单片机 第7章

,第二级,第三级,第四级,第五级,第,7,章,MCS-51,单片机,I/O,口及扩展技术,第,7,章,MCS-51,单片机,I/O,口及扩展技术,7.1 I/O,扩展概述,7.2 8255A,的应用,7.3 8155,的应用,7.4,串行口扩展,I/O,技术,从表面上看，,MCS-51,单片机共有,4,个,8,位的并行输入输出口（,P0P3,），但在实际应用中，这些口往往不能全部用于,I/O,目的。通常，只要有系统扩展，,P0,口被作为低,8,位地址线和数据线使用，,P2,口被作为高,8,位地址线使用，而,P3,口的第二功能更为重要，其口线多留作控制信号使用，真正能被作为,I/O,口使用的只有,P1,口。这对于大多数应用系统来说是不够的，因此需要进行,I/O,口扩展，以增加,I/O,口的数量，提高,I/O,口的功能。本章先介绍,I/O,口的基本知识，再给出几种常用的,I/O,口的扩展方法。,7.1.1 I/O,接口功能,为了满足不同外设对,CPU,的不同要求，,I/O,接口电路的形式和种类是多种多样的，虽然各种具体的,I/O,接口的作用不尽相同，但它们都具有以下主要功能：,1,实现与不同外设的速度匹配,2,实现电平转换,3,实现信号转换,7.1 I/O,口扩展概述,7.1.2,接口与端口,I/O,接口（,Interface,）和,I/O,端口（,Port,）是有区别的，不能混为一谈。接口具有界面、相互联系等含义。它是指在计算机与外部设备之间的一种,I/O,芯片或部件，其功能就是为了使,CPU,与外设之间方便、顺利地连接并进行可靠的数据传输。其主要功能是通过电路实现的，所以又称为接口电路。,I/O,端口又简称为,I/O,口。常指接口电路中用于完成某种信息传送，并可编程读写的寄存器。通常由系统给它们分配一个地址，称为端口地址，,CPU,通过端口地址就可以对端口中的信息进行读写操作。,一个外设通常需要一个,I/O,接口，但一个,I/O,接口中可以有多个,I/O,端口。传送数据字的端口称为数据口，传送命令字的端口称为命令口，传送状态字的端口称为状态口。当然，不是所有的外设都需要三端口齐全的,I/O,接口。,7.1.3,I/O,编址技术,在计算机中，凡需进行读写操作的设备都存在编址问题。具体说在计算机中有两种需要编址的部件，一种是存储器，另外一种就是接口电路。存储器是对存储单元进行编址，而接口电路则是对其中的端口进行编址，以便,CPU,通过端口地址和外设交换信息。通常,I/O,口有两种编址方式：,1,单独编址,单独编址是指,I/O,口地址和存储器单元地址分别编址，互为独立。,2,统一编址,统一编址就是把,I/O,口和存储器统一编址。,7.1.4,简单,I/O,口扩展,由于,MCS-51,单片机的,I/O,口是按照“,输入三态，输出锁存,”的原则与总线相连的。因此，在实际应用系统中，采用,TTL,或,CMOS,器件中的三态缓冲器和锁存器（如,74LS244,，,74LS245,，,74LS273,，,74LS373,，,74LS377,等），可以实现简单,I/O,口扩展。简单输入扩展就是扩展数据缓冲器，简单输出扩展就是扩展数据锁存器。,7.2,8255A,的应用,当单片机系统需要扩展较为复杂的,I/O,口时，应选用可编程接口芯片，这类芯片功能较强，可以使用一个芯片完成多种不同的接口功能，使用灵活方便，其最大的特点在于工作方式的确定和改变是由,CPU,通过程序以软件的方式来控制的，因此称之为可编程接口芯片。常用的可编程接口芯片有：,8255A,：可编程并行接口芯片；,8155,：可编程并行,RAM,和,I/O,接口芯片；,8251,：可编程串行通信接口芯片；,8253,：可编程定时,/,计数器芯片；,8279,：可编程键盘,/,显示器接口芯片。,7.2.1 8255A的内部结构和信号引脚,8255A是Intel公司生产的通用可编程并行I/O接口芯片。8255A的通用性强且使用灵活，可与MCS-51单片机系统总线直接相连，允许采用同步、异步和中断方式传送I/O数据。