IO接口擴展電路設(shè)計

1、精選文檔I/O接口擴展電路設(shè)計    8051系列單片機假如系統(tǒng)不做任何擴展，P0P3接口可做I/O接口使用。只要略微擴展系統(tǒng)，P0、P2接口則被用為地址線。P0接口還兼做數(shù)據(jù)線，P3接口常被專用線占用，只有Pl接口可做I/O接口。一個實際系統(tǒng)，只有8位IO接口往往是不夠用的，所以I/O接口也需要擴展。本節(jié)重點介紹I/O接口擴展方法及應用實例。     I/O接口擴展方式主要有兩種:總線擴展法和串行口擴展法?？偩€擴展又可分為簡潔I/O接口擴展和可編程I/O接口擴展。    擴展I/O接口常用芯片有TTL、

2、CMOS鎖存器、三態(tài)門芯片，如74系列的373、244、273、367等，這些常用來擴展簡潔I/O接口?？删幊绦酒Ｓ?255、8155等，利用程序?qū)π酒M行設(shè)置，軟硬件結(jié)合實現(xiàn)對I/O接口的擴展。 簡潔I/O接口擴展    在單片機應用系統(tǒng)中，利用TTL芯片、COMS鎖存器、三態(tài)門等接口芯片把P0接口擴展，常選用74LS273、74LS373、74LS244等芯片。這些芯片價格低，結(jié)構(gòu)簡潔，使擴展機敏便利。如圖6-7所示是一個利用74LS273和74LS244，將8位P0接口擴展成簡潔的輸入、輸出口的電路。74LS273是8D鎖存器擴展輸出口，輸出端接8個LED

3、發(fā)光二極管，以顯示開關(guān)狀態(tài)，某位低電平常二極管發(fā)光。74LS244是緩沖驅(qū)動器，擴展輸入口，它的8個輸入端分別接8個按鈕開關(guān)。74LS273與74LS244的工作受P2.0、RD、WR三條把握線把握。其工作原理如下。當P2.0=0，WR=0(RD=1)選中74LS273芯片，CPU通過P0接口輸出數(shù)據(jù)鎖存到74LS273，74LS273的輸出端低電平位對應的LED發(fā)光二極管點亮；當P2.0=0，RD=0(WR=1)時選中74LS244，此時若無鍵按下，輸入全為高電平，當某鍵按下時則對應位輸入為“0”，74LS244的輸入端不全為“1”，其輸入狀態(tài)通過P0接口數(shù)據(jù)線被CPU讀入機內(nèi)?？傊?，在圖6

4、-7中只要保證P2.0端低電平就有可能使擴展輸入口或輸出口工作。至于哪一個口工作受WR和RD把握線把握，二者不會同時為“0”，故在圖6-7中，兩個擴展芯片可共用一個地址。擴展口地址確定原則，只要保證P2.0為“0” 。其他地址位或“0”或“1”即可。如地址用FEFFH(無效位全為“1”)，用0000H(無效位全為“0”)。輸出程序段：MOV   A,  #data            ；數(shù)據(jù)AMOV   DPTR, #0FEFFH&#

5、160;       ；I/O地址DPTRMOVX   DPTR, A             ；WR為低電平，數(shù)據(jù)74LS273口輸出輸入程序段：MOV  DPTR, #OFEFFH          ；I/O地址DPTRMOVX  A, DPTR   &#

6、160;        ；RD為低電平，74LS244接口數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部RAM例 要求編程把按鍵狀態(tài)通過圖6-7中的發(fā)光二極管顯示出來。程序LP：  MOV   DPTR, #0FEFFH       ；輸入口地址DPTR      MOV   A, DPTR            

7、;；鍵狀態(tài)送 A      MOVX   DPTR, A           ；A 數(shù)據(jù)送顯示輸出口      SJMP    LP                  ；（輸入、輸出公用一個

8、地址）反復連續(xù)執(zhí)行8255可編程并行I/O接口擴展與電路設(shè)計8255 是一個單片機系統(tǒng)常用的可編程芯片，利用指令設(shè)置各口的工作方式。為了對8255合理設(shè)置，機敏應用，有必要了解他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理。1.8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能8255是一個有40引腳雙列支插型可編程芯片，內(nèi)部及引腳如圖6-8所示。由圖6-8可見，8255內(nèi)部有3個并行的8位I/O接口，分別稱為A口、B口、C口。擴展一片8255則可擴展24位并行端口。引腳功能介紹如下：(1) 接口線A、B、C 3個I/O接口的引線端分別為：PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7共24條端線。3個口皆為鎖存/緩沖寄存器，A口、B口有鎖存功能

