第八章AT系列单片机的接口扩展技术.ppt
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1、*1 单片机原理与应用单片机原理与应用电子课件电子课件 第第 8 8 章章 AT89 AT89系列单片机的系列单片机的 接口扩展技术接口扩展技术 *2 本章主要内容:本章主要内容: 8.1 I/O 8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 8.2 8.2 键盘及其与单片机的接口技术键盘及其与单片机的接口技术 8.3 LED 8.3 LED显示器及其与单片机的接口技术显示器及其与单片机的接口技术 8.4 LCD 8.4 LCD显示器及其接口技术显示器及其接口技术 8.5 A/D 8.5 A/D、D/AD/A转换器及其与单片机的接口转换器及其与单片机的接口 技术技术 *3 I/OI/O接口的功能
2、接口的功能 实现和不同外设的速度匹配实现和不同外设的速度匹配; ; 输出数据锁存输出数据锁存; ; 输入数据三态缓冲输入数据三态缓冲. . 实现和不同外设的速度匹配实现和不同外设的速度匹配 多种多样外设的工作速度差别很大,但大多数外设的速度很慢,无法和多种多样外设的工作速度差别很大,但大多数外设的速度很慢,无法和ss 量级的单片机速度相比。单片机和外设之间的数据传送方式有同步、异步量级的单片机速度相比。单片机和外设之间的数据传送方式有同步、异步 、中断三种。无论采用哪种方式来设计、中断三种。无论采用哪种方式来设计I/OI/O接口电路,单片机只有在确认外接口电路,单片机只有在确认外 设已为数据传
3、送做好准备的前提下才能进行设已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/OI/O操作。而知道外设是否准备操作。而知道外设是否准备 好,就需要好,就需要I/OI/O接口电路与外设之间传送状态信息,以实现单片机与外设之接口电路与外设之间传送状态信息,以实现单片机与外设之 间的速度匹配。间的速度匹配。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *4 输出数据锁存输出数据锁存 由于单片机工作速度快,数据在数据总线上保留的时间十分短由于单片机工作速度快,数据在数据总线上保留的时间十分短 暂,无法满足慢速外设的数据接收。暂,无法满足慢速外设的数据接收。I/OI/O电路应具有数据锁存电路应具有数
4、据锁存 器,以保证输出数据能被接收设备所接收。可见数据输出锁存器,以保证输出数据能被接收设备所接收。可见数据输出锁存 应成为应成为I/OI/O接口电路的一项重要功能。接口电路的一项重要功能。 输入数据三态缓冲输入数据三态缓冲 输入设备向单片机输入数据时,要经过数据总线,但数据总线输入设备向单片机输入数据时,要经过数据总线,但数据总线 上面可能上面可能“挂挂”有多个数据源,为了传送数据时不发生冲突,有多个数据源,为了传送数据时不发生冲突, 只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源使用数据总线,其只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源使用数据总线,其 余的数据应处于隔离状态,为此要求接口电路能为数据
5、输入提余的数据应处于隔离状态,为此要求接口电路能为数据输入提 供三态缓冲功能。供三态缓冲功能。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *5 I/O I/O端口(端口(PortPort) I/OI/O口的编址口的编址 I/OI/O接口(接口(InterfaceInterface) I/O I/O端口编址方式端口编址方式 I/OI/O端口(端口(PortPort) I/OI/O端口简称端口简称I/OI/O口,常指口,常指I/OI/O接口电路中具有端口地址的寄存接口电路中具有端口地址的寄存 器或缓冲器。器或缓冲器。 I/OI/O接口(接口(InterfaceInterface)
