数字信号输入输出接口电路.pptxVIP

第7章数字信号输入输出接口电路2025/4/21单片机原理与应用输入/输出量可以是模拟信号，也可以开关信号。对于模拟信号，经放大、限幅、低通滤波电路，再经A/D转换电路转换为数字信号后，单片机才能处理；单片机处理结果也需要经过D/A转换、平滑滤波后，才能得到模拟量。有关模拟信号的处理，如D/A、A/D转换方法后续章节会介绍，本章主要介绍数字信号的输入/输出(I/O)接口电路。输入/输出接口电路是单片机应用系统中必不可少的单元电路之一，它涉及数据输入电路以及经过单片机处理后的数据输出电路。单片机应用系统总要对输入信号进行比较、判断或运算处理后，输出适当的控制信号去控制特定设备。

7.1开关信号输入/输出方式2025/4/21单片机原理与应用开关信号包括脉冲信号、电平信号。在单片机控制系统中，常采用如下几种方式现实开关信号的输入和输出。

1.直接解码输入/输出方式2025/4/21单片机原理与应用在这种方式中，直接利用CPUI/O引脚输入/输出开关信号，如图7-1(a)所示。

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。

3.矩阵输入/输出方式将CPUI/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。

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。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。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CPUI/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。了解I/O端口输出电平范围。了解I/O端口耐压。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：7.2I/O资源及扩展

对于输出口，当输出高电平时，能给负载提供的最大驱动电流就是该输出口高电平驱动能力，当输出电流大于最大驱动电流时，上拉MOS管内阻上的压降将增加，VOH会下降。当VOH小于某一数值后，后级电路会误认为输入为低电平，产生逻辑错误。因此，要注意输出高电平时的负载能力。01而当输出低电平时，输出级饱和，负载电流倒灌。同样，倒灌的电流也不能太大，否则会使输出级因过流而损坏，即使没有损坏，也会因灌电流太大，造成输出低电平VOL上升。当VOL大于某一数值后，后级电路同样会误以为输入为高电平，产生错误。02

7.2.1通过锁存器、触发器扩展I/O口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。

1.输出口2025/4/21单片机原理与应用MCS-51写外部RAM时，用作写选通信号。在时序上，数据输出有效到有效时间TQVWX最小值为零，而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写选通信号和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，因而只能利用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。

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。

图7-4扩展输入/输出口图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。

利用串入并出及并入串出芯片扩展I/O口在速度要求不高情况下，可利用74LS164、74HC594、74HC595等“串入并出”芯片扩展输出口；利