第9章AT89S51单片机的IO扩展.ppt

1,第9章 AT89S51单片机的 I/O扩展,1,成都理工大学工程技术学院 自动化工程系,2,2,第9章 目录 9.1 I/O接口扩展概述 9.1.1 扩展的I/O接口功能 9.1.2 I/O端口的编址 9.1.3 I/O数据的传送方式 9.1.4 I/O接口电路 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计 9.2.1 82C55芯片简介 9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字 9.2.3 82C55的3种工作方式 9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计,3,9.3 AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计 9.3.1 81C55芯片介绍 9.3.2 81C55的工作方式 9.3.3 AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程 9.4 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口 9.5 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口 9.5.1 用74LS165扩展并行输入口 9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 9.6 用I/O口控制的声音报警接口 9.6.1 蜂鸣音报警接口 9.6.2 音乐报警接口,4,内容概要 AT89S51有4个I/O口P0P3，真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O口线和P3口的某些位线。因此，大多需要外部I/O接口的扩展。 介绍AT89S51与两种常用的可编程I/O接口芯片82C55和81C55的扩展接口设计。此外还介绍使用廉价的74LSTTL芯片扩展并行I/O接口以及用AT89S51串行口来扩展并行I/O接口的设计。最后介绍使用I/O口控制的声音报警接口。,5,9.1 I/O接口扩展概述 扩展I/O接口与扩展存储器一样，都属于系统扩展的内容。扩展的I/O接口应该具有哪些功能？ 9.1.1 扩展的I/O接口功能 扩展的I/O接口电路主要应满足以下功能要求。 1实现和不同外设的速度匹配 大多数外设的速度很慢，无法和µs量级的单片机速度相比。单片机在与外设间进行数据传送时，只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提下才能进行数据传送。外设是否准备好，就需要I/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间的速度匹配。,5,6,2输出数据锁存 与外设比，单片机的工作速度快，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。所以在扩展的I/O接口电路中应有输出数据锁存器，以保证输出数据能为慢速的接收设备所接收。 3输入数据三态缓冲 数据总线上可能“挂”有多个数据源，为使传送数据时不发生冲突，只允许当前时刻正在接收数据的I/O接口使用数据总线，其余的I/O接口应处于隔离状态，为此要求I/O接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。,6,7,9.1.2 I/O端口的编址 介绍I/O端口编址之前，首先要弄清楚I/O接口和I/O端口的概念。 I/O接口是单片机与外设间的连接电路的总称。 I/O端口（简称I/O口）是指I/O接口电路中具有单元地址的寄存器或缓冲器。一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口，如数据口，命令口，状态口。当然，并不是所有的外设都一定需要3种端口齐全的I/O接口。 每个I/O接口中的端口都要有地址，以便AT89S51通过读写端口来和外设交换信息。常用的I/O端口编址有两种方式，独立编址方式与统一编址方式。,7,8,1独立编址 I/O端口地址空间和存储器地址空间分开编址。优点是I/O地址空间和存储器地址空间相互独立，界限分明。但需要设置一套专门的读写I/O端口的指令和控制信号。 2统一编址 把I/O端口与数据存储器单元同等对待。I/O端口和外部数据存储器RAM统一编址。