6、I/OI/O接口是指单片机与外设的接口是指单片机与外设的I/OI/O接口芯片。一个接口芯片。一个I/OI/O接口芯片接口芯片 可以有多个可以有多个I/OI/O端口,传送数据的称为数据口,传送命令的称端口,传送数据的称为数据口,传送命令的称 为命令口,传送状态的称为状态口。为命令口,传送状态的称为状态口。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *6 I/OI/O端口编址方式端口编址方式 常用的常用的I/OI/O端口编址有两种方式,一种是统一编址方式(或称为端口编址有两种方式,一种是统一编址方式(或称为 存储器映像编址),另一种是独立编址方式。存储器映像编址),另一种是独立编址
7、方式。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 统一编址方式统一编址方式 统一编址就是统一编址就是I/OI/O端口的寄存器与存储器单元同等对待,统一进端口的寄存器与存储器单元同等对待,统一进 行编址,把存储器的一部分地址空间分给端口,把每一个端口作行编址,把存储器的一部分地址空间分给端口,把每一个端口作 为一个存储单元。统一编址的优点是对端口信息的处理就像对主为一个存储单元。统一编址的优点是对端口信息的处理就像对主 存储器单元一样,不必专门设置专门的输入输出指令来访问端存储器单元一样,不必专门设置专门的输入输出指令来访问端 口,直接使用访问数据存储器的指令进行口,直接使用访问
8、数据存储器的指令进行I/OI/O操作,简单、方便操作,简单、方便 且功能强。但是,统一编址会减少存储器容量。且功能强。但是,统一编址会减少存储器容量。 *7 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 独立编址方式独立编址方式 独立编址就是独立编址就是I/OI/O地址空间和存储器地址空间分开编址,端口不地址空间和存储器地址空间分开编址,端口不 占存储器地址空间。独立编址的优点是占存储器地址空间。独立编址的优点是I/OI/O地址空间和存储器地地址空间和存储器地 址空间相互独立,界限分明。但是,必须设置专门的输入输出址空间相互独立,界限分明。但是,必须设置专门的输入输出 指令访问端口
9、。访问存储器与访问端口采用不同的指令,译码后指令访问端口。访问存储器与访问端口采用不同的指令,译码后 ,产生的控制信息不同,其地址虽有重叠,但不会发生冲突。,产生的控制信息不同,其地址虽有重叠,但不会发生冲突。 *8 I/OI/O接口数据的传送方式接口数据的传送方式 无条件传送方式无条件传送方式; ; 查询传送方式查询传送方式; ; 中断传送方式中断传送方式. . 无条件传送方式无条件传送方式 无条件传送又称为同步传送。当外设时刻都处于无条件传送又称为同步传送。当外设时刻都处于“准备好准备好”状态状态 ,外设的速度可与单片机速度相比拟时,常采用同步传送方式,外设的速度可与单片机速度相比拟时,常
10、采用同步传送方式, 这种方式不需要交换状态信息。例如,将数据输出给这种方式不需要交换状态信息。例如,将数据输出给LEDLED数码管数码管 ,一般采用这种传送方式。由于无条件传送方式在任何时候都不,一般采用这种传送方式。由于无条件传送方式在任何时候都不 考虑外设是否准备好,常常会产生错误,所以,很少场合使用此考虑外设是否准备好,常常会产生错误,所以,很少场合使用此 种传送方式。种传送方式。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *9 查询传送方式查询传送方式 查询传送又称为有条件传送,也称为异步传送。查询传送方式可查询传送又称为有条件传送,也称为异步传送。查询传送方式可 以避
11、免无条件传送方式出现的错误。在查询传送方式中,单片机以避免无条件传送方式出现的错误。在查询传送方式中,单片机 首先要查询外设是否准备好,只有当外设淮备好后,再进行数据首先要查询外设是否准备好,只有当外设淮备好后,再进行数据 传送。查询方式的过程为:查询传送。查询方式的过程为:查询等待等待数据传送。查询传送的数据传送。查询传送的 优点是通用性好,可用于各种速度的外设和单片机之间的数据传优点是通用性好,可用于各种速度的外设和单片机之间的数据传 送,硬件连线和查询程序十分简单。其缺点是效率不高,在连续送,硬件连线和查询程序十分简单。其缺点是效率不高,在连续 传送数据时,每传送一个数据,都有一个等待过
