这需要一个数据引脚一个时钟引脚,还需要若干控制引脚。
(2)利用锁存/缓存芯片进行扩展,如74373。这需要若干数据引脚和少量的控制引脚。
以上的方法都是可行。虽然用锁存/缓存芯片数据引脚消耗较多,但是其数据引脚可以由若干个锁存/缓存芯片分时复用,所以只需要控制少量的控制引脚就能使其扩展能力倍数级增长。
3.74373芯片介绍以及引脚定义?
74373一般有两种芯片,74ls373和74hc373。74ls373是ttl电路,74hc373是coms电路,它们电平范围不一样,但两者实现的功能一样。本文以74hc373为例介绍。
74hc373是八路d 型锁存器,每个锁存器具有独立的d 型输入,以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能(le)端和一个输出使能(oe)端。74hc373一般用于数字量信号锁存或缓存。
表1 74hc373引脚说明
4.典型的扩展电路
4.1数字量输入扩展的原理和电路
如图 3,为用2个74373扩展数字量io口的电路,这个电路消耗了8个微处理器的io口,达到了至少读取16个数字量的目的。如果再继续扩展,每新增一个74373,就可以多扩展8个数字量,很有优势。说明如下:
微处理器的引脚定义:
p00控制第1个74373的oe;
p01控制第2个74373的oe;
若干个74373的数据输出脚q并联连接接入微处理器的p10- p17;
74373的d脚接来自外部的数字量,q脚接微处理器,oe受微处理器控制;
74373的le引脚接高电平使其进入随动模式。
扩展流程如下:
(1)、外部电路的1-8号数字量输入引脚接入第1个74373的输入引脚1d-8d, 外部电路的9-16号数字量输入引脚接入第2个74373的输入引脚1d-8d;
(2)、2个74373的输出引脚1q-8q并联后接入微处理器的p10-p17引脚;
(3)、用微处理器的p00控制第1个74373的oe, 用微处理器的p01控制第2个74373的oe;
(4)、当微处理器要读取外部电路的1-8号数字量输入引脚时,令p00=0,p01=1,那么第1个74373的输出(对应1-8号外部数字量)会正常输入到微处理器,第2个74373的输出处于高阻状态,相当于断路。
当微处理器要读取外部电路的9-16号数字量输入引脚时,令p00=1,p01=0,那么第1个74373的输出处于高阻状态(相当于断路),第2个74373的输出(对应9-16号外部数字量)会正常输入到微处理器。
如此,实现数字量输入扩展。如果需要更多数字量输入扩展口类似操作即可,在后面,只需要多消耗一个io口,就能获取8个扩展数字量。
注意,在某一时刻,只能有一个74373处于导通随变状态,其余必须处于高阻态,不然可能会产生电平冲突。
4.2数字量输出扩展的原理和电路
引脚定义:
若干个74373的数据输入引脚d并联连接接入微处理器的p20-p27;
74373的le引脚受微处理器控制,oe引脚接地使其进入非锁存态;
扩展流程如下:
(1)、令第1个74373的le=1,使其处于随动状态,并第2个及其他74373的le=0,使其处于锁存状态;
(2)、微处理器把输出数据到第1个74373,输出完成后令le=0,使第1个74373对微处理器传输来的数据进行锁存;
(3)、再使第2个74373的le=1,使其处于随动状态,微处理器输出数据到第2个74373后再使le=0令其锁存,这样,各个74373的输出位就保持了微处理器输出的数据,依次类似处理各个74373,达到输出扩展的目的。
74373的输出引脚q,分别接到待控制的外部电路中。
5.典型的扩展程序流程
5.1数字量输入扩展的程序流程
数字量输入扩展的程序流程参考4.1中的过程描述,电路图参考图 3。程序流程图如下:
5.2数字量输出扩展的程序流程
数字量输出扩展的程序流程参考4.2中的过程描述,电路参考图 5。参考程序流程如下:
以上为利用74373进行数字量扩展的要点,关键是用好用作输入时对oe引脚的控制,用作输出时对le引脚的控制。每次操作的最小数据单元为8位,即一个字节。
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