因此外部数据存储器空间也包括I/O端口在内。 优点是不需专门的I/O指令。缺点是需要把数据存储器单元地址与I/O端口的地址划分清楚，避免数据冲突。,8,9,9.1.3 I/O数据的传送方式 为了实现和不同外设的速度匹配，必须根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。I/O数据传送方式有：同步传送、异步传送和中断传送。 1同步传送 同步传送又称无条件传送。当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传送方式，典型的同步传送是单片机和外部数据存储器之间的数据传送。 2查询传送 又称有条件传送（也称异步式传送）。通过查询外设“准备好”后，再进行数据传送。优点是通用性好，硬件连线和查询程序简单，但工作效率不高。,9,10,3中断传送 为了提高单片机对外设的工作效率，通常采用中断传送方式，来实现I/O数据的传送。单片机只有在外设准备好后，才中断主程序的执行，从而进入与外设数据传送的中断服务子程序，进行数据传送。中断服务完成后又返回主程序断点处继续执行。采用中断方式可大大提高工作效率。 9.1.4 I/O接口电路 常用的外围I/O接口芯片： （1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）。,10,11,（2）81C55：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，256RAM单元，1个14位的减法计数器）。 都可以和AT89S51直接连接，接口逻辑简单。 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计 先介绍可编程并行I/O接口芯片82C55的应用特性，然后介绍AT89S51与82C55的接口电路以及软件设计。 9.2.1 82C55芯片简介 Intel公司的可编程并行I/O接口芯片，3个8位并行I/O口，3种工作方式，单片机与多种外设连接时的中间接口电路。引脚及内部结构如图9-1和图9-2所示。,11,12,12,图9-1 82C55的引脚图 图9-2 82C55的内部结构,13,1引脚说明 共40个引脚，引脚功能如下： D7D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用来与单片机之间传送数据信息。 ：片选信号线，低有效，表示本芯片被选中。 ：读信号线，低有效，读82C55端口数据的控制信号。 ：写信号线，低电平有效，用来向82C55写入端口数据的控制信号。 VCC：+5V电源。,13,14,PA7PA0：端口A输入/输出线。 PB7PB0：端口B输入/输出线。 PC7PC0：端口C输入/输出线。 A1、A0：地址线，用来选择82C55内部的4个端口。 RESET：复位引脚，高电平有效。 2内部结构 如图9-2所示，3个并行数据输入/输出端口，两种工作方式的控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。 各部件的功能如下：,14,15,（1）端口PA、PB、PC 3个8位并行口PA、PB和PC，都可以选为输入/输出工作模式，功能和结构上有差异。 PA口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。 PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。 PC口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输入缓冲器。 通常PA口、PB口作为输入/输出口，PC口既可作为输入/输出口，也可在软件控制下，分为两个4位的端口，作为端口PA、PB选通方式操作时的状态控制信号。,15,16,（2）A组和B组控制电路 是两组根据AT89S51写入的“命令字”控制82C55工作方式的控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部（PC7PC4）；B组控制PB口和PC口的下半部（PC3PC0），并可用“命令字”来对端口PC的每一位实现按位置“1”或清“0”。 （3）数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为82C55与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。