12、程,等待期间传送数据时,每传送一个数据,都有一个等待过程,等待期间 CPUCPU不能进行其他操作,不能进行其他操作,CPUCPU利用率低。为了提高单片机的工作效利用率低。为了提高单片机的工作效 率,通常采用中断传送方式。率,通常采用中断传送方式。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *10 中断传送方式中断传送方式 中断传送方式是利用中断传送方式是利用AT89AT89系列单片机本身的中断功能和系列单片机本身的中断功能和I/OI/O接口接口 的中断功能来实现的中断功能来实现I/OI/O数据的传送。在这种方式中,数据的传送。在这种方式中,CPUCPU不再进行不再进行 查询,只
13、有在外设准备好后,发出数据传送请求,才中断主程序查询,只有在外设准备好后,发出数据传送请求,才中断主程序 ,而进入与外设进行数据传送的中断服务程序,进行数据的传送,而进入与外设进行数据传送的中断服务程序,进行数据的传送 。中断服务完成后又返回主程序继续执行。因此,采用中断传送。中断服务完成后又返回主程序继续执行。因此,采用中断传送 方式可以大大提高单片机的工作效率。方式可以大大提高单片机的工作效率。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *11 简单简单I/OI/O接口的扩展接口的扩展 利用利用74LS74LS系列系列TTLTTL电路或电路或CMOSCMOS电路锁存器、三态
14、门电路作为电路锁存器、三态门电路作为 I IO O端口扩展芯片。端口扩展芯片。 这种这种I/OI/O端口一般都是通过端口一般都是通过P0P0口扩展,它具有电路简单、成口扩展,它具有电路简单、成 本低、配置灵活的优点。本低、配置灵活的优点。 一种扩展简单一种扩展简单I IO O端口的实例端口的实例 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *12 一种扩展简单一种扩展简单I IO O端口的实例端口的实例 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 电路的功能是按下任意健,对应的电路的功能是按下任意健,对应的LEDLED发光。发光。 *13 简单简单I IO O端口的
15、实例,电路的功能是按下任意健,对应的端口的实例,电路的功能是按下任意健,对应的LEDLED发发 光的汇编语言和光的汇编语言和C C语言程序:语言程序: 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 LOOPLOOP: MOV DPTRMOV DPTR,#0FEFFH #0FEFFH ;扩展;扩展I/OI/O口地址送口地址送DPTRDPTR MOVX A MOVX A,DPTR DPTR ;通过;通过74LS24474LS244读入数据,检测键的状态读入数据,检测键的状态 MOVX DPTRMOVX DPTR,A A ;向;向74LS37374LS373输出数据,驱动输出数据,驱动L
16、EDLED SJMP LOOP SJMP LOOP ;循环;循环 C C语言程序:语言程序: #include#include #include unsigned char i;unsigned char i; main()main() while(1) / while(1) / 循环循环 i=XBYTE0xfeff; /i=XBYTE0xfeff; /通过通过74LS24474LS244读入数据,检测键的状态读入数据,检测键的状态 XBYTE0xfeff=i; / XBYTE0xfeff=i; / 向向74LS37374LS373输出数据,驱动输出数据,驱动LEDLED *14 可编程可编程
17、8255A8255A的并行的并行I/OI/O扩展 扩展 8255A8255A芯片介绍芯片介绍 8255A8255A控制字控制字 8255A8255A的的3 3种工作方式种工作方式 8255A8255A和和AT89AT89系列单片机的接口系列单片机的接口 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 * 8255A8255A芯片介绍 芯片介绍 8255A8255A是是IntelIntel公司生产的可编程并行公司生产的可编程并行I/OI/O接口芯片,具有接口芯片,具有3 3个个8 8位的并行位的并行I/OI/O口,口, 3 3种工作方式,种工作方式,8255A8255A可编程并行可编程
