浅析MCS_51单片机I_O口的扩展
·计算技术与自动化·
浅析MCS-51单片机I/O口的扩展
王一然
摘
（宝鸡文理学院计算机科学系，陕西宝鸡721000）
要：MCS-51系列单片机内部有4个双向并行的I/O口：P0~P3，在有片外扩展存储器的系统中真正提供给用户的只有P1
和部分的P2、P3口，因此需要对MCS-51单片机的I/O口进行扩充。本文主要介绍了扩展MCS-51单片机的I/O口的方法，使用范围，各方法的长短之处。
关键词：简单；串行口；PSD中图分类号:TP368.2
文献标识码:A
AnalysisofMCS-51single-chipI/Oportexpansion
WANG
Keywords:simple；COM；PSD
Yi-ran
（BaoJiuniversityofartsandsciences,DepartmentofComputerScience,ShanXiBaoji721000）
1为何扩展
首先要细究下MCS-51系列单片机对I/O口进行扩充的原
因。MCS-51系列单片机内部有4个双向的并行I/O端口：P0～
P3，共占32根引脚。P0口的每一位可以驱动8个TTL负载，P1～P3口的负载能力为3个TTL负载。在无片外存储器扩展的系统中，这4个端口都可以作为准双向通用I/O口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P0口分时地作为低8位地址线和数据线，P2口作为高8位地址线。这时，P0口和部分或全部的P2口无法再作为通用I/O口。P3口具有第二功能，在应用系统中也常被使
用。也就是说大多数的应用系统中，能够提供给用户使用的只有
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P1和部分P2、P3口。
MCS-51单片机的I/O端口通常需要扩充，以便和更多的外设(例如显示器、键盘)进行联系。其扩展I/O口的方法有三种：简单的I/O口扩展、利用串行口进行I/O的扩展以及采用可编程的并行I/O芯片扩展。下面就对三种方法进行一个浅析比较。
2三种方法的特点
2．1简单的I/O口扩展
简单的I/O口扩展通常是采用TTL或CMOS电路锁存器、三态门等作为扩展芯片，通过P0口来实现扩展的一种方案。它
具有电路简单、成本低、配置灵活等特点。
图1
如图所示：通过对P0口的扩展，将8位的端口既用作键盘的输入线，又用作了LED管的输出线，达到了扩展的目的。
2．2串行口进行I/O的扩展
MCS-51单片机有一个全双工的串行口，其中引脚P3.0为接收数据端RXD，P3.1为发送数据端TXD，串行口除了可以完成串行通信外，也可以用来扩展I/O口。换句话说，要将串行口进
行扩展，就要进行串行到并行的转换，才能够增加端口的数量。
3.2串行口进行I/O的扩展
此方式是对P3.0的数据接收端和P3.1的数据发送端进行
扩展，方法主要有两种：
（1）利用移位寄存器实现：其方法分别是利用并行输入的8位移位寄存器扩展P3.0口（如图2（a）），利用并行输出的8位移位寄存器扩展P3.1口（如图2(b)）。
2．3可编程的并行I/O芯片扩展
这种方式引入了可编成系统器件（Programmable
System
Device，PSD）。除此之外还集成了电源管理、中断控制、定时器等功能部件。它能与当今流行的多种8位和16位单片机、微处理器总线直接接口。采用PSD组成系统会大大简化硬件电路，使系
统的设计、修改和扩展都变得十分灵活方便。其基本电路由微控制器数据地址总线接口、控制接口、寄存器和译码及PLD、存储器模块、可编程I/O接口等模块组成。
三种方法各有特点，而我们要做的事情就是选择适合并且合适的扩展方法来满足我们的需要。
(a)(b)
3
图2
其中（a）图利用并行输入串行移位寄存器74LS165实现对输入口的扩展,（b）图利用并行输出串行移位寄存器74LS164实现对输出口的扩展。如图所知两种方案分别将8051的3根口线扩展为16根口线的实用电路，起到了扩展I/O口的作用。（2）利用专用芯片实现：采用移位寄存器扩展I/O口，如上述的74164、74165等。
三种方法的使用
3．1简单的I/O口扩展
举个例子说明，此方法的重点是通过P0口实现扩展，那么，现在就对P0口进行简单扩展，我们选用的74LS244作为扩展输入、74LS273作为扩展输出的简单I/O口扩展。（扩展方案如图1）
3.3可编程的并行I/O芯片扩展
：
浅析MCS_51单片机I_O口的扩展
3．3．1PSD芯片性能
（1）拥有16位的数据总线，也就是我们通常所说的8+8位，通过配置可工作于8位或16位方式。
（2）能提供256KB～4MB的大容量存储空间，包括EPROM(或EEPROM、FlashROM)和SRAM，其地址选择由内置的可编程PLD译码实现，方便用户灵活地选用，以适应不同类型的微控
制器芯片。
（3）提供大量的I/O口扩展。PSD提供了最多可达52个的I/O引脚，分成多个端口，可单独配置使用，使其既可用作微控制器I/O端口的扩展，又可使PSD芯片与共享资源相接口。
（4）PSD内部集成了优化的"微控制器宏单元"逻辑结构，允许系统地址/数据总线与PSD内部寄存器直接相连，无需外加锁存器，简化了MCU和其外部器件之间的通信，实现了与MCU的无缝连接。
（5）可实现在线编程。通过FlashPSD上的内置JTAG接口与PC机相连，可以在系统下载程序代码并配置整个芯片内的所有功能块，无需硬件编程器，也可在系统正常工作的同时，进行现场程序更新。
（6）通过片内加密口可实现PSD系列芯片的配置加密和PLD译码加密，使得电路和程序无法破译。
（7）可编程的电源管理支持2种单独的低功耗工作方式，可自动检测微控制器活动的停止并使PSD置入低功耗状态。
3．3．2PSD芯片扩展MCS-51单片机的I/O口的原则独特的总线结构可以与几乎任何CISC类型的MCU（微控制器）方便接口，片内可编程译码器可以接受52～82路输入，用户可以通过PLD方便地映像任何地址空间内的系统存储器和片选。基于8位MCU的PSD的I/O口分成3个端口A(PA0～PA7)、
图3
如图3所示，PSD312与8051构成单片机应用系统的硬件核心。8051用/PSEN信号访问PSD312中的程序存储器，用/RD和/WR读/写PSD312的数据存储器。PSD312的程序存储器配置成了8个8k×8的存储块，数据存储器配置成了一个2k×8的存储块。因为地址译码空间为64KB，所以PC0、PC1、PC2配置成内部PADB输出，而不作A16、A17、A18之用。又因为8051是以8位数据/地址复用方式工作的，所以将PSD312配置成8位数据/地址复用工作方式，此时，端口A、B可配置为通用I/O口。从而达到了对单片机P口的扩展。