,16,17,（4）读/写控制逻辑电路 接收AT89S51单片机发来的控制信号 、 、RESET、地址信号A1、A0等，然后根据控制信号的要求，端口数据被AT89S51单片机读出，或者将AT89S51单片机送来的数据写入端口。 各端口工作状态与控制信号的关系见表9-1。,17,18,18,19,9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字 可向82C55控制寄存器写入两种不同的控制字。 1工作方式选择控制字 82C55有3种基本工作方式： （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PA口有此工作方式）。 3种工作方式方式控制字来决定。格式如图9-3所示。最高位D7=1，为本方式控制字的标志，以便与另一控制字相区别（最高位D7 = 0）。,19,20,20,图9-3 82C55的方式控制字格式,21,PC口分两部分，随PA口称为A组，随PB口称为B组。其中PA口可工作于方式0、1和2，而PB口只能工作在方式0和1。 【例9-1】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作方式控制字95H，根据图9-3，将82C55编程设置为：PA口方式0输入，PB口方式1输出，PC口的上半部分（PC7PC4）输出，PC口的下半部分（PC3PC0）输入。 MOV DPTR，#××××H ；控制字寄存器端口地址 ；××××H送DPTR MOV A，#95H ； 方式控制字95H送A MOVX DPTR，A ； 控制字95H送控制字寄存器,21,22,2PC口按位置位/复位控制字 为另一控制字。即PC口中任何一位，可用一个写入82C55控制口的置位/复位控制字来对PC口按位置“1”或清“0”。用于位控。格式如图9-4所示。 【例9-2】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作方式控制字07H，则PC3置1；08H写入控制口，则PC4清0。程序段如下： MOV DPTR，#××××H ； 控制寄存器端口地址 ；××××H送DPTR MOV A，#07H ； 方式控制字07H送A,22,23,图9-4 PC口按位置位/复位控制字格式,24,MOVX DPTR，A； 控制字07H送控制寄存器，把PC3置1 MOV DPTR，#××××H； 控制字寄存器端口地址送DPTR MOV A，#08H ； 方式控制字08H送A MOVX DPTR，A ； 08H送控制字寄存器，PC4清0,24,25,9.2.3 82C55的3种工作方式 1方式0 是基本输入/输出方式。T89S51可对82C55进行I/O数据的无条件传送。 例如，AT89S51单片机从82C55的某一输入口读入一组开关状态，从82C55输出控制一组指示灯的亮、灭。并不需要任何条件，外设I/O数据可在82C55的各端口得到锁存和缓冲。因此，方式0称为基本输入/输出方式。 方式0下，3个端口都可以由软件设置为输入或输出，不需要应答联络信号。方式0的基本功能如下：,25,26,（1）具有两个8位端口（PA、PB）和两个4位端口（PC的上半部分和下半部分）。 （2）任何端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入、输出共有16种组合。 PA口、PB口和PC口均可设定为方式0，并可根据需要，向控制寄存器写入工作方式控制字，规定各端口为输入或输出方式。,27,【例9-3】 假设82C55的控制字寄存器端口地址为FF7FH，令PA口和PC口的高4位为方式0输出，PB口和PC口的低4位为方式0输入，初始化程序： MOV DPTR，#0FF7FH ； 端口地址#0FF7F送DPTR MOV A，#83H ； 方式控制字83H送A MOVX DPTR，A ； 控制字83H送控制字寄存器,27,28,2方式1 是一种采用应答联络的输入/输出工作方式。 PA口、PB口皆可设成这种工作方式。 在方式1下，82C55的PA口和PB口通常用于I/O数据的传送，PC口用作PA口和PB口的应答联络信号线，以实现采用中断方式来传送I/O数据。 PC口的PC7PC0的应答联络线是规定好的，其各位分配如图9-5和图9-7所示，图中，标有I/O的各位仍可用作基本输入/输出，不作应答联络用。 下介绍方式1输入/输出时的应答联络信号与工作原理。,28,29,（1）方式1输入 方式1输入应答联络信号如图9-5所示。其中 与IBF为一对应答联络信号。各应答联络信号的功能如下。 ：是由输入外设发给82C55的选通输入信号，低有效。 IBF：输入缓冲器满，应答信号。82C55通知外设已收到外设发来的且已进入输入缓冲器的数据，高有效。 INTR：由82C55向AT89S51单片机发出的中断请求信号，高有效。 INTEA：控制PA口是否允许中断的控制信号，由PC4的置位/复位来控制。,29,30,INTEB：控制PB口是否允许中断的控制信号，由PC2的置位/复位来控制。 方式1输入如图9-6所示。下面以PA口的方式1输入为例，介绍方式1输入的工作过程。 当外设向82C55输入一个数据并送到PA7PA0时，外设自动在 上向82C55发送一个低电平选通信号。 82C55收到 后，先把PA7PA0输入的数据存入PA口的输入数据缓冲/锁存器，然后使输出应答线IBF变为高，通知输入外设，PA口已收到它送来的数据。 82C55检测到 由低电平变为高电平、IBFA（PC5）为“1”状态和中断允许INTEA（PC4）=1时，使,30,31,INTRA（PC3）变为高电平，向单片机发出中断请求。INTEA的状态可由用户通过指令对PC4的单一置位/复位控制字来控制。 单片机响应中断后，进入中断服务子程序来读取PA口的外设发来的输入数据。当输入数据被单片机读走后，82C55撤销INTRA上的中断请求，并使IBFA变低，通知输入外设可传送下一个输入数据。,31,32,32,图9-5 方式1输入应答联络信号,33,33,图9-6 PA口方式1输入工作过程示意图,34,（2）方式1输出 方式1输出时，应答联络信号如图9-7所示。 与 构成一对应答联络信号，应答联络信号功能如下。 ：端口输出缓冲器满信号，低有效，它是82C55发给外设的联络信号，表示外设可以将数据取走。 ：外设应答信号，低有效。表示外设已把82C55发出的数据取走。 INTR：中断请求信号，高有效。表示该数据已被外设取走，向单片机发出中断请求，如果AT89S51响应该中断，在中断服务子程序中向82C55写入要输出的下一数据。,34,35,INTEA控制PA口是否允许中断，由PC6控制。 INTEB控制PB口是否允许中断，由PC2控制。 方式1输出工作示意如图9-8所示。以PB口的方式1输出为例，介绍工作过程。 AT89S51可以通过“MOVX Ri，A”指令把输出数据送到B口的输出数据锁存器，82C55收到后便令输出缓冲器满引脚 （PC1）变低，以通知输出设备输出的数据已在PB口的PB7PB0上。 输出外设收到 上低电平后，先从PB7PB0上取走输出数据，然后使 B 变低电平，以通知82C55输出外设已收到82C55输出的数据。,35,36,36,图9-7 方式1输出应答联络信号,37,图9-8 PB口方式1输出工作过程示意图,37,38, 82C55从应答输入线 B收到低电平后就对 B 和中断允许控制位INTEB状态进行检测，若皆为高电平，则INTRB变为高电平而向单片机请求中断。 AT89S51单片机响应INTRB上中断请求后便可通过中断服务程序把下一个输出数据送到PB口的输出数据锁存器。重复上述过程，完成数据的输出。 3方式2 只有PA口才有方式2。图9-9为工作示意图。方式2是方式1输入和输出组合。PA7PA0为双向I/O总线。当作为输入口使用，PA7PA0受STBA 和IBFA控制；当作输出端口使用，PA7PA0受 A、 A 控制。,38,39,39,图9-9 PA口在方式2下的工作示意图,40,方式2特别适用于像键盘、显示器一类的外部设备，因为有时需要把键盘上输入的编码信号通过PA口送给单片机，有时又需把单片机发出的数据通过PA口送给显示器显示。 9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计 1硬件接口电路 如图9-10为AT89S51扩展一片82C55的电路。P0.1、P0.0经74LS373与82C55的A1、A0连接；P0.7经74LS373与片选端 相连，其它地址线悬空；82C55的控制线 、 直接与单片机 和 端相连；单片机数据总线P0.0P0.7与82C55数据线D0D7连接。,40,41,2确定82C55端口地址 图9-10中82C55只有3条线与AT89S51地址线相接，片选端 、端口地址选择端A1、A0，分别接于P0.7、P0.1和P0.0，其他地址线全悬空。显然只要保证P0.7为低电平时，即可选中82C55；若P0.1、P0.0再为“00”，则选中82C55的PA口。同理P0.1、P0.0为“01”、“10”、“11”分别选中PB口、PC口及控制口。 