,8255A是一个40引脚的双列直插式芯片，其引脚排列和内部结构如图7-2和图7-3所示。,图,7-3 8255A,内部结构,数据总线,缓冲器,B,组,控制,A,组端口,A,（,8,）,A,组端口,C,上半部,（,4,）,B,组端口,C,下半部,（,4,）,B,组端口,B,（,8,）,A,组,控制,读写,控制,逻辑,RD,WR,A0,A1,RESET,CS,D7,D0,I/O,PA7,PA0,I/O,PC7,PC4,I/O,PC3,PC0,I/O,PB7,PB0,1,I/O,端口,A,、,B,、,C,（,1,）,A,口：引脚信号,PA0PA7,。该口有一个,8,位数据输入锁存器,/,缓冲器和一个,8,位数据输出锁存器,/,缓冲器。当,A,口作为输入或输出时，数据都被锁存。,（,2,）,B,口：引脚信号,PB0PB7,。该口有一个,8,位数据输入缓冲器（不锁存）和一个,8,位数据输出锁存器,/,缓冲器。当,B,口作输入口时不对数据锁存；作输出口时对数据锁存。,（,3,）,C,口：引脚信号,PC0PC7,。该口有一个,8,位数据输入缓冲器（不锁存）和一个,8,位数据输出锁存器,/,缓冲器。可编程为两个,4,位输入或输出寄存器。当,C,口作输入口时不对数据锁存；作输出口时对数据锁存。,A,组和,B,组控制电路,8255A,内部有两个工作方式控制电路，一个是,A,组控制电路，用来控制,A,口和,C,口的高四位,PC7PC4,，另一个是,B,组控制电路用来控制,B,口和,C,口的低,4,位,PC3PC0,。这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接收,CPU,送来的控制字，以决定,8255A,的工作模式。,数据总线缓冲器,数据总线缓冲器为,8,位双向三态缓冲器，可直接和,MCS-51,的数据线相连。,D7D0,用来传送,8255A,和,CPU,间的数据字、控制字和状态字。,读,/,写控制逻辑电路,这部分电路可以接收,MCS-51,送来的读写命令和选口地址，用于控制对,8255A,的读写。与读写有关的控制信号有：,/CS,：片选信号，低电平有效；,/RD,：读信号，低电平有效；,/WR,：写信号，低电平有效；,RESET,：复位信号，高电平有效；该信号有效时，能使所有内部寄存器清零，所有,I/O,口被置成输入方式,A1,、,A0,：端口选择信号。上述控制下信号对,8255A,端口选择和读写操作如表,7-1,（,P144,）所示。,7.2.2 8255A,的工作方式及数据,I/O,操作,1,8255A,的工作方式,8255A,有三种工作方式，即方式,0,、方式,1,和方式,2,。,（,1,）方式,0,：基本输入输出方式。在这种方式下，,A,，,B,，,C,三个端口都可设置成输入或输出，但不能既作输入又作输出。另外，,C,口还可以分为上半部分（,PC7PC4,）和下半部分（,PC3PC0,）来设置传送方向，即两个,4,位口。方式,0,适用于无条件数据传送方式，但也可人为指定某些位为状态信息，实现查询方式的数据传送。,（,2,）方式,1,：选通输入输出方式（具有握手信号的,I/O,方式）。在这种方式下，,A,口和,B,口可由编程设定为输入或输出口，而,C,口的某些位则被规定为配合,A,口和,B,口的联络信号。方式,1,适用于查询或中断方式的数据输入,/,输出。,（,3,）方式,2,：双向传输方式，既可发送数据，又可接收数据，只有端口,A,可以选择这种方式。在这种方式下，端口,C,中有,5,位用于配合,A,口输入输出的联络信号。方式,2,适用于查询或中断方式的双向数据传送。如果把,A,口置于方式,2,下，则,B,口只能工作于方式,0,。,2,数据输入操作,用于数据输入的联络信号有：,/STB,：选通脉冲，输入信号，低电平有效。当其有效时将外设数据装入到,8255A,的锁存器中。,IBF,：输入缓冲器满信号，输出信号，高电平有效。当其有效时，表示外设数据已装入输入缓冲器且没有被,CPU,取走。