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第七章 单片机 I/O 扩展及应用

第七章 单片机 I/O 扩展及应用. 7-1 单片机 I/O 接口技术概述. 计算机为什么需要 I/O 接口. CPU. 存储器. CPU. I/O 设备. CPU 和外部设备之间数据传送有如下特点. 7-1-1 为什么要扩展 I/O 接口. 1 ）外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、继电器等；快速设备：磁盘等。 CPU 无法按固定时序协调各方的工作。. 2 ）外部设备种类繁多：机械式、机电式、电子式. 3 ）外部设备数据信号多样化：电压信号、电流信号数字量、模拟量等。. 4 ）外部设备数据传送有近距离、远距离。. 接口电路.

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第七章 单片机 I/O 扩展及应用

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  1. 第七章 单片机I/O扩展及应用 7-1 单片机I/O接口技术概述 计算机为什么需要I/O接口 CPU 存储器 CPU I/O设备

  2. CPU和外部设备之间数据传送有如下特点 7-1-1为什么要扩展I/O接口 1）外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、继电器等；快速设备：磁盘等。CPU无法按固定时序协调各方的工作。 2）外部设备种类繁多：机械式、机电式、电子式 3）外部设备数据信号多样化：电压信号、电流信号数字量、模拟量等。 4）外部设备数据传送有近距离、远距离。

  3. 接口电路 对CPU和外部设备之间的数据传送进行协调 接口电路主要功能 1）速度协调

  4. 2）数据锁存 数据在数据总线上停留的时间十分短暂 8051单片机的4个并行I/O口，都通过锁存器和外界联系

  5. 3）三态缓冲 总线隔离技术：任一时刻，只允许一个数据源使用数据总线。其余数据源都和数据总线隔离。 片选的含义 4）数据转换 A/D、D/A转换

  6. 三态缓冲电路 集电极开路OC门 使用时，需外接上拉电阻 用作接口电路的基本电路 锁存器 两个以上OC门输出端并联，实现“线与”功能

  7. 独立编址 将I/O和存储器分开进行编址。 计算机形成两个独立的地址空间，也就有各自独立的读写操作指令。 统一编址 将I/O和存储器统一进行编址。 只需一套存储器指令，直接对存储器和I/O操作。 7-1-2 I/O扩展编址技术

  8. 无条件输入传送 1）无条件传送方式 外部设备总是处于“准备好”状态，无须测试。随时可以传送数据。例如指示灯、发光二极管等。 7-1-3 I/O数据传送方式 片选

  9. 无条件输出传送 2）程序查询方式 有条件数据传送，I/O操作之前，检查I/O设备状态，确认已为输入输出作好准备，实行数据传送。

  10. 中断方式数据传送示意图 3）中断方式 查询方式中，CPU处于主动形式，中断方式CPU处于被动形式，等待中断请求的到来。 MCS-51的外部中断输入口，认为是外部设备中断请求的输入端。 大大提高系统的工作效率

  11. 7.2 MCS-51单片机I/O口直接应用 I/O口操作指令 将I/O口作为寄存器使用，进行字节数据传送 输出数据 MOV Px，A MOV Px，Rn MOV Px，@Ri MOV Px，direct 输入数据 MOV A ， Px MOV Rn，Px MOV @Ri，Px MOV direct，Px

  12. I/O口位操作指令 MOV（位传送） CLR（位清0） SETB（位置1） CPL（位取反） JB（位为1转移） JNB（位为0转移） JBC（位为1转移清0） MOV Px.y，C CLR Px.y SETB Px.y CPL Px.y JB Px.y，rel JNB Px.y，rel JBC Px.y，rel

  13. I/O口其它操作指令 ANL（逻辑与） ORL（逻辑或） XRL（逻辑异或） INC（加1） DEC（减1） DJNZ（减1条件转移） CJNE（数值比较转移） ANL Px，A ORL Px，A XRL Px，A INC Px DEC Px DJNZ Px，rel CJNE A，Px，rel

  14. I/O口直接应用

  15. 中断方式I/O口直接数据传送 开关扳动一次，触发器输出端出现一个负跳变，产生一个外部中断请求。

  16. MAIN：SETB IT0 /脉冲边沿触发 SETB EX0 /开放外部中断0 SETB EA /开放中断 HERE：AJMP HERE /等待中断 EXTR：MOV A，#0FH /中断服务程序 MOV P1，A /熄发光二极管 MOV A，P1 /输入开关状态 CPL A /状态取反 ANL A，#0FH /屏蔽高半字节 SWAP A /高低半字节交换 MOV P1，A /输出开关状态 RETI