9、，C口無鎖存功能。A、B、C 3口的工作方式由程序設(shè)置。A口可設(shè)置為輸入或輸出或雙向方式工作。B口只能設(shè)置為輸入或輸出，不能雙向方式工作。C口可設(shè)置為輸入或輸出口。它的特點是可分成高、低兩個4位使用。上半部PC4PC7與A口組成一組叫A組；下半部PC0PC3與B口組成一組為B組，便于把握。    (2) 數(shù)據(jù)線8255是8位芯片，有8位數(shù)據(jù)線D0D7。數(shù)據(jù)線接于8051的P0接口，用以實現(xiàn)8255與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。(3) 把握線把握線把握8255的讀、寫、復位及片選等。RD：讀入把握線，低電平有效，當其為低電平常CPU對8255進行讀操作，此時8255相應口

10、為輸入口。WR：輸出把握線，低電平有效，當WR為低電平常，CPU輸出數(shù)據(jù)或命令到8255端口，此時8255相應口為輸出口。RESET：復位端，高電平有效，8255內(nèi)部寄存器全清0，24條I/O口線為高阻狀態(tài)。CS：片選線，當CS為低電平常，CPU選中此8255芯片。(4) 地址線8255共占用4個口地址，為A、B、C口及把握口地址。這4個地址之間的選擇由A0、A1兩端口線把握。A0、A1通常接于單片機的地址線最低兩位P0.O、P0.1，二者組合打算了4個端口地址，口地址選擇方式如下：A1A0=00，選擇A口；A1A0=01，選擇B口；A1A0=10，選擇C口；A1A0=11，選擇把握口。

11、60;除這兩位外，其他位狀態(tài)還與硬件接線有關(guān)，各口具體地址，結(jié)合實際電路才能確定。2.方式選擇及方式把握字(1) 8255工作方式8255有3種工作方式：方式0、方式1，方式2。方式0時，A、B、C三口都可作基本的輸入或輸出口；方式1時，A、B口可作選通輸入或輸出，C口部分作專用聯(lián)絡線；方式2時，A口為雙向口，C口部分為專用聯(lián)絡線，B口無此方式。8255的C口專用功能如表6-3所列。                  

12、;                                (2) 方式選擇    8255的方式選擇由方式把握字打算。方式把握字是8255內(nèi)部方式把握寄存器的狀態(tài)字，它由指令寫入把握寄存器中A、B、C口把握位為“1”，對應口為輸入方式，若為“0”則為輸出方式。例

13、如，把握字狀態(tài)為10010101B，表示A組為方式0(D6D5=00)，A口為輸入方式(D4=1)，C口上半部為輸出方式(D3=0)；B組方式1(D2=1)中，B口為輸出(D1=0)，C口下半部為輸入方式(D0=1)。D7=0只能對C口位操作，位操作內(nèi)容由把握寄存器相應位狀態(tài)打算。例如，若把握字為01H，即把握寄存器格式為00000001B，表示C口位操作(D7=0)，將PC0位置“1”(D3D2D1=000，DO=l置“1”)，同理若把握字為0EH則把C口最高位PC7置“0”即復位。8255擴展電路及地址設(shè)置    如圖6-9所示是8051單片機擴展一片8255

14、的電路圖。圖中，74LS373是地址鎖存器。8255的地址線AI、A0經(jīng)74LS373接于P0.1、P0.0；片選端CS經(jīng)74LS373與P0.7接通,其他地址線懸空；8255的把握線RD、WR直接接于8051的RD和WR端；數(shù)據(jù)線DB接于P0口。18255地址口確定圖6-9中8255只有3根線接于地址線。片選CS、地址選擇端A1、A0。分別接于P0.7,P0.1、P0.0其他地址線全懸空。明顯只要保證P0.7為低電平常，選中該8255，若P0.1、P0.0再為“00”選中8255的A口，同理P0.1、P0.0為“01”、“10”、“11”分別選中B口、C口及把握口。若地址口用16位表示，其他

