第7章单片机并行IO口的扩展.ppt
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1、,第7章 单片机并行I/O口的扩展 7.1 I/O接口扩展概述 I/O(输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信 息的桥梁。 MCS-51真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和 P3口的某些位线。 在多数应用系统中,MCS-51单片机都需要外扩I/O 接口电路。,7.1.1 I/O口扩展的原因 1.I/O信息的组成 (1)数据信息 CPU与外设交换的基本信息就是数据信息,数据的传送可采用并行传送(n位同时传送)和串行传送(一位一位地传送)两种形式。 (2)状态信息 状态信息是指在CPU与外设之间交换数据时的联络信息。CPU通过对外设状态信息的读取,可知其工作状态。了解状态信息是C
2、PU与I/O设备正确进行数据交换的重要条件。 (3)控制信息 控制信息指CPU发给外设命令信息,CPU通过发送控制信息控制外设的工作。,2.I/O口接口的作用 CPU与I/O设备交换信息情况较为复杂,所以通常I/O设备并不直接与CPU进行信息交换,而是通过相应的输入/输出接口(称为I/O接口)来进行的。I/O接口是CPU和I/O设备之间进行信息交换的中间环节,其主要功能如下: (1)对输入输出数据进行缓冲、隔离和锁存,实现速度匹配。 (2)完成信息格式的变换,如串并转换。 (3)实现电气特性的匹配。 (4)选择设备或地址译码等。,3.单片机I/O扩展的原因 I/O (输入/输出)接口是MCS-
3、51与外设交换数字信息的桥梁,MCS-51系列单片机有4个并行I/O口(P0,P1,P2,P3口),但对一个稍微复杂的应用系统来说,由于P0口和P2口配合使用用于系统扩展、P3口是一个多功能口每个引脚都具有第二功能,所以真正可供用户使用的并行口,只有P1口,况且常常因扩展I2C和SPI等需占用P1口某些引脚,这使用户不得不扩展并行口以满足实际的需要。因此,当在I/O口线不够用的情况下我们需要扩展并行I/O口。,图7-1 并行接口连接CPU与外设示意图,7.1.2 I/O口数据的传递方式 MCS-51单片机为了实现数据的输入/输出传送,通常使用以下4种方式传递数据。 (1)无条件传送方式:当外设
4、和单片机能够同步工作时,可以采用无条件方式进行传送,即数据可以随时进行传送。 (2)查询方式:查询方式又称为有条件传送方式,即数据的传送是有条件的。在进行I/O操作之前,用户要通过软件查询外设是否为数据传送做好准备,只有确认外设为数据传送做好准备。单片机才能执行数据的输入/输出(I/O)操作。,(3)中断方式:当外设和计算机进行数据交换时,外设向单片机发出中断请求。单片机接到中断请求后,就作出响应,暂停正在执行的程序,而转去为设备的数据输入/输出服务。当服务完成后,程序返回,单片机再继续执行被中断的程序。 (4)DMA方式:DMA(Direct Memory Access,直接内存存取) 中断
5、方式虽提高了CPU的效率,但仍然是通过CPU执行程序来实现数据传送。其缺点是大量的数据在磁盘与内存间交换需大量的时间,高速I/O设备时或成组数据交换时,显得速度太慢。DMA方式就是在外设与内存间直接传送数据,DMA的速度取决于内存的工作速度。,7.1.3 I/O端口的编址方式 I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。 I/O端口编址两种方式:独立编址与统一编址。 1独立编址方式 I/O寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址,但需专门读写I/O的指令和控制信号。 2统一编址方式 I/O寄存器与数据存储器单元同等对待,统一编址。不需要专门的I/O指令,直接使用访问数据存储器。的指令进行I/
