數(shù)字信號(hào)輸入輸出接口電路.ppt

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1、第7章數(shù)字信號(hào)輸入輸出接口電路輸入/輸出接口電路是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的單元電路之一，它涉及數(shù)據(jù)輸入電路以及經(jīng)過單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)輸出電路。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)總要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比較、判斷或運(yùn)算處理后，輸出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)去控制特定設(shè)備。輸入/輸出量可以是模擬信號(hào)，也可以開關(guān)信號(hào)。對(duì)于模擬信號(hào)，經(jīng)放大、限幅、低通濾波電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)才能處理；單片機(jī)處理結(jié)果也需要經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換、平滑濾波后，才能得到模擬量。有關(guān)模擬信號(hào)的處理，如D/A、A/D轉(zhuǎn)換方法后續(xù)章節(jié)會(huì)介紹，本章主要介紹數(shù)字信號(hào)的輸

2、入/輸出(I/O)接口電路。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用7.1開關(guān)信號(hào)輸入/輸出方式開關(guān)信號(hào)包括脈沖信號(hào)、電平信號(hào)。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常采用如下幾種方式現(xiàn)實(shí)開關(guān)信號(hào)的輸入和輸出。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用1.直接解碼輸入/輸出方式在這種方式中，直接利用CPUI/O引腳輸入/輸出開關(guān)信號(hào)，如圖7-1(a)所示。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用2.編碼輸入/輸出方式在這種方式中，將若干條用途相同（均為輸入或輸出）的I/O引腳組合在一起，按二進(jìn)制編碼后輸入或輸出。例如，對(duì)于n條輸出引腳，經(jīng)過譯碼后，可以

3、控制2n個(gè)設(shè)備；對(duì)于2n個(gè)不同時(shí)有效的輸入量，經(jīng)過編碼器與CPU連接時(shí)，也只需要n個(gè)引腳，如圖7-1(b)所示。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用3.矩陣輸入/輸出方式將CPUI/O引腳分成兩組，用N條引腳構(gòu)成行線，M條引腳構(gòu)成列線，行、列的交叉點(diǎn)就構(gòu)成了所需的N×M個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。顯然，所需的I/O引腳數(shù)目為N+M,而檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)達(dá)到了N×M個(gè)，如圖7-1（C）所示?？梢?，I/O引腳的利用率較高，硬件開銷少，因此得到了廣泛應(yīng)用。在矩陣編碼方式中，如果行線、列線均定義為輸出狀態(tài)，就可以輸出N×M個(gè)開關(guān)量；當(dāng)行、列線中有一組

4、為輸出線，另一組為輸入線時(shí)就構(gòu)成了N×M個(gè)輸入檢測(cè)點(diǎn)，如矩陣鍵盤電路。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用7.2I/O資源及擴(kuò)展通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入處理和輸出控制時(shí)，必須了解以下問題：(1)準(zhǔn)確理解CPU中各引腳的功能，確定可利用的I/O資源，并做出相對(duì)合理的使用規(guī)劃。(2)作輸出控制信號(hào)時(shí)，必須了解CPU復(fù)位期間和復(fù)位后該引腳的狀態(tài)。MCS-51系列CPU在復(fù)位期間和復(fù)位后各I/O端口的狀態(tài)可參閱第2章有關(guān)內(nèi)容。(3)了解I/O端口輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)和I/O端口的負(fù)載能力。只有了解了CPUI/O端口輸出級(jí)電路結(jié)

5、構(gòu)和負(fù)載能力，才可能設(shè)計(jì)出原理正確、工作可靠的I/O接口電路。(4)了解I/O端口輸出電平范圍。(5)了解I/O端口耐壓。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用對(duì)于輸出口，當(dāng)輸出高電平時(shí)，能給負(fù)載提供的最大驅(qū)動(dòng)電流就是該輸出口高電平驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)輸出電流大于最大驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，上拉MOS管內(nèi)阻上的壓降將增加，VOH會(huì)下降。當(dāng)VOH小于某一數(shù)值后，后級(jí)電路會(huì)誤認(rèn)為輸入為低電平，產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。因此，要注意輸出高電平時(shí)的負(fù)載能力。而當(dāng)輸出低電平時(shí)，輸出級(jí)飽和，負(fù)載電流倒灌。同樣，倒灌的電流也不能太大，否則會(huì)使輸出級(jí)因過流而損壞，即

6、使沒有損壞，也會(huì)因灌電流太大，造成輸出低電平VOL上升。當(dāng)VOL大于某一數(shù)值后，后級(jí)電路同樣會(huì)誤以為輸入為高電平，產(chǎn)生錯(cuò)誤。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用7.2.1通過鎖存器、觸發(fā)器擴(kuò)展I/O口當(dāng)僅需要擴(kuò)展少量的I/O引腳時(shí)，可使用鎖存器、觸發(fā)器或三態(tài)門電路實(shí)現(xiàn)。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用1.輸出口MCS-51寫外部RAM時(shí)，用作寫選通信號(hào)。在時(shí)序上，數(shù)據(jù)輸出有效到有效時(shí)間TQVWX最小值為零，而無(wú)效到數(shù)據(jù)輸出無(wú)效（即數(shù)據(jù)保持）時(shí)間TWHQX也不超過1個(gè)機(jī)器周期。而利用觸發(fā)器擴(kuò)展輸出口時(shí)，觸發(fā)器送數(shù)時(shí)鐘

7、信號(hào)由外部RAM寫選通信號(hào)和高位地址譯碼信號(hào)經(jīng)過“與門”或“或非門”產(chǎn)生，這樣送數(shù)時(shí)鐘信號(hào)就存在一定的延遲，因而只能利用的前沿將數(shù)據(jù)鎖存到觸發(fā)器中，常使用74LS273（八上升沿觸發(fā)器，帶公共清零端）、74LS174（六上升沿觸發(fā)器）、74LS374（八上升沿觸發(fā)器，三態(tài)輸出）、74LS377（八上升沿觸發(fā)器，帶使能端）來(lái)擴(kuò)展MCS-51的輸出口，如圖7-2所示。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用圖7-2使用74LS273擴(kuò)展輸出口8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用2.輸入口對(duì)輸入口來(lái)說(shuō)，一般無(wú)須鎖存，原則上三態(tài)門

8、電路、具有三態(tài)輸出的總線緩沖器、驅(qū)動(dòng)器、D型觸發(fā)器（如74LS374）以及電平觸發(fā)的鎖存器（如74LS373）等均可以作為輸入口擴(kuò)展芯片，如圖7-3所示。8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用8/24/2021單片機(jī)原理與應(yīng)用圖7-4是一個(gè)實(shí)用的輸入/輸出口擴(kuò)展電路，其中74LS273構(gòu)成8位輸出口，74LS373構(gòu)成8位輸入口。圖7-4擴(kuò)展輸入/輸出口8/24