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1 主要特點 隨著非總線型小封裝單片機的大量應用，傳統(tǒng)的總線擴展型器件已不再適用。而在單片機應用系統(tǒng)的接口電路中，開關量卻被大量使用著，但相應的非總線擴展型I／O接口芯片的種類卻比較少，很難滿足需要I／O口數(shù)量較多的應用場合，GM8164是成都國騰微電子設計中心推出的串行I／O擴展器。該器件具有72個I／O口線的擴展能力，因而非常適合于需要使用大量開關量的單片機應用系統(tǒng)。該芯片的級聯(lián)非常方便，擴展I／O口的數(shù)量幾乎不受限制。GM8164主要的性能特點如下： ●擴展I／O口數(shù)量眾多，可提供32位數(shù)據(jù)輸入口和40位數(shù)據(jù)輸出口； ●可同時提供8個開漏輸出口，并能方便地進行電平轉換和驅動； ●帶有可達1MHz的全速率同步串行接口，能非常方便地與通用MCU接口。 ●可多個芯片級聯(lián)，以擴展I／O口的數(shù)量； ●工作電壓為2．7-5．6V，可適應多種應用； ●靜態(tài)電流典型值為3μA(3.3V時)； ●動態(tài)電流在時鐘頻率為1MHz時的典型值為13μA(3．3V時)； ●具有PLCC-84和QFP-80兩種封裝形式。 2 引腳功能和主要參數(shù) 2.1 引腳功能 圖1所示是GM8164采用PLCC-84封裝時的引腳排列圖，各引腳的功能見表1所列。 2．2性能參數(shù) GM8164的極限參數(shù)如下： ●電源電壓Vcc：-0.5-7V； ●輸入電壓VI：-0.5-Vcc+0.5V； ●輸出電壓V。：-0.5-Vcc+0.5V； ●直流漏極電流(每個輸出)I。：土25mA； ●直流電流(Vcc)或地端電流Icc：±50mA ●工作溫度范圍：-25-+85℃； 為了使GM8164能夠安全可靠的工作，通常應按以下工作條件操作： ● 電源電壓Vcc為2.0-6.0V； ●輸入電壓VI為0-Vcc+； ●輸出電壓V。為0～Vcc+； ●輸入脈沖上升、下降時間tr、tf為0-500ns； ●時鐘頻率為1MHz(3.3V)或2MHz(5V)。 3 結構功能 GM8164是一個CMOS器件，圖2所示是其內部結構，該器件內部包括5組8位串入／并出和并入／串出的寄存器。其功能如下： ●將串行數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)據(jù)時，可選擇5個并行口中的任意一個口輸出； ●將并口數(shù)據(jù)輸入轉換為串口輸出； ●將串口數(shù)據(jù)輸入轉換為并口輸出； ●可存儲并行數(shù)據(jù)； ●可多芯片級聯(lián)，并可任意擴充I／O口； ●在時鐘上升沿有效。 GM8164的功能設置如表2所列，其具體工作方式如下： (1)串行輸入、并行輸出工作方式 在OC=0、I／O=0時，如果LE為"1"，則并行數(shù)據(jù)輸入口10-I31為高阻態(tài)，此時在 CPU輸出指令時鐘CLK的上升沿作用下，串行數(shù)據(jù)將從DIN口輸入，并在內部寄存器中 完成數(shù)據(jù)從低位向高位的移動，而后從O0-O39輸出口輸出。而當LE=0時鎖存O0-O039。 (2)并行輸入、串行輸出工作方式 當LE=0、OC二0時，若I／O為"1"，則并行置數(shù)，此時并行數(shù)據(jù)從10-I31輸入至內部寄存器。若將I／0置"0"并斷開輸入端，那么在CPU輸出指令時鐘CLK上升沿的作用下，內部寄存器中的數(shù)據(jù)將從串行數(shù)據(jù)輸出端DOUTA、DOUTB或DOUTC輸出。 (3)級聯(lián)工作方式 GM8164JN芯片有三個串行數(shù)據(jù)輸出端DOU-TA、DOUTB、DOUTC，它們分別為內部16位、32位、40位移位寄存器O15、O31、O39(O37)所對應的內部寄存器。當用戶系統(tǒng)所需要的輸入輸出口數(shù)量較少時(如分別少于16個)，可以只使用10-I15、O0-O15，此時DOUTA則可作為串行數(shù)據(jù)輸出端。而當系統(tǒng)需要的I／0口數(shù)量很多時，則可通過DOUTC再級聯(lián)一片GM8164芯片，以擴展I／O數(shù)量。 GM8164在使用時應注意以下幾點。 ●并行輸出口受輸出允許控制端OC和輸出鎖存控制端LE的控制，當OC=1時，輸出O0-O39為高阻態(tài)禁止并行數(shù)據(jù)輸出，但此時器件的串行輸入、并行置數(shù)及串行輸出功能不受影響。當OC=0時，若LE=1，則在O0-O39輸出數(shù)據(jù)，而LE=0時，則將O0-O39的數(shù)據(jù)鎖存。 ●當進行輸出口控制時，無論改變多少個輸出口的狀態(tài)(即使是一位)，也必須把所有的輸出口狀態(tài)按照一定的順序重新輸出一次，且當所有輸出口都應置成所需的狀態(tài)后，方能置鎖存端為"1"，然后再置"O"鎖存。 ●由于O0-O7為OC門輸出結構，可驅動電壓較高的非TTL型負載(電壓不得超過15V)，因此當O0-O7用于普通輸出口時，應外接上拉電阻。 ●讀入輸入口狀態(tài)時，不能打開鎖存端，需要讀入的次數(shù)由輸入端所處的位置決定，而不一 定要把所有的輸入口狀態(tài)都讀入到CPU。 ●當用戶系統(tǒng)輸入口數(shù)量在16個以下而又使用DOUTB及DOUTC做輸出口時，會出現(xiàn)2個(DOUTB端)或3個字節(jié)(DOUNTC端)的無效數(shù)據(jù)；當用戶的輸入端口數(shù)目在32個以下時，DOUTC端會產生一個字節(jié)的無效數(shù)據(jù)，而且在多片級聯(lián)時也會產生無效數(shù)據(jù)，因此在軟件編程時應將無效數(shù)據(jù)舍棄。 4 應用 GM8164非常適合于非總線單片機擴展I／O接口使用，這里以AT89C2051單片機為例來說明GM8164的具體應用電路。AT89C2051與GM8164的硬件連接電路如圖3所示。 GM8164適合與單片機的UART相連，也可用I／O口線來模擬UART。為了提高數(shù)據(jù)傳送速度，本設計使用了單片機的異步串行口，并使之工作于方式0(即移位寄存器方式)，此時波特率為fosc／12，如采用12MHz晶振，則GM8164的fcLK=1MHz，完全可滿足GM8164對時鐘頻率的要求。為了不影響單片機的串口通信功能，電路中使用了一片74HC4052雙4 選一模擬開關來實現(xiàn)串行通信、輸出口控制和并口數(shù)據(jù)輸入的功能切換，并使用AT89C2051的P1.0、P1.1口實現(xiàn)A、B通道的選擇。當P1.1P1.0=00時選擇串行輸入／并行輸出；P1．1P1．0=01時選擇并行輸入／串行輸出；P1.1P1.0=10時為串口通信功能；P1．1P1．0=11時禁止所有功能，同時使用單片機的P1．2-P1．4口來分別作為I／O控制、鎖存控制 和高阻輸出控制口。 以下給出串行輸入／并行輸出方式和并行輸入／串行輸出工作方式的子程序，本程序假設使用了全部32個輸入口和40個輸出口，并用DOUTC端輸出串行數(shù)據(jù)，開關量輸入緩沖區(qū)設在具有位尋址功能的20-23H，開關量輸出緩沖區(qū)設在24-28H，并使用串口工作方式0。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)采用等待查詢方式。具體程序如下： ；位定義 A BIT P1.0 ；4052通道選擇低位 B BIT P1.1 ；4052通道選擇高位 I／O BIT P1.2 ；I／O控制 LE BIT P1.3 ；LE鎖存控制 OC BIT P1.4 ；OC高阻控制 ；并行輸入／串行輸出子程序 INPUT：MOV R0，#20H；設置開關量輸入緩沖區(qū)指針 MOV R1，#04H ；設置開關量輸入位數(shù) SETB A ；選擇開關量 CLR B ；輸入功能 CLR LE CLR OC SETB I／O ;并行置數(shù) CLR I／O ；I0-I31高阻態(tài) RCV 1：CLR RI ；清接收結束標志 MOV SCON ，#10H ;設串口工作方式0， 并啟動接收 WAIT 1：JNB RI，WAIT 1 ；未接收完等待 MOV A，SBUF ；將串行開關量數(shù)據(jù)送入A中 MOV @ R0 ,A ； 開關數(shù)據(jù)送開關量輸入緩沖區(qū) INC R0 ；指向下一緩沖區(qū) DJNZ R1，RCV 1 ；未接收完則繼續(xù)接收 RET ；返回 ；串行輸入／并行輸出子程序 ；將輸出口要求的開關狀態(tài)由輸出量緩沖區(qū)輸出 OUTPUT：MOV R0，#24H ；設置開關量輸出緩沖區(qū)指針 MOV R1，#05H ；設置開關量輸出位數(shù) CLR A ；選擇開關輸出功能 CLR B CLR OC SETB LE ；允許輸出數(shù)據(jù) CLR I／O MOV SCON，#00H；設串行口工作方式0 LOOP： MOV A，@ R0 ；取開關量數(shù)據(jù) CLR TI ；清發(fā)送結束標志 MOV SBUF，A ；發(fā)送數(shù)據(jù) WAIT2 JNB TI，WAIT 2 ；未發(fā)送完等待 INC R0 ；指向下一緩沖區(qū) DJNZ R1，LOOP ；未發(fā)送完則繼續(xù)發(fā)送 CLK LE ；鎖存O0-O39狀態(tài) RET ；返回 開關量輸入緩沖區(qū)20H～23H中的每一位與輸人口引腳10-I31一一對應。開關量輸出緩沖區(qū)24H～28H中的每一位和輸出口引腳O0～O39--一對應，緩沖區(qū)長度可根據(jù)使用的I／O口數(shù)量進行設置，輸人口的狀態(tài)可用位判別指令或字節(jié)判別指令來判斷，輸出口狀態(tài)可用更新對應口線輸出緩沖區(qū)字節(jié)內容的方法實現(xiàn)并口數(shù)據(jù)輸出或用置位／復位指令來實現(xiàn)位控輸出，限于篇幅，在這里就不詳述了。 5 結束語 GM8164串行I／O擴展芯片具有擴展I／O數(shù)量多，占用單片機硬件資源較少，接口電路及接口時序簡單，數(shù)據(jù)傳送速度快的特點，因而是一種較理想的開關量擴展芯片。 |
