单片机IO口扩展芯片——74HC595

这是74 hc 595芯片，如图1，它是一颗单片机IO口扩展芯片，使用它，我们可以很容易的将单片机的3个输出引脚扩展为8个。

图1 74HC595芯片外观示意图

通过多个595芯片级连，可以扩展出16个，24个乃至更多的引脚，如图2。

图2 芯片扩展单片机引脚

这颗芯片通过串行数据输入，数据输出的方式为1路串行或8路并行。引脚有三种输出状态：高电平、低电平和高阻态。它的引脚驱动能力为35mA，如图3。

图3 芯片的电气性能

这是它的原理图，第14引脚为芯片的串行数据输入引脚。第1至7引脚，外加第15引脚构成了芯片的8个并行输出引脚，第九脚为1路串行数据输出引脚。第13引脚为芯片的低电平使能引脚。第10为低电平复位引脚。第11，12引脚分别为移位寄存器、存储寄存器的时钟输入引脚，我们用单片机的两只引脚控制第11、12引脚来产生数据移位、存储的时钟节拍。第8、16引脚为电源引脚。详见图4.

图4 595芯片的原理图

使用时通过第14引脚接收单片机发来的数据。第11，12引脚连接单片机产生时钟。第10引脚接入电源的正极则不复位。第13引脚接入电源的负极则使能芯片。8路并行输出引脚可以直接连接外部驱动器件，如点阵显示器、数码管等。如图5.

图5 使用时的接线图

我们可以通过第9引脚接入另外一颗595芯片的第14引脚，实现595芯片的级联，从而扩展出更多的IO端口。如图6

图6 芯片级联原理图

单片机最小应用系统及外部扩展总线

单片机的最小应用系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

最小应用系统的功能取决于单片机芯片的技术水平。对于片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的单个单片机;对于片内无ROM/EPROM的单片机，其最小系统除了外部配置晶振、复位电路和电源外，还应当外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用。

8051/8751最小应用系统

8051/8751单片机内含有ROM/EPROM，用8051/8751单片机构成最小应用系统时，只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图7-1所示，因没有外部存储器扩展，这时接高电平，P0、P1、P2、P3都可作用户I/O口使用。

用8051/8751芯片构成的最小系统简单、可靠。但由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。同时，P0、P1、P2口的应用与开发环境差别较大。8051的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故8051应用系统一般用作大批量生产的应用系统。

图7-1　8051和8751最小应用系统电路

8031最小应用系统

8031单片机片内无程序存储器，因此，其最小应用系统必须在片外扩展EPROM。图7-2所示为8031外接程序存储器的最小应用系统。

图7-2　8031最小应用系统

与8051/8751最小应用系统一样，也必须有复位及时钟电路。片选线

直接接地，表明选择外部存储器;片外4K字节单元地址要求地址线12根(A 0 ～A 1 1)，由P0和P2.0～P2.3组成;程序存储器的取指信号为

;地址锁存器的锁存信号为ALE。 7.1.3 MCS-51系列单片机的外部扩展总线

在进行系统扩展中，首先需要面对的问题是如何与外围芯片连接。为了方便解决这一问题，往往利用地址锁存器将单片机形成三总线结构，即地址总线(Address Bus)、数据总线(Data Bus)和控制总线(Control Bus)，如图7-3所示。

➢ 地址总线： P2口作为地址总线的高8位，在访问16位的地址时，用于输出16位地址的高8位A 15 ～A 8 ;P0口分时复用地址/数据总线，地址锁存器用于锁存低8位地址A 7 ～A 0 。

图7-3　单片机三总线结构

提示

地址总线的根数决定了单片机可以访问的存储单元数量和I/O端口的数量。n条地址线可以产生2 n 个地址编码。

常用的地址锁存器为74LS373，构成地址总线时，它的8个输入端与P0口相连，其使能端连接单片机的ALE端。ALE信号为1时，P0口输出的数据被地址锁存器锁存，用作地址信号A 7 ～A 0 ;ALE信号为0时，P0口用于传输指令或数据(此时地址锁存器中的地址信号保持不变，能够保证数据传输给正确的地址)。

➢ 数据总线： P0口用作数据总线，数据总线是双向的，既可以由单片机传到外部芯片，也可以由外部芯片传入单片机。

➢ 控制总线： 控制总线主要负责对芯片的选通以及读/写等控制。引脚功能已在第二章中进行了详细介绍，这里不再赘述。

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