6、O操作,简单、方便且功能强。,常用的外围I/O接口芯片有: (1)8255:可编程的通用并行接口电路(3个8位 I/O口)。 (2)8155:可编程的IO/RAM扩展接口电路(2个8 位I/O口,1个6位I/O口, 256个RAM字节单元, 1个14位的减法定时器/计数器)。 可与MCS-51单片机直接连接,接口逻辑十分简单。 此外,74LS系列的TTL电路也可以作为MCS-51的扩展I/O口,如74LS244、 74LS273等。,7.2 简单I/O口的扩展,简单I/O口的扩展是利用74LS273和74LS244,将P0口扩展成简单的输入、输出口的电路。,如图7-2所示74LS273输出端接
7、8个LED发光二极管, 以显示8个按钮开关状态,某位低电平时二极管发光。,74LS244是缓冲驱动器,扩展输入口,接8个按钮开关。 74LS273和74LS244的工作受8031的P2.0、RD*、WR*三条控制线控制。电路的工作原理如下:,当P2.0=0,WR*=0(RD*=)选中写74LS273, 8031 通过P0口输出数据到74LS273,;,当P2.0=0,RD*=0(WR*=1)时选中读74LS244, 某开关按下时则对应位输入为“0”。,图7-2 简单I/O扩展实例,输出程序段: (1)汇编语言 MOV A,#data ;数据A MOV DPTR,#0FEFFH;I/O地址DPT
8、R MOVX DPTR,A ;WR*为低,数据经74LS273口输出 (2)C语言 #define PORT XBYTE0xFEFF; A= data; PORT= A;,输入程序段: (1)汇编语言 MOV DPTR,#0FEFFH ;I/O地址DPTR MOVX A,DPTR;RD*为低,74LS244口,数据读入内部RAM (2)C语言 #define PORT XBYTE0xFEFF; A=PORT;,【例题7-1】编写程序把按钮开关状态通过图7-2中的发光二极管显示出来。 (1)汇编语言 DDIS: MOV DPTR,#0FEFFH ;输入口地址DPTR LP: MOVX A,DPT
9、R ;按钮开关状态读入A中 MOVX DPTR,A ;A中数据送输出口 SJMP LP ;反复连续执行 (2)C语言 #define PORT XBYTE0xFEFF; while(1) A=PORT; PORT=A; ,7.3 8255A可编程并行接口芯片扩展I/O口 8255A芯片介绍: 8255A是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片, 具有3个8位的并行I/O口,3种工作方式,可通过 编程改变其功能,因而使用灵活方便,通用性强。,7.3.1.内部结构,图7-3 8255A内部编程结构,(1)端口A、B、C,功能和结构上有些差异,PA口:输出锁存和缓冲;输入锁存,PB口:输出锁存
10、和缓冲;输入缓冲,PC口:输出锁存;数据输入缓冲,PC口可在软件的控制下,分为两个4位端口,作为 PA口、PB口选通方式操作时的状态控制信号。,(2)A组和B组控制电路,A组:PA口和PC口的上半部(PC7PC4);,B组:PB口和PC口的下半部(PC3PC0),可根据“命 令字”对PC口按位“置1”或“清0”。,(3)数据总线缓冲器线线,三态双向,作为8255A与单片机数据线之间接口, 传送数据、指令、控制命令及外部状态信息。,(4)读/写控制逻辑电路线,该电路接收CPU发来的控制信号、RESET、地址信号A1、A0等。对端口进行读写。,各端口的工作状态与控制信号的关系如表7-1所示。,表7
11、-1 8255A端口工作状态选择,图7-4 8255A芯片引脚图,7.3.2 引脚功能,D7D0:三态双向数据线,与单片机数据总线连接,CS*:片选信号线,低电平有效,表示本芯片被选中,RD*:读出信号线,控制8255A中数据的读出高,WR*:写入信号线,控制向8255A数据的写入。,Vcc:+5V电源。,PA7PA0:A口输入/输出线。,PB7PB0:B口输入/输出线。,PC7PC0:C口输入/输出线。,A1、A0:地址线,用来选择8255A内部的4个端口。,7.3.3 8255A的三种工作方式,1.方式0,基本的输入/输出方式。,外设的I/O数据可在8255A的各端口得到锁存和缓冲,MCS
