|
1 主要特點(diǎn) 隨著非總線型小封裝單片機(jī)的大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的總線擴(kuò)展型器件已不再適用。而在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的接口電路中，開關(guān)量卻被大量使用著，但相應(yīng)的非總線擴(kuò)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(yīng)用場合，GM8164是成都國騰微電子設(shè)計(jì)中心推出的串行I／O擴(kuò)展器。該器件具有72個(gè)I／O口線的擴(kuò)展能力，因而非常適合于需要使用大量開關(guān)量的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。該芯片的級(jí)聯(lián)非常方便，擴(kuò)展I／O口的數(shù)量幾乎不受限制。GM8164主要的性能特點(diǎn)如下： ●擴(kuò)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(shí)提供8個(gè)開漏輸出口，并能方便地進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)； ●帶有可達(dá)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(gè)芯片級(jí)聯(lián)，以擴(kuò)展I／O口的數(shù)量； ●工作電壓為2．7-5．6V，可適應(yīng)多種應(yīng)用； ●靜態(tài)電流典型值為3μA(3.3V時(shí))； ●動(dòng)態(tài)電流在時(shí)鐘頻率為1MHz時(shí)的典型值為13μA(3．3V時(shí))； ●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(shí)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(gè)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(yīng)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(shí)間tr、tf為0-500ns； ●時(shí)鐘頻率為1MHz(3.3V)或2MHz(5V)。 3 結(jié)構(gòu)功能 GM8164是一個(gè)CMOS器件，圖2所示是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該器件內(nèi)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(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)時(shí)，可選擇5個(gè)并行口中的任意一個(gè)口輸出； ●將并口數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換為串口輸出； ●將串口數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換為并口輸出； ●可存儲(chǔ)并行數(shù)據(jù)； ●可多芯片級(jí)聯(lián)，并可任意擴(kuò)充I／O口； ●在時(shí)鐘上升沿有效。 GM8164的功能設(shè)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(shí)，如果LE為"1"，則并行數(shù)據(jù)輸入口10-I31為高阻態(tài)，此時(shí)在 CPU輸出指令時(shí)鐘CLK的上升沿作用下，串行數(shù)據(jù)將從DIN口輸入，并在內(nèi)部寄存器中 完成數(shù)據(jù)從低位向高位的移動(dòng)，而后從O0-O39輸出口輸出。而當(dāng)LE=0時(shí)鎖存O0-O039。 (2)并行輸入、串行輸出工作方式 當(dāng)LE=0、OC二0時(shí)，若I／O為"1"，則并行置數(shù)，此時(shí)并行數(shù)據(jù)從10-I31輸入至內(nèi)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(shí)鐘CLK上升沿的作用下，內(nèi)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(jí)聯(lián)工作方式 GM8164JN芯片有三個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出端DOU-TA、DOUTB、DOUTC，它們分別為內(nèi)部16位、32位、40位移位寄存器O15、O31、O39(O37)所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器。當(dāng)用戶系統(tǒng)所需要的輸入輸出口數(shù)量較少時(shí)(如分別少于16個(gè))，可以只使用10-I15、O0-O15，此時(shí)DOUTA則可作為串行數(shù)據(jù)輸出端。而當(dāng)系統(tǒng)需要的I／0口數(shù)量很多時(shí)，則可通過DOUTC再級(jí)聯(lián)一片GM8164芯片，以擴(kuò)展I／O數(shù)量。 GM8164在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 ●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(dāng)OC=1時(shí)，輸出O0-O39為高阻態(tài)禁止并行數(shù)據(jù)輸出，但此時(shí)器件的串行輸入、并行置數(shù)及串行輸出功能不受影響。當(dāng)OC=0時(shí)，若LE=1，則在O0-O39輸出數(shù)據(jù)，而LE=0時(shí)，則將O0-O39的數(shù)據(jù)鎖存。 ●當(dāng)進(jìn)行輸出口控制時(shí)，無論改變多少個(gè)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(dāng)所有輸出口都應(yīng)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(jié)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)電壓較高的非TTL型負(fù)載(電壓不得超過15V)，因此當(dāng)O0-O7用于普通輸出口時(shí)，應(yīng)外接上拉電阻。 ●讀入輸入口狀態(tài)時(shí)，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(dāng)用戶系統(tǒng)輸入口數(shù)量在16個(gè)以下而又使用DOUTB及DOUTC做輸出口時(shí)，會(huì)出現(xiàn)2個(gè)(DOUTB端)或3個(gè)字節(jié)(DOUNTC端)的無效數(shù)據(jù)；當(dāng)用戶的輸入端口數(shù)目在32個(gè)以下時(shí)，DOUTC端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的無效數(shù)據(jù)，而且在多片級(jí)聯(lián)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生無效數(shù)據(jù)，因此在軟件編程時(shí)應(yīng)將無效數(shù)據(jù)舍棄。 4 應(yīng)用 GM8164非常適合于非總線單片機(jī)擴(kuò)展I／O接口使用，這里以AT89C2051單片機(jī)為例來說明GM8164的具體應(yīng)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(jī)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(shè)計(jì)使用了單片機(jī)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(shí)波特率為fosc／12，如采用12MHz晶振，則GM8164的fcLK=1MHz，完全可滿足GM8164對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。為了不影響單片機(jī)的串口通信功能，電路中使用了一片74HC4052雙4 選一模擬開關(guān)來實(shí)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(shí)現(xiàn)A、B通道的選擇。當(dāng)P1.1P1.0=00時(shí)選擇串行輸入／并行輸出；P1．1P1．0=01時(shí)選擇并行輸入／串行輸出；P1.1P1.0=10時(shí)為串口通信功能；P1．1P1．0=11時(shí)禁止所有功能，同時(shí)使用單片機(jī)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(shè)使用了全部32個(gè)輸入口和40個(gè)輸出口，并用DOUTC端輸出串行數(shù)據(jù)，開關(guān)量輸入緩沖區(qū)設(shè)在具有位尋址功能的20-23H，開關(guān)量輸出緩沖區(qū)設(shè)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(shè)置開關(guān)量輸入緩沖區(qū)指針 MOV R1，#04H ；設(shè)置開關(guān)量輸入位數(shù) SETB A ；選擇開關(guān)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(jié)束標(biāo)志 MOV SCON ，#10H ;設(shè)串口工作方式0， 并啟動(dòng)接收 WAIT 1：JNB RI，WAIT 1 ；未接收完等待 MOV A，SBUF ；將串行開關(guān)量數(shù)據(jù)送入A中 MOV @ R0 ,A ； 開關(guān)數(shù)據(jù)送開關(guān)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(guān)狀態(tài)由輸出量緩沖區(qū)輸出 OUTPUT：MOV R0，#24H ；設(shè)置開關(guān)量輸出緩沖區(qū)指針 MOV R1，#05H ；設(shè)置開關(guān)量輸出位數(shù) CLR A ；選擇開關(guān)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(shè)串行口工作方式0 LOOP： MOV A，@ R0 ；取開關(guān)量數(shù)據(jù) CLR TI ；清發(fā)送結(jié)束標(biāo)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(guān)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(duì)應(yīng)。開關(guān)量輸出緩沖區(qū)24H～28H中的每一位和輸出口引腳O0～O39--一對(duì)應(yīng)，緩沖區(qū)長度可根據(jù)使用的I／O口數(shù)量進(jìn)行設(shè)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(duì)應(yīng)口線輸出緩沖區(qū)字節(jié)內(nèi)容的方法實(shí)現(xiàn)并口數(shù)據(jù)輸出或用置位／復(fù)位指令來實(shí)現(xiàn)位控輸出，限于篇幅，在這里就不詳述了。 5 結(jié)束語 GM8164串行I／O擴(kuò)展芯片具有擴(kuò)展I／O數(shù)量多，占用單片機(jī)硬件資源較少，接口電路及接口時(shí)序簡單，數(shù)據(jù)傳送速度快的特點(diǎn)，因而是一種較理想的開關(guān)量擴(kuò)展芯片。 |
