IO接口扩展通俗易懂的教程.doc

晨辉教你轻松学51-I/O扩展篇(基于74HC164/74HC165)在我们的单片机应用系统中，常常会遇到I/O口不够的情况。譬如说接有外部RAM而且要求有16个以上的按键,8位数码管以上的显示。而且还不包括其它的外围器件。这时整个系统的I/O资源就很吃紧了。系统的扩展性也不好。这时我们就需要考虑对单片机的I/O进行扩展了。 虽然专门的I/O扩展芯片市场上也有不少，但对于我们一般的应用，没有必要整的那么复杂。用一些简单的移位寄存器芯片一样可以实现我们的目标。下面我们首先来认识一下74HC164这款芯片。这款芯片的作用是把串行输入的数据并行输出。注意，它没有锁存功能，在允许输出的情况下，每一个时钟的上升沿，数据依次从最低位移向最高位。因此，在做数码管的输出显示的时候会出现拖影的想象，在设计此电路时要注意考虑此情况。下面是它的引脚图。A1,A2是数据输入端，一般情况下两者连在一起，作为串行数据的输入端。Qa-Qh j就是并行数据的输出端了。CLOCK 和RESET分别为时钟和复位端 下面我们再看看它的真值表，有了真值表我们才知道如何正确的去编写程序去驱动它(其它复杂的器件还需要对照时序图编写相应的驱动程序)呵呵，怎么样，这个表很简单吧，相信大家都能够看的懂。当Reset为低电平时不管时钟为高电平还是低电平也不管输入引脚A1,A2为何值，输出的并行数据均为低电平。当Reset为高电平时，只有在时钟的上升沿，A1A2上的值才被移位输出。看懂了这张表那么剩下的事情就好办多了。下面我以级联的8块74HC164驱动8位共阴的数码管为例来阐述它的用途。当然它的用途并不仅仅在于此。你可以发挥你的聪明才智去应用它到你的设计中。以上的连接中Reset脚要全部接高电平。所有的Clock引脚都要连接在一块。第一块74HC164的AB引脚接在一块作为串行数据的输入端。第二块74HC164的AB引脚接在第一块74HC164并行数据输出端的H脚上。后面的接法依照第二块的接法依次级联下去。接好后共引出四根引线。其中电源两根。一根时钟线。一根串行数据输入线。怎么样，节省了不少IO口吧下面看看如何写程序去驱动它。(编译器keil Uv3)先看看下面的引脚连接及相关宏定义sbit io_74hc164_SCK = P37 ;sbit io_74hc164_SDA = P36 ;#define IO_74HC164_SCK_HIGH io_74hc164_SCK = 1 ;#define IO_74HC164_SCK_LOW io_74hc164_SCK = 0 ;#define IO_74HC164_SDA_INPUT io_74hc164_SDA下面是数码管的段码表可以根据不同的连接顺序去修改。/* a - 4b - 5c - 6d - 2 e - 0f - 1g - 3dp - 7*/uint8 code DisplayTable= 0x77,0x60,0x3D,0x7C,0x6A,0x5E,0x5F,0x70,0x7F,0x7E,0x7B,0x4F,0x17,0x6D,0x1F,0x1B,0x08/*0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f -*/;void v_74hc164WriteData_f( uint8 Dat ) /向74HC164写一个字节的内容 /即可并行输出该字节 uint8 i = 0 ; uint8 SendData = Dat ; for( i = 8 ; i 0 ; i- ) IO_74HC164_SCK_LOW &n, bsp; SendData = 40000 ) i= 4 ; Dat -= 40000 ; if( Dat = 20000 ) i += 2 ; Dat -= 20000 ; if( Dat = 10000 ) i += 1 ; Dat -= 10000 ; *P+ = i ;i = 0 ; if( Dat = 8000 ) i= 8 ; Dat -= 8000 ; if( Dat = 4000 ) i += 4 ; Dat -= 4000 ; if( Dat = 2000 ) i += 2 ; Dat -= 2000 ; if( Dat = 1000 ) i += 1 ; Dat -= 1000 ; *P+ = i ;i = 0 ;if( Dat = 800 ) i= 8 ; Dat -= 800 ; if( Dat = 400 ) i += 4 ; Dat -= 400 ; if( Dat = 200 ) i += 2 ; Dat -= 200 ; Temp = Dat ; /这里换成8位数据,是为了加快速度if( Temp = 100 ) i += 1 ; Temp -= 100 ; *P+ = i ;i = 0 ; if( Temp = 80 ) i= 8 ; Temp -= 80 ; if( Temp = 40 ) i += 4 ; Temp -= 40 ; if( Temp = 20 ) i += 2 ; Temp -= 20 ; if( Temp = 10 ) i += 1 ; Temp -= 10 ; *P+ = i ;*P = Temp ; /* Function: void v_74hc164DisplayNumber_f( uint8 data *Seg, uint8 Dot, int16 Dat ) * Description: 在8位数码管数值以及两位自定义字符 * * * Parameter: *Seg :指向存放自定义字符数据的地址 * Dot :小数点相对数值的显示位置(取值范围15,当取0 或者大于5的数值时,小数点不显示) * Dat :显示数据(有符号整型数据,取值范围-3276832767) */void v_74hc164DisplayNumber_f( uint8 data *Seg, uint8 Dot, int16 Dat ) bit zf = 1, OverWrite = 1, zf_lock = 1 ; uint8i , j , k = 4 ; uint8 Buffer5 ; if ( Dat = 2 ; i- ) /判断数据的位数(如1234,则位数为4) if( Buffer 5 - i 0 ) break ;/判断出最高位不为0即可 if( ( Dot = i ) & Dot = 1 ; i- ) /显示数值 if( Dot = ( 5 - k ) ) /如果该位有小数,则显示应该加上一个. v_74hc164WriteData_f( DisplayTable Buffer k | 0x80 ) ; else v_74hc164WriteData_f( DisplayTable Buffer k ) ; k- ; if( zf_lock ) /判断正负,如果为负值则显示-号,否则显示空 if( ( zf = 0 ) v_74hc164WriteData_f( 0x08 ) ; else v_74hc164WriteData_f( 0x00 ) ; zf_lock = 0 ; for( ; j 0 ; j- ) /多余的位显示空 v_74hc164WriteData_f( 0x00 ) ; v_74hc164WriteData_f( Seg 1 ) ; /显示第一个自定义编码的字符v_74hc164WriteData_f( Seg 0 ) ; /显示第二个自定义编码的字符我们要想显示数值，直接调用这个函数v_74hc164DisplayNumber_f( uint8 data *Seg, uint8 Dot, int16 Dat )就可以了。看看显示效果。其中PC是我们显示的自定义字形。小数点的位置是用程序固定打在某处的。以满足某些情况下的特殊要求。仁者见仁，智者见智。相信你弄懂了它的用法，就可以把它灵活的应用到你设计中去了。下面让我们来认识另外一种芯片。74HC165。看它的名字就知道它和74HC164有那么一点点关系了。我们之前已经知道了74HC164是串行输入并行输出的移位寄存器。而74HC165恰好相反。它是并行输入，串行输出。用来作单片机系统的输入部分的扩展是一个不错的选择。和上面一样。我们在使用之前需要对这个芯片有一个明确的了解。了解一个芯片最好的办法就是看它的DATASHEET了。有一份DATASHEET在手，自己先看看。对它的引脚及功能特性要了解。如果觉得不够的话，还可以上网去搜索一下用过这款芯片的人的使用经验。呵呵，那样可以使你少走不少弯路哦。上面这幅图就是74HC165的引脚图了。其中AH就是8位并行数据的输入端。Qh 和/Qh 是串行数据的输出端。为什么有两个输出端呢。它们是互补输出的。也就是说一个输出1时另外一个输出的是0，以满足某些应用场合的特殊要求。SER是串行数据的输入端。这其实为我们的将多块芯片级连起来创造了很好的条件。而事实上最后我们确实也是通过这个引脚将多块74HC165级联起来使用。CLK是时钟端。SH/LD是移位和锁存并行数据端。具体的介绍大家可以去看DATASHEET。上面这幅图就是功能描述了。相信大家对这段英文都不是很陌生。如果你看不懂的话可以动手去查字典。想学电子的人不会看英文的资料可不行。这里希望大家不要再抱有什么幻想。基本上看原文的DATASHEET是最好的选择。如果你懒，可以去看别人的翻译版本。但是如果没有翻译的版本呢？ OK，下面依旧是以一个实例来说明它的用法。我们用两块74HC165级联起来组成的有16个按键的键盘为例来讲解。下面是电路连接图图中J2,J3是两个上拉电阻(8位一体的排阻，阻值取4.7k左右就可以了)。下面来让我们一起去驱动它吧。/下面是引脚的连接以及相关必要的宏定义sbit io_74hc165_SH_LD = P20 ;sbit io_74hc165_CLK = P21 ;sbit io_74hc165_SDA = P22 ;#define MAX_NUM_74HC165 2#define NOKEY 0x00#define KEY_WAIT 0 #define KEY_PRESS 1#define KEY_CONFIRM 2#define KEY_WAIT_REALSE 3static u8_Read74hc165_f( void ) uint8 i, j; uint8 KeyAddress MAX_NUM_74HC165 ; uint8 ReadReturn ; io_74hc165_SH_LD = 0 ; /锁存并行数据开始 io_74hc165_SDA = 1 ; /准备读串行数据(也起到延时作用) io_74hc165_SH_LD = 1 ; /锁存并行数据结束 for( j = 0 ; j = 1 ; i- ) io_74hc165_CLK = 0 ; /时钟拉低 if( io_74hc165_SDA = 0 )break ; /有键按下，数据为1 io_74hc165_CLK = 1 ; /时钟拉高 KeyAddress j = i ; /有键压下，则i的取值在18之间，无键压下，i = 0 for( j = 0 ; j MAX_NUM_74HC165 ; j+ ) if( KeyAddress j = 0 ) ReadReturn = 0x00 ; else ReadReturn = KeyAddress j + j * 8 ; break ; return ReadReturn ;下面的这个函数就是读键盘的函数了。uint8 u8_ReadKeyboard74hc165_f( void ) static uint8 KeyState = KEY_WAIT ; uint8 KeyTemp = NOKEY, KeyValue = NOKEY ; KeyTemp = u8_Read74hc165_f() ; switch( KeyState ) case KEY_WAIT : if( KeyTemp = NOKEY ) KeyState = KEY_WAIT ; elseKeyState = KEY_PRESS ; break ; case KEY_PRESS : if( KeyTemp = NOKEY ) KeyState = KEY_WAIT ; else KeyState = KEY_CONFIRM ; break ; case KEY_CONFIRM : if( KeyTemp = NOKEY ) KeyState = KEY_WAIT ; else KeyState = KEY_WAIT_REALSE ; KeyValue = KeyTemp ; break ; case KEY_WAIT_