,INTR,：中断请求信号，输出信号，高电平有效。当数据输入完毕（,STB,信号变高），输入缓冲器满（,IBF,为高电平）时有效，向,CPU,申请中断，请求取走数据。,3,数据输出操作,表,7-2,中用于数据输出的联络信号有：,/ACK,：外设响应信号，输入信号，低电平有效。当外设取走,8255A,端口的数据，并处理完后发回的响应信号。,/OBF,：输出缓冲器满信号，输出信号，低电平有效。当,CPU,把输出数据写入,8255A,锁存器后，该信号有效，用于通知外设可以取走数据。,INTR,：中断请求信号，输出信号，高电平有效。,7.2.3 8255A,的控制字,8255A,作为可编程器件，其工作方式可由软件来选择，并且对,C,口的每一位都可以通过软件实现置位和复位。,8255A,有两种控制字，一种是工作方式选择控制字，另一种是,C,口置位,/,复位控制字。这两种控制字共用一个地址，若,D7=1,，则是方式控制字，,D7=0,，为,C,口复位,/,置位控制字。特别要注意，只有在控制字写入,8255A,的控制口中才起作用。,1,工作方式控制字。,工作方式控制字的格式如图,7-4,所示。,图,7-4 8255A,工作方式控制字格式,1 D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,控制,A,组,控制,B,组,A,口方式,选择,00,：方式,0,01,：方式,1,1,：方式,2,方式控制字标志位,控制,A,口,1,：输入,0,：输出,控制,C,口高四位,1,：输入,0,：输出,B,口方式选择,1,：方式,1,0,：方式,0,控制,C,口低四位,1,：输入,0,：输出,控制,B,口,1,：输入,0,：输出,2,C,口置位,/,复位控制字,C,口置位,/,复位控制字的格式如图,7-5,所示。,8255A,的,C,口输出具有位控制功能，把一个置位,/,复位控制字写入控制口后，就可以实现,C,口的某一位置,1,或清,0,。,例如：要使,PC2,引脚输出高电平，只要把控制字,00000101B,写入控制口即可。,图,7-5 8255A C,口置位,/,复位控制字格式,0 D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,置位,/,复位控制字标志位,C,口选择置位,/,复位,D,3,D,2,D,1,选择位,000 PC,0,001 PC,1,010 PC,2,011 PC,3,100 PC,4,101 PC,5,110 PC,6,111 PC,7,C,口置位,/,复位位,1,：置位,0,：复位,无关，可任意特征位。,7.3 8155,的应用,与,8255A,相比，,8155,具有更强的功能，因为它除了能提供并行接口所需的各种电路之外，内部还包括有,256B,的,SRAM,和一个,14,位可编程定时器,/,计数器（最大时钟频率,4MHZ,）。,8155,是,MCS-51,单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。,7.3.1 8155,芯片结构及引脚功能,1,8155,的结构,如图,7-7,所示，,8155,由以下三个部分组成：,图,7-7 8155,结构框图,2,引脚功能,8155,为双列直插式,40,脚封装芯片，如图,7-8,所示。主要引脚功能介绍如下：,（,1,）,AD7AD0,：三态地址,/,数据总线，可以直接与,MCS51,单片机的,P0,口相接，用于分时传送地址,/,数据信息。做地址线用时，由输入的,IO/,/M,信号的状态来决定是存储器地址还是,I/O,口地址。做数据线用时，数据是写入还是读出,8155,，由系统控制信号,/WR,和,/RD,决定。,（,2,）,RESET,：复位信号，高电平有效。,8155,以,600ns,的正脉冲进行复位，复位后,A,、,B,、,C,口均被置成输入工作方式。,（,3,）,ALE,：地址锁存允许信号。,ALE,信号的下降沿将,AD7AD0,线的地址、片选信号,