18、并行I/OI/O接口芯片与一般接口芯片(如前面介绍的接口芯片与一般接口芯片(如前面介绍的 74LS244/74LS37374LS244/74LS373)一样可对单片机的)一样可对单片机的I/OI/O口进行扩展,但口进行扩展,但8255A8255A可通过编程可通过编程 改变其功能,因而使用灵活方便,通用性强。改变其功能,因而使用灵活方便,通用性强。 8255A8255A内部结构内部结构 8255A8255A内部结构见图内部结构见图8-28-2,它由以下,它由以下4 4部分组成:部分组成: 1 1) 并行并行I/OI/O端口端口A A、B B、C C 2 2) A A组和组和B B组控制器组控制器
19、 3 3)数据总线缓冲器)数据总线缓冲器 4) 4) 读读/ /写控制逻辑电路线写控制逻辑电路线 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *16 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 8255A8255A引脚说明引脚说明 8255A8255A共有共有4040只引脚,采用双列直插式封装,各引脚功能如下:只引脚,采用双列直插式封装,各引脚功能如下: D7D7D0D0:三态双向数据线,与单片机数据总线连接,用来传送数据信息。:三态双向数据线,与单片机数据总线连接,用来传送数据信息。 :片选信号线,低电平有效,表示本芯片被选中:片选信号线,低电平有效,表示本芯片被
20、选中 :读出信号线,控制:读出信号线,控制8255A8255A中数据的读出中数据的读出 :写入信号线,控制向:写入信号线,控制向8255A8255A数据的写入。数据的写入。 PA7PA7PA0PA0:A A口输入口输入/ /输出线。输出线。 PB7PB7PB0PB0:B B口输入口输入/ /输出线。输出线。 PC7PC7PC0PC0:C C口输入口输入/ /输出线。输出线。 A1A1、A0A0:地址线,用来选择:地址线,用来选择8255A8255A内部内部 的的4 4个端口,如表个端口,如表8-18-1所示。所示。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 *18 8.1 I/
21、O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 * 8255A8255A控制字 控制字 8255A8255A有两种控制字即工作方式选择控制字和有两种控制字即工作方式选择控制字和C C口置位口置位/ /复位控制字。这两个复位控制字。这两个 控制字以控制字以D7D7位为标志位,若位为标志位,若D7=1D7=1为工作方式选择控制字,若为工作方式选择控制字,若D7=0D7=0为为C C口置位口置位 / /复位控制字。复位控制字。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 工作方式选择控制字工作方式选择控制字 3 3种工作方式由写入控制字寄存器的方式控制字来决定。方式控制字的格式种工作方式
22、由写入控制字寄存器的方式控制字来决定。方式控制字的格式 如图如图8-48-4所示。所示。3 3个端口中个端口中C C被分为被分为2 2个部分,上半部分随个部分,上半部分随A A口称为口称为A A组,下半组,下半 部分随部分随B B口称为口称为B B组。其中组。其中A A口可工作于方式口可工作于方式0 0、1 1和和2 2,而,而B B口只能工作在方式口只能工作在方式 0 0和和1 1。 *20 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 C C口置位口置位/ /复位控制字复位控制字 本控制字可使本控制字可使C C口口8 8位中的任意一位置位为位中的任意一位置位为“ “1”1”或复
23、位清或复位清“ “0”0”。通过控制。通过控制C C口的口的 各位状态,实现某些控制功能。其控制字格式如图各位状态,实现某些控制功能。其控制字格式如图8-58-5所示。所示。 8.1 I/O8.1 I/O接口的扩展技术接口的扩展技术 * 例如,例如,07H07H写入控制口,置写入控制口,置1 PC31 PC3;08H08H写入控制口,写入控制口,PC4PC4清清0 0。若。若8255A8255A的的 控制口寄存器地址为控制口寄存器地址为FBHFBH,PC5PC5先置先置“ “1”1”,后清,后清“ “0”0”的程序如下:的程序如下: MOV R0MOV R0,#0FBH #0FBH ;控制字端
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