若端口地址用16位表示，其他无用端全设为“1”（也可把无用端全设为“0”），则82C55的A、B、C及控制口地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。,41,42,42,图9-10 AT89S51单片机扩展一片82C55的接口电路,43,如果没有用到的位取“0”，则4个端口地址分别为0000H、0001H、0002H、0003H，只要保证 、A1、A0的状态，无用位设为“0”或“1”均可。 3软件编程 在实际设计中，须根据外设的类型选择82C55的操作方式，并在初始化程序中把相应控制字写入控制口。下面根据图9-10，介绍对82C55进行操作的编程。 【例9-4】要求82C55工作在方式0，且PA口作为输入，PB口、PC口作为输出，程序如下： MOV A，#90H ；控制字送A MOV DPTR，#0FF7FH；控制寄存器地址FF7FHDPTR,43,44,MOVX DPTR，A ；方式控制字控制寄存器 MOV DPTR，#0FF7CH ；PA口地址FF7CHDPTR MOVX A，DPTR ；从PA口读入数据A MOV DPTR，#0FF7DH ；PB口地址FF7DHDPTR MOV A，#data1 ；要输出的数据#data1A MOVX DPTR，A ；将#data1送PB口输出 MOV DPTR，#0FF7EH ；PC口地址DPTR MOV A，# data 2 ；数据#data 2A MOVX DPTR，A ；将数据#data 2送PC口输出,44,45,【例9-5】对端口PC的置位/复位。 1PC口1中的任1一位，均可用指令来置位或复位。例如，如果想把PC口的PC5置“1”，相应的控制字为00001011B = 0BH（关于82C55的PC口置位/复位的控制字说明见图9-4）。程序如下： MOV R1，7FH ；控制口地址7FHR1 MOV A，0BH ；控制字0BHA MOVX R1， A ；控制字7FH控制口，把PC5置1,45,46,如果想把PC口的PC5复位，相应的控制字0AH，程序如下： MOV R1，7FH ；控制口地址7FH R1 MOV A，0AH ；控制字0AHA MOVX R1，A ；控制字7FH控制口， PC5清0 82C55接口芯片在AT89S51单片机应用系统中广泛用于与各种外部数字设备的连接，如打印机、键盘、显示器以及作为数字信息的输入、输出接口。,46,47,9.3 AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计 包含256B的RAM存储器（静态），RAM的存取时间为400ns，可编程的两个8位并行口PA和PB，可编程的一个6位并行口PC，以及一个14位的减1计数器。PA口和PB口可工作于基本输入/输出方式（同82C55的方式0）或选通输入/输出方式（同82C55的方式1）。81C55可直接与AT89S51相连，不需增加任何硬件逻辑电路。由于81C55片内集成有I/O口、RAM和减1计数器，因而是被选用的I/O接口芯片之一。 9.3.1 81C55芯片介绍 介绍81C55芯片基本特性。,47,48,181C55的结构 逻辑结构如图9-11。 图9-11 81C55的逻辑结构,49,281C55的引脚功能 40引脚，采用双列直插式封装，如图9-12所示。 图9-12 81C55的引脚图,49,50,各引脚功能如下。 （1）AD7AD0，为地址/数据线，与AT89S51单片机的P0口相连，用于分时传送地址/数据信息。 （2）I/O总线（22条）。PA7PA0为通用I/O线，数据传送方向由写入81C55的命令字决定（图9-13）；PB7PB0为通用I/O线，用于传送PB口上的外设数据，数据传送方向也由写入81C55的控制字决定。PC5PC0为数据/控制线，共有6条，在通用I/O方式下，用作传送I/O数据；在选通I/O方式下，用作传送命令/状态信息（见表9-3）。,50,51,（3）控制引脚 RESET：复位输入线，在RESET线上输入一个大于600ns宽的正脉冲时，81C55即可处于复位状态，PA、PB、PC三口也定义为输入方式。 、IO/ ： 为片选线，若 =0，则AT89S51单片机选中本81C55工作；否则，本81C55未被选中。IO/ 为I/O端口或RAM存储器选择线，若IO/ =0，则AT89S51单片机选中81C55片内的RAM存储器；若IO/ =1，则AT89S51单片机选中81C55的某一I/O端口。 和 ：当 =0且 =1时，81C55被读出数据状态；当 =1且 = 0时，81C55被写入数据状态。,51,52,ALE：允许地址输入线，高有效。