  17. 7-3 单片机简单I/O口扩展应用 7-3-1 简单输入口扩展 简单输入解决数据缓冲问题 简单输入扩展就是扩展缓冲器 74LS244：2四位数据缓冲器 三态数据缓冲器

  18. 利用74LS244进行简单输入扩展 没有扩展RAM，当读外部RAM时，即选中244，进行数据输入

  19. 74LS32：或门

  20. 8D~1D：8位数据输入； 8Q~1D：8位数据输出； CK：时钟信号，上升沿数据锁存； ：使能信号 主要功能：数据保持（锁存） 7-3-2 简单输出口扩展 典型芯片： 具有使能控制的8D锁存器

  21. 74LS377真值表

  22. 锁存器和缓冲器的特点及使用 组成锁存器单元电路：触发器（带时钟控制端触发器） 组成缓冲器单元电路：门电路（三态传输电路） 锁存器 缓冲器

  23. 输出 输入 7-3-3 用串行口扩展并行口

  24. 7-4 8255A可编程并行I/O口扩展芯片 7-4-1 可编程I/O接口概述 简单I/O扩展：实现数据缓冲和数据锁存 可编程I/O扩展：还具有状态寄存和命令寄存功能，通过软件编程方式，确定扩展芯片的工作方式。 典型芯片：8255A，8155

  25. 7-4-2 8255A的逻辑结构和引脚 1）口电路 三个8位口，PA、PB、PC。PA、PB是单纯的数据口，PC既可作数据口，也可作控制口，用于对PA、PB的控制。 PC7~4，控制PA； PC3~0，控制PB PA 、 PC7~4称为A组； PB 、 PC3~0称为B组

  26. 2）总线接口电路 数据总线缓冲器：和单片机数据总线相连，8位双向三态缓冲器，所有数据（包括控制字、状态信息）通过该缓冲器传送。 控制逻辑： ：片选信号（低电平有效）； ：读信号（低电平有效）； ：写信号（低电平有效）； A0、A1：端口选择信号； RESET：复位信号（高电平有效） 3）控制逻辑电路：A组、B组逻辑控制

  27. 8255A读/写控制表

  28. 方式0：基本输入/输出方式 两个8位口PA、PB及两个4位口，输入/输出的任意组合。 适用于无条件数据传输。也可以对C口进行位操作。以C口某一位状态，实现查询方式数据传送。 7-4-3 8255A工作方式及数据I/O操作 方式1：选通输入/输出方式 PA、PB用于数据输入/输出，PC，数据传送联络信号 方式2：双向数据传送方式 只有PA，能选择该工作方式，适用PC5位口线作控制线。 PA工作于方式2下，则PB只能工作在方式0。

  29. PC口联络信号定义

  30. ：选通脉冲（输入），低电平有效。 INTR：中断请求信号（输出），高电平有效。当IBF为高电平， 信号由低变高，中断请求信号有效。 数据输入 IBF：输入缓冲器满信号（输出），高电平有效。此信号有效，数据已装入8255A锁存器。状态信号

  31. ：外设响应信号（输入），低电平有效。当外设取走数据，并处理完，向单片机发回响应信号。：外设响应信号（输入），低电平有效。当外设取走数据，并处理完，向单片机发回响应信号。 ：输出缓冲器满信号（输出），低电平有效。状态信息。输出数据写入8255A锁存器后，信号有效。 数据输出 INTR：中断请求信号（输出），高电平有效。

  32. 工作方式控制字 C口高半字节输入1，输出0 A口：输入1，输出0 方式选择 00方式0，01方式1， 1方式2 C口低半字节 输入1 ，输出0 B口：输入1 ，：输出0 设定工作方式标志，1有效 方式选择 0：方式0，1：方式1 7-4-4 8255A控制字及初始化

  33. 置位：1置1，0置0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 0 1 0 1 B0 0 0 1 1 0 0 1 1 B1 0 0 0 0 1 1 1 1 B2 置位标志：0有效 C口位置位/复位控制字