12、-51可对8255A进行数据的无条件传送。,例如:从口线读入一组开关状态,向端口输出数字量,控制一组指示灯的亮、灭。不需要联络信号,,基本功能为:,(1)具有两个8位端口(A、B)和两个4位端口(C的上半部分和下半部分)。,(2)任一个端口都可以设定为输入或输出,各端口 的输入、输出可构成16种组合。,(3)数据输出锁存,输入不锁存。,例 假设8255A的控制字寄存器地址为FF7FH,则令A口 和C口的高4位工作在方式0输出, B口和C口的低4位 工作于方式0输入,初始化程序:,MOV DPTR,#0FF7FH ;控制字寄存器地址送DPTR MOV A,#83H ;方式控制字83H送A MOV
13、X DPTR,A ;83H送控制字寄存器,2. 方式1,选通输入/输出工作方式。A口和B口通常用于I/O数 据传送,C口用作A口和B口的联络线,以中断方式传 送数据。,(1) 方式1输入,控制联络信号如下图所示,STB*与IBF构成了一 对应答联络信号,联络信号的功能如下图:,STB*:选通输入,是由输入外设送来的输入信号。 IBF:输入缓冲器满,高电平有效。表示数据已送入 8255A的输入锁存器,它由STB*信号的下降沿置 位,由信号的上升沿使其复位,INTR:中断请求信号,高电平有效。由8255A输出, 向单片机发中断请求。,INTE A:A口中断允许,由PC4控制, INTE B:B口中
14、断允许,由PC2控制。,A口的方式1输入工作方式见下图。,(2)方式1输出,如下图所示。OBF*与ACK*构成了一对应答联络信号,各信号的功能如下:,OBF*:输出缓冲器满信号,8255A给外设的联络信号,外设可以将数据取走。,ACK*:外设的响应信号,外设已将数据取走。,INTR*:中断请求信号。表示该数据已被外设取走, 请求单片机继续输出下一个数据。,INTE A:中断允许,由PC6控制。 INTE B:中断允许,由PC2控制。,B口的方式1输出如下图所示:,3.方式2,只有A口才能设定为方式2。下图为方式2工作示意图。,在方式2下,PA7PA0为双向I/O总线。,当输入时,PA7PA0受
15、STBA*和IBFA控制,其工作 过程和方式1输入时相同;,当输出时,PA7PA0受OBFA*、ACKA*控制,其工作 过程和方式1输出时相同。,7.3.4 8255A的控制字,8255A有三种工作方式:,(1) 方式0:基本输入输出;,(2) 方式1:选通输入输出;,(3) 方式2:双向传送(仅A口有)。,1.工作方式选择控制字,三种工作方式由方式控制字来决定。 控制字格式如下。,C口上半部分(PC7PC4)随A口称为A组,,C口下半部分(PC3PC0)随B口称为B组。,其中A口可工作于方式0、1、和2,而B口只能工作在 方式0和1。,例如:写入工作方式控制字95H,可将8255A编程为:A
16、口方式0输入,B口方式1输出, C口的上半部分(PC7 PC4)输出,C口的下半部分 (PC3PC0)输入。,2. C口按位置位/复位控制字,可对C口8位中的任一位置“1”或清“0”。用于位控。,【例题7-2】 如下图是在PROTEUS软件中绘制的用8051扩展1片8255的电路,8255的PA口接输出设备(八个发光二极管)、PB口接输入设备(八个开关)PC口不用,均采用方式0,将8255 B口输入的开关置的数据从A口输出,要求开关合上的对应LED亮,编出相关汇编语言和C语言程序段。,分析:由图7-8可知,P2.7=0才选中该片8255,A1 A0(P2.1 P2.0)为00 01对应PA口和
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