如何使用并行 I/O 口？如何扩展简单并行 I/O 接口？

MCS-51单片机有4个并行I/O口P0、P1、P2和P3，共32个I/O口引脚，其中：P1口

功能单一，仅作为基本的输入输出接口使用;P0口和P2口除了作基本输入输出接口外，还在单片机扩展外部数据存储器、程序存储器和I/O接口时用作地址和数据总线;P3口除了作基本输入、输出接口外，还具有第二功能。因此，通常情况下，留给用户使用的只有P1口的8个引脚，但这往往是不够的。

比如，在图5-15中，单片机的P1口的P1.0~P1.3引脚作为输入接口与4个LED灯相连，而P1.4~P1.7引脚作为输入接口与4个开关相连;通过下面的程序，可以由LED灯的亮灭，来反映开关闭合的状态。显然，当开关和LED灯的数目大于4时，P1口的引脚个数无法满足要求，此时就需要单片机扩展外部的I/O接口。

图5-15单片机并口应用电路

简单并行I/O接口的扩展

在实际系统中，74系列的TTL或CMOS芯片是常用的I/O接口芯片。图5-16是由74LS273和74LS244构成的简单I/O接口扩展电路原理图，其中：74LS273芯片(带有锁存功能的锁存器)为输出接口，74LS244芯片(带有三态缓冲功能的缓冲器)为输入接口。

在图5-16中，单片机的P0口是并行双向I/O口，若通过P0向输出接口74LS273写数据，则可以控制LED灯LED0~LED7的亮灭;若通过P0口从输入接口74LS244读数据，则可获得开关S7~S0的开闭状态;若将从74LS244获得的开关状态送到74LS273的输出端，则可利用LED灯的亮灭，反映开关的开闭状态。

【例】简单I/O扩展电路程序设计。要求：针对图5-16所示简单I/O接口电路，编写汇编语言程序，由LED灯(LED7~LED0)的亮灭状态反映开关(S7~S0)的开闭状态，即若S0闭合，则LED0点亮，依此类推。

电路功能分析如下：

1)开关S7~S0被连接到74LS244的输入引脚D7~D0。当开关断开时，对应的74LS244输入引脚为高电平1;反之，为低电平0。

2)74LS244的输出引脚Q7~Q0与单片机的数据总线P0口相连。单片机可以读取开关状态的前提是，必须将74LS244输入引脚D7~D0的状态传送至其输出引脚Q7~Q0。而74LS244是三态缓冲器，当G为高电平时，74LS244处于高阻态，即其输入引脚和输出引脚在电气上是隔离不通的;仅当G为低电平时，其输入和输出引脚才是电气上连通的，即输入引脚的状态能反映在输出引脚上。

图5-16简单I/O接口扩展电路

3)74LS273的输出引脚Q7~Q0与LED灯相连，当74LS273的输出引脚为低电平0时，对应的LED灯被点亮，反之亦然。

4)作为锁存器，当74LS273的CLK引脚出现上升沿信号时，其输入引脚的状态将被锁存到其输出引脚，并保持不变，直到再次进行新的锁存为止。

5)若由单片机控制LED灯的亮灭，则必须使单片机P0口输出到74LS273输入引脚的电平出现在74LS273的输出引脚上，并且保持不变，直至P0口产生新的输出为止。实现这一目的的方法是，利用74LS273的锁存功能，在P0口输出LED状态的同时给74LS273的CLK引脚提供一个上升沿信号，用于触发74LS273，将P0口的输出锁存，以控制LED灯的亮灭。

I/O接口操作指令分析如下：

1)MCS-51单片机通过MOVX指令访问片外扩展的I/O接口。输入指令“MOVX A,@DPTR”和“MOVX A,@Ri”，从I/O端口读数据，并送入单片机内部的累加器A。“MOVX@DPTR,A”和“MOVX@Ri,A”是输出指令，可将单片机内部累加器A中的数据送至I/O端口。

2)分析图5-12所示的MOVX指令读总线周期可知，在读操作时，MOVX指令会令单片机的RD引脚上出现低电平。若此时P2.7引脚(此时P2是高8位地址线)为低电平，则RD的低电平将通过或门，并使74LS244引脚G为低电平，从而使开关S7~S0的状态出现

在74LS244的Q7~Q0引脚上和单片机的P0口引脚上。另外，当RD为低电平时，在总线时序的S3阶段，P0口为数据线，P0口上的数据(即开关S7~S0的状态)将在MOVX指令的作用下被送入单片机的累加器A。结合上述分析可知，使用MOVX指令读取开关状态时，必须使P2.7引脚(即地址线A15)为低电平。

3)由图5-13所示MOVX指令写总线周期可知，在执行MOVX写指令时，单片机WR引脚上的电平会从高电平变成低电平(即下降沿)，再从低电平变回为高电平(即上升沿)。与读操作类似，若此时P2.7引脚为低电平，则WR上的电平变化可以通过或门，并传输至74LS273的CLK引脚，而WR的上升沿信号可以触发74LS273进行锁存操作。特别需要注意的是，当WR出现上升沿时，P0恰好为数据总线，并且P0上出现的是累加器A中的数据，即MOVX指令要输出的数据。因此，可以通过MOVX指令控制LED灯的亮灭。

4)由之前几条分析可知，控制74LS244(输入接口)和74LS273(输出接口)分别完成读取开关状态和控制灯亮灭的前提是，执行指令MOVX时必须使74LS244和74LS273的地址的最高位A15(P2.7)为低电平0。另外，74LS244和74LS273地址的其他位A14~A0对读写无影响，可以为任意值。但是正如之前在外部存储器扩展中所讲的，对读写无影响的地址线通常被设置为高电平1。因此，在本例中，74LS244和74LS273的地址均被设置为7FFFH。特别需要注意的是，虽然74LS244和74LS273有相同的地址，但是读、写时序的差别使得它们的读写操作不会发生冲突。

解：汇编语言程序如下：

下面这段程序可实现与上面程序完全相同的功能，只是MOVX指令的操作数有差别：

另外，通过正确设置高位地址线还可以扩展更多的输入和输出接口。例如：针对图5-17所示电路，只要正确确定P2.7和P2.6的状态，就可以分别选择访问74LS244(1)、

74LS273(1)、74LS244(2)和74LS273(2)，即：P2.7和P2.6是I/O端口的选择线(或称地址选择线)，访问74LS244(1)和74LS273(1)时，P2.7应为低电平0，P2.6应为高电平1;而访问74LS244(2)和74LS273(2)时，P2.7应为高电平1，P2.6应为低电平0。