  34. 8255A初始化 系统要求：PA口：工作方式0，输入；PB口：工作方式1，输出；PC4~PC7为输出；PC2~PC0用于PB口方式1选通控制信号，尚余PC3线为输入。 假定8255A的地址为：5FFCH~5FFFH 确定控制字 控制字 95H

  35. 初始化程序： MOV DPTR，#5FFFH ；8255A控制字地址 MOV A，#95H ； MOVX @DPTR，A ；方式控制字写入 PC口用于置位/复位方式，PC5置位。 初始化程序： MOV DPTR，#5FFFH ；8255A控制字地址 MOV A，#0BH ；00001011b MOVX @DPTR，A ；方式控制字写入

  36. 7.5 8155单片机 可编程I/O口扩展 8155具有 三个可编程I/O口： A口（8位） B口（8位） C口（6位）； 256字节RAM； 一个14位定时器

  37. 7-5-1 8155逻辑结构

  38. ALE：地址锁存信号 将8位地址锁存，同时锁存片选信号 和 信号。 ：I/O与RAM选择信号 0：对RAM进行读写；1：对I/O进行读写 引脚说明 AD0~AD7：地址/数据线（复用线） ALE下降沿触发锁存8位地址（ RAM单元地址）。

  39. ：片选信号； ：读选通信号； ：写选通信号； PA、PB两个8位口，编程选定输入输出方式； RESET：复位信号，复位后，I/O口为输入方式。 PA、PB口都是数据口，只有输入/输出两种工作方式；

  40. PC口：既可作为输入/输出口，或编程选择PA、PB工作方式。PC口：既可作为输入/输出口，或编程选择PA、PB工作方式。 作控制时PC各位定义： PC0：AINTR（A口中断请求信号）； PC1：ABF（A口缓冲器满标志）； PC2： （A口选通脉冲）； PC3：BINTR（B口中断请求信号）； PC4：BBF（B口缓冲器满标志）； PC5： （B口选通脉冲）

  41. INTR：中断请求信号（输出）； BF：缓冲器满信号（状态信号）； ：选通信号（输入），输入时选通，输出时应答 PC口联络信号定义 可以看出，PC口具有： 输入方式； 输出方式； PA控制端口方式； PA、PB控制端口方式。

  42. 7-5-2 8155的命令/状态寄存器 命令寄存器：8位寄存器（锁存器）定义8155的工作方式 状态寄存器：7位寄存器（锁存器，最高位没定义）锁存I/O口和定时/计数器的当前状态。 两寄存器用一个口地址，命令寄存器只能写入，状态寄存器只能读出。 故称：命令/状态寄存器

  43. A中断允许，1允许 00：A、B基本I/O，C输入； 01：A、B基本I/O，C输出； 10：A选通I/O，B基本I/O； 11：A、B选通I/O B中断允许，1允许 定时器工作方式 00：不影响计数器工作 01：停止计数 10：达到计数值停止 11：启动计数 8155命令字格式

  44. 8155状态字格式 INTR：中断请求标志； BF：缓冲器满标志； INTE：中断允许标志； TIMER：定时器/计数器中断请求标志。

  45. 8155的工作方式 通过命令寄存器进行设置 基本I/O方式： 命令字D3D2=00或01，A、B、C口均工作在基本输入/输出方式 D3D2=00，C口输入； D3D2=01，C口输出 选通I/O方式： 命令字D3D2=10，PA口为选通方式；PB口基本输入/输出方式，PC3、PC4、PC5三根线输出。 命令字D3D2=11，PA、PB口均为选通方式；

  46. RAM单元及I/O口编址 通过8位地址线AD0~AD7进行编址 通过 端口的电平，确定当前寻址是RAM还是I/O口 六 个 可 编 址 I/O 端 口

  47. 8155和MCS-51兼容信号有：AD0~AD7、ALE、RESET、 、 。可以直接相连。 当P0.7~P0.3=00000 对应6个可编址端口。范围00H~07H。 当P0.7~P0.3为其它组合时，对应RAM，地址为08H~FFH 7-5-3 8155与MCS-51单片机连接

  48. 以高位地址直接作为 信号 对8155使用16位编址 当 时，8155内部RAM地址为：0000H~00FFH； 当 时，8155端口地址为： 0100H~0105H

  49. 14位减法计数器 两个8位寄存器构成 7-5-4 8155的定时器/计数器

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