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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，傳統的總線擴展型器件已不再適用。而在單片機應用系統的接口電路中，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。該芯片的級聯非常方便，擴展I／O口的數量幾乎不受限制。GM8164主要的性能特點如下： ●擴展I／O口數量眾多，可提供32位數據輸入口和40位數據輸出口； ●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，以擴展I／O口的數量； ●工作電壓為2．7-5．6V，可適應多種應用； ●靜態電流典型值為3μA(3.3V時)； ●動態電流在時鐘頻率為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 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 GM8164的極限參數如下： ●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： ●將串行數據轉換為并行數據時，可選擇5個并行口中的任意一個口輸出； ●將并口數據輸入轉換為串口輸出； ●將串口數據輸入轉換為并口輸出； ●可存儲并行數據； ●可多芯片級聯，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"，則并行數據輸入口10-I31為高阻態，此時在 CPU輸出指令時鐘CLK的上升沿作用下，串行數據將從DIN口輸入，并在內部寄存器中 完成數據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，此時并行數據從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，內部寄存器中的數據將從串行數據輸出端DOUTA、DOUTB或DOUTC輸出。 (3)級聯工作方式 GM8164JN芯片有三個串行數據輸出端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。當用戶系統所需要的輸入輸出口數量較少時(如分別少于16個)，可以只使用10-I15、O0-O15，此時DOUTA則可作為串行數據輸出端。而當系統需要的I／0口數量很多時，則可通過DOUTC再級聯一片GM8164芯片，以擴展I／O數量。 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為高阻態禁止并行數據輸出，但此時器件的串行輸入、并行置數及串行輸出功能不受影響。當OC=0時，若LE=1，則在O0-O39輸出數據，而LE=0時，則將O0-O39的數據鎖存。 ●當進行輸出口控制時，無論改變多少個輸出口的狀態(即使是一位)，也必須把所有的輸出口狀態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。 ●讀入輸入口狀態時，不能打開鎖存端，需要讀入的次數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都讀入到CPU。 ●當用戶系統輸入口數量在16個以下而又使用DOUTB及DOUTC做輸出口時，會出現2個(DOUTB端)或3個字節(DOUNTC端)的無效數據；當用戶的輸入端口數目在32個以下時，DOUTC端會產生一個字節的無效數據，而且在多片級聯時也會產生無效數據，因此在軟件編程時應將無效數據舍棄。 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。為了提高數據傳送速度，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串行通信、輸出口控制和并口數據輸入的功能切換，并使用AT89C2051的P1.0、P1.1口實現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端輸出串行數據，開關量輸入緩沖區設在具有位尋址功能的20-23H，開關量輸出緩沖區設在24-28H，并使用串口工作方式0。發送和接收數據采用等待查詢方式。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指針 MOV R1，#04H ；設置開關量輸入位數 SETB A ；選擇開關量 CLR B ；輸入功能 CLR LE CLR OC SETB I／O ;并行置數 CLR I／O ；I0-I31高阻態 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 ；將串行開關量數據送入A中 MOV @ R0 ,A ； 開關數據送開關量輸入緩沖區 INC R0 ；指向下一緩沖區 DJNZ R1，RCV 1 ；未接收完則繼續接收 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由輸出量緩沖區輸出 OUTPUT：MOV R0，#24H ；設置開關量輸出緩沖區指針 MOV R1，#05H ；設置開關量輸出位數 CLR A ；選擇開關輸出功能 CLR B CLR OC SETB LE ；允許輸出數據 CLR I／O MOV SCON，#00H；設串行口工作方式0 LOOP： MOV A，@ R0 ；取開關量數據 CLR TI ；清發送結束標志 MOV SBUF，A ；發送數據 WAIT2 JNB TI，WAIT 2 ；未發送完等待 INC R0 ；指向下一緩沖區 DJNZ R1，LOOP ；未發送完則繼續發送 CLK LE ；鎖存O0-O39狀態 RET ；返回 開關量輸入緩沖區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24H～28H中的每一位和輸出口引腳O0～O39--一對應，緩沖區長度可根據使用的I／O口數量進行設置，輸人口的狀態可用位判別指令或字節判別指令來判斷，輸出口狀態可用更新對應口線輸出緩沖區字節內容的方法實現并口數據輸出或用置位／復位指令來實現位控輸出，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，數據傳送速度快的特點，因而是一種較理想的開關量擴展芯片。 |