若ALE=1，则81C55允许AT89S51通过AD7AD0线发出地址锁存到81C55片内“地址锁存器”；否则，81C55地址锁存器处于封锁状态。81C55的ALE常和AT89S51的ALE相连。 TIMERIN和 ：TIMERIN是计数器脉冲输入线，输入的脉冲上跳沿用于对81C55片内的14位计数器减1。 为计数器输出线，当14位计数器减为0时就可以在该引线上输出脉冲或方波，输出脉冲或方波与所选的计数器工作方式有关。 （4）电源线。VCC为+5V电源输入线，VSS接地。,52,53,3CPU对81C55 I/O端口的控制 3个端口数据传送方式是由控制字和状态字来决定的。 （1）81C55各端口地址分配 内部有7个端口，需要3位地址A2A0上的不同组合代码来加以区分。表9-2为端口地址分配以及RAM单元的选择。 （2）81C55的控制字 有一个控制寄存器和一个状态标志寄存器。工作方式由写入控制寄存器的控制字来确定。控制字格式如图9-13所示。控制寄存器只能写入不能读出。,53,54,图9-13 81C55的控制字格式,54,55,控制寄存器中的D3D0位用来设置PA口、PB口和PC口的工作方式。 D4、D5位用来确定A口、B口以选通输入/输出方式工作时是否允许中断请求。 D6、D7位用来设置计数器的操作。 （3）81C55的状态字 有一个状态标志寄存器，用来存入PA口和PB口的状态标志。它的地址与控制寄存器地址相同，只能对其读出，不能写入。格式如图9-14所示。,56,下面仅对状态字中的D6位给出说明。 D6为计数器中断状态标志位TIMER。 若计数器正在计数或开始计数前，则D6=0；若计数器的计数长度已计满，即计数器减为0，则D6=1，可作为计数器中断请求标志。在硬件复位或对它读出后又恢复为0。 9.3.2 81C55的工作方式 下面介绍81C55的两种工作方式。,56,57,图9-14 81C55状态字格式,57,58,1存储器方式 存储器方式用于对片内256B RAM单元进行读/写，若IO/ =0且 =0，则AT89S51可通过AD7AD0上的地址选择RAM存储器中任意单元读/写。 2I/O方式 分基本I/O和选通I/O两种方式，见表9-3。在I/O方式下，81C55可选择片内任意端口寄存器读/写，端口地址由A2、A1、A0三位决定（见表9-2）。 （1）基本I/O方式。本方式下，PA、PB、PC三口用作输入/输出，由图9-13的命令字决定。其中，PA、PB两口的输入/输出由D1、D0决定，PC口各位由D3、D2状态决,58,59,定。例如，若把02H的命令字送到81C55命令寄存器，则81C55的PA口和PC口各位设定为输入方式，PB口设定为输出方式。 （2）选通I/O方式。由命令字中D3、D2状态设定，PA口和PB口都可独立工作于这种方式。此时，PA口和PB口用作数据口，PC口用作A口和B口的应答联络控制。PC口各位应答联络线的定义是在设计81C55时规定的，其分配和命名见表9-3。,59,60,60,选通I/O方式又可分为选通I/O数据输入和选通I/O数据输出两种方式。 选通I/O数据输入 PA口和PB口都可设定为本方式。若命令字中D0=0且D3、D2=10，则PA口设定为本工作方式；若命令字中D1= 0且,61,D3、D2=11，则PB口设定为本工作方式。本工作方式和82C55的选通I/O输入情况类似，如图9-15（a）所示。 选通I/O数据输出 PA口和PB口都可设定为本方式。若命令字D0=1且D3、D2=10，则PA口设定为本工作方式；若命令字D1=1且D3、D2=11，则PB口设定为本工作方式。 选通I/O数据的输出过程也和82C55的选通I/O输出情况类似，图9-15（b）所示为选通I/O数据输出的示意图。,61,62,图9-15 选通I/O方式示意图,62,63,3内部计数器/计数器及使用 14位的计数器/计数器，CPU可通过软件来选择计数长度和计数方式。计数长度和计数方式由写入计数器的控制字来确定。计数器的格式如图9-16所示。 图9-16 81C55计数器的格式 其中，T13T0为计数器的计数位；M2、M1用来设置计数器的输出方式。81C55计数器的4种工作方式及对应的 引脚输出波形如图9-17所示。,63,64,64,图9-17 81C55计数器工作方式及 引脚输出波形,65,任何时候都可设置计数器长度和工作方式，将控制字写入控制寄存器。如果计数器正在计数，只有在写入启动命令后，计数器才接收新计数长度并按新的工作方式计数。 若写入计数器的初值为奇数， 引脚的方波输出是不对称的。例如，初值为9时，计数器的输出，在5个计数脉冲周期内为高电平，4个计数脉冲周期内为低电平，如图9-18所示。 图9-18 计数长度为奇数时的不对称方波输出（长度为9）,65,66,注意，81C55的计数器初值不是从0开始，从2开始。这是因为，如果选择计数器的输出为方波形式（无论是单方波还是连续方波），则规定是从启动计数开始，前一半计数输出为高电平，后一半计数输出为低电平。显然，如果计数初值是0或1，就无法产生这种方波。因此81C55计数器的写入初值范围是3FFFH2H。 如果硬要将0或1作为初值写入，其效果将与送入初值2的情况一样。81C55复位后使计数器停止计数。 9.3.3 AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程 1硬件接口电路 接口如图9-19所示。直接连接不需外加器件。,66,67,67,图9-19 AT89S51单片机与81C55的接口电路,68,在图9-19中，单片机P0口输出的低8位地址不需要另外加锁存器（81C55片内集成有地址锁存器），而直接与81C55的AD0AD7相连，既可作为低8位地址总线，又可作为数据总线，地址锁存控制直接用AT89S51发出的ALE信号。 81C55的 端接P2.7，IO/ 端与P2.0相连。当P2.7=0时，若P2.0=0，则访问81C55的RAM单元。由此可得到图9-19中81C55的各端口以及RAM单元的地址编码，见表9-4。,68,69,69,70,281C55的编程 根据图9-19接口，介绍对81C55的具体操作。 初始化程序设计 【例9-6】若PA口定义为基本输入方式，PB口定义为基本输出方式，对输入脉冲进行24分频（81C55计数器的最高计数频率为4MHz），则81C55的初始化程序如下START： MOV DPTR，7F04H；DPTR指针指向计数器低8位 MOV A，18H ；计数初值24送A MOVX DPTR，A ；计数初值低8位装入计数器 INC DPTR ；指向计数器高8位,70,71,MOV A，40H ；计数器为连续方波输出 MOVX DPTR，A ；计数初值高6位装入计数器 MOV DPTR，7F00H ；指向命令/状态口 MOV A，#0C2H ；设定命令控制字 MOVX DPTR，A；A口基本输入，B口基本输出，开启计数 【例9-7】读81C55的7EF1H单元。程序如下： MOV DPTR，#7EF1H；DPTR指针指向81C55的7EF1H单元 MOVX A，DPTR ；7EF1H单元内容A,71,72,【例9-8】将立即数41H写入81C55 RAM的7E20H单元。程序如下： MOV A，#41H ；立即数A MOV DPTR，#7E20H；DPTR指针指向81C55的7E20H单元 MOVX DPTR，A；立即数41H送81C55 RAM的7E20H单元 81C55既有RAM又有I/O口，此外，还有计数器。在同时需要扩展RAM 、I/O和计数器的系统中，选用81C55特别经济，是单片机系统中常用的外围接口芯片之一。,72,73,9.4 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口 在单片机应用中，有些场合需要降低成本、缩小体积，这时采用TTL电路、CMOS电路锁存器或三态门电路也可构成各种类型的简单输入/输出口。 如图9-20所示为一个利用74LS244和74LS273芯片，将P0口扩展成简单的输入/输出口的电路。 74LS244和74LS273的工作受AT89S51的P2.0、 、 3条控制线控制。74LS244作为扩展输入口，8个输入端分别接8个按钮开关。74LS273是8D锁存器扩展输出口，接8个LED发光二极管，以显示8个按钮开关状态。,73,74,图9-20 74LSTTL I/O扩展举例,75,当某条输入口线的按钮开关按下时，该输入口线为低电平，读入单片机后，其相应位为“0”，然后再将口线的状态经74LS273输出，某位低电平时二极管发光，从而显示出按下的按钮开关的位置。 该电路的工作原理如下。 当P2.0=0， =0（ =1）时，选中74LS244芯片，此时若无按钮开关按下，输入全为高电平。当某开关按下时则对应位输入为“0”，74LS244的输入端不全为“1”，其输入状态通过P0口数据线被读入AT89S51片内。,75,76,当P2.0 = 0， =1 （ = 0）时，选中74LS273芯片，CPU通过P0口输出数据锁存到74LS273，74LS273的输出端低电平位对应的LED发光二极管点亮。 总之，在图9-20中只要保证P2.0为“0”，其他地址位或“0”或“1”即可。如地址用FEFFH（无效位全为“1”），或用0000H（无效位全为“0”）都可。,76,77,输入程序段： MOV DPTR，#0FEFFH ；I/O地址DPTR MOVX A，DPTR ； 为低，74LS244数据被读入A中 输出程序段： MOV A，#data ；数据#dataA MOV DPTR，#0FEFFH ；I/O地址#0FEFFHDPTR MOVX DPTR，A ； 为低，数据经74LS273口输出,77,78,【例9-9】 编写程序把按钮开关状态通过图9-20的发光二极管显示出来。程序如下： DDIS： MOV DPTR，#0FEFFH ；输入口地址DPTR LP： MOVX A，DPTR ；按钮开关状态读入A中 MOVX DPTR，A ；A中数据送显示输出口 SJMP LP ；反复连续执行 由程序可看出，对于扩展接口的输入/输出就像从外部RAM读/写数据一样方便。图9-20仅仅扩展了两片，如果仍不够用，还可扩展多片74LS244、74LS273之类的芯片。但作为输入口时，一定要求有三态功能，否则将影响总线的正常工作。,78,79,9.5 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口 串口的方式0用于I/O扩展。方式0为同步移位寄存器工作方式，波特率为fosc/12。数据由RXD端（P3.0）输入，同步移位时钟由TXD端（P3.1）输出。 9.5.1 用74LS165扩展并行输入口 图9-21串口扩展两个8位并行输入口。74LS165是8位并行输入串行输出的寄存器。当74LS165的S/ 端由高到低跳变，并行输入端的数据被置入寄存器；当S/ = 1，且时钟禁止端（15脚）为低时，允许TXD（P3.1）移位时钟输入，在该脉冲作用下，数据由右向左方向移动。,79,80,TXD与所有74LS165的CP相连；RXD与74LS165的串行输出端QH相连；P1.0与 S/ 相连，控制74LS165的串行移位或并行输入；15脚接地，允许时钟输入。当扩展多个8位输入口时，相邻两芯片的首尾（QH与SIN）相连。 图9-21 利用74LS165扩展并行输入口,80,81,【例9-10】从16位扩展口读入5组数据（每组2B），把它们转存到内部RAM 20H开始的单元。 MOV R7，#05H ；设置读入组数 MOV R0，#20H ；设置内部RAM数据区首址 START： CLR P1.0 ；并行置入数据，S/ =0 SETB P1.0 ；允许串行移位，S/ =1 MOV R2，#02H；设每组字节数， 即74LS165的个数 RXDATA：MOV SCON，#00010000H；设置串口方式0，允许 ；接收，启动接收过程,81,82,WAIT： JNB RI，WAIT ；未接收完一帧，循环等待 CLR RI ；RI标志清“0”，准备下次接收 MOV A，SBUF ；读入数据 MOV R0，A ；送至RAM缓冲区 INC R0 ；指向下一个地址 DJNZ R2，RXDATA ；未读完一组数据， 继续 DJNZ R7，START ；5组数据未读完重新并行置入 ；对数据进行处理,82,83,串行接收过程采用查询等待的方式，如必要，可改中断方式。 9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 图9-22为串口外接两片74LS164（8位串入并出移位寄存器）扩展两个8位并行输出口的接口电路。 图9-22 利用74LS164扩展并行输出口,83,84,当串口工作在方式0的发送，串行数据由P3.0（RXD）送出，移位时钟由P3.1（TXD）送出。注意，由于74LS164无并行输出控制端，在串行输入中，其输出端的状态会不断变化，故某些场合，在74LS164输出端应加接输出三态门控制，以便保证串行输入结束后再输出数据。 【例9-11】 将内部RAM单元30H、31H的内容经串行口由74LS164并行输出的子程序。 START：MOV R7，#02H ；设置要发送的字节个数 MOV R0，#30H ；设置地址指针 MOV SCON，#00H ；设置串行口为方式0,84,85,SEND： MOV A，R0 MOV SBUF，A ；启动串行口发送过程 WAIT： JNB TI，WAIT ；一帧未发完，等待 CLR TI INC R0 ；取下一个数 DJNZ R7，SEND ；未发完，继续，从子程序返回 RET 9.6 用I/O口控制的声音报警接口 当单片机测控系统发生故障或处于某种紧急状态时，单片机系统应能发出提醒人们警觉的声音报警。用I/O口很容易实现该功能。,85,86,9.6.1 蜂鸣音报警接口 购买市