15、無用端全設(shè)為“1”，則8255的A、B、C及把握口地址分別可為 FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH，無用位為“0”則4個地址為0000H、0001H、0002H、0003H，只要保證CS、A1、A0的狀態(tài)，無用位設(shè)為“0”或“1”無關(guān)。把握了確定地址的方法，使用者可機敏選擇地址。    28255初始化    使用8255芯片時，首先要對它初始化。所謂初始化，也就是對8255的3個端口的工作方式預先設(shè)置。設(shè)置把握字經(jīng)把握口寫入。    例如圖6-9電路，欲設(shè)置8255的A、B、C口全為輸出狀態(tài)

16、，把握字為80H。程序：MOV  DPTR, #0003H     ；8255把握口地址DPTRMOV  A, #80H          ；把握字送AMOVX  DPTR, A        ；把握字寫入把握寄存器    利用這幾條指令對8255初始化后，A、B、C 3個口才能作為輸出口使用。當然轉(zhuǎn)變把握字,則可轉(zhuǎn)變3個端口的工作方式。

17、8155可編程I/O接口擴展設(shè)計8155可編程接口芯片與8255的使用方法類似，只是二者在結(jié)構(gòu)與功能上有所不同。18155結(jié)構(gòu)及引腳    8155 內(nèi)部也有3個I/O接口A、B、C口，與8255的主要區(qū)分是C口只有6位，I/O接口共22位，比8255多一個14位可編程定時/計數(shù)器，還多256B的靜態(tài)RAM。8155共40引腳，雙列直插式封裝，如圖6-10所示。(1) I/O接口線PA0PA7，PB0PB7，PC0PC5分別為A、B、C 3個I/O接口引線端。A、B、C口多用于與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送；C口還可以作為A、B口的把握線。(2) 地址數(shù)據(jù)線 &#

18、160;  8155的低8位地址線和數(shù)據(jù)線共用AD0AD7，故稱為地址數(shù)據(jù)線。當ALE=1時，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。當與8051單片機連接時，ALE下降沿到，將P0接口輸出的低8位地址信息及CE、IO/M狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部寄存器。因此8155的AD0AD7直接與P0接口相聯(lián)，低8位地址不需要外接鎖存器，這點與8255不同。(3) 把握線 ALE：地址鎖存線。ALE=1表示給8155輸入的是地址信息，當ALE下降沿時，把地址鎖存到8155中。IO/M：RAM與I/O接口的選擇線。IO/M=0選中8155內(nèi)部RAM區(qū)，IO/M=1 選擇3個I/O接口、定時/計數(shù)器和命令

19、寄存器。CE：片選線，RD：讀把握線，WR：寫把握線。    TIMERIN：定時計數(shù)器外部脈沖輸入端。TIMEROUT：定時/計數(shù)器輸出端。2. 8155功能及操作    8155具有3種功能，下面介紹具體操作。    (1) 作I/O接口使用IO/M=1時8155作I/O接口使用。各口的工作方式通過內(nèi)部把握寄存器設(shè)置。8155工作于I/O口時，各方式具體功能如表6-4所列。  表6-4 8155 I/O接口工作方式及功能    PC2 PC1

20、 方式 功  能    0  0 方式1 A、B口定義為基本輸入/輸出口；C口為輸入口    1  1 方式2 A、B口定義為基本輸入/輸出口；C口為輸入口    0  1 方式3 A口為選通輸出，B口基本輸入/輸出PC3PC5輸出，PC0PC2作A口選通把握PC0；AINTR，PC1，ABF，PC2，ASTB    1  0 方式4&#

21、160;A口、B口都作為選通輸入/輸出方式PC0PC2把握A口，同方式3PC3PC5把握B口，PC3；BINTR，PC4：BBFPC5：BSTB  2）狀態(tài)寄存器格式8155有一個狀態(tài)寄存器，它鎖存I/O接口和定時器當前狀態(tài)供單片機查詢。狀態(tài)寄存器和把握寄存器共用一個地址，所不同的是狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入而把握寄存器只能寫入不能讀出。標志寄存器皆為高電平有效。(2) 作擴展RAM    8155作為單片機擴展RAM 256B，操作很簡潔，只要使IO/M把握端為低電平即可。通常IO/M端、CE端與P2接口兩位相連，二者皆為低電平打算了RAM的高8位地址

22、，P0接口與AD0AD7相接打算RAM的低8位地址。留意與其他數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。    (3) 作定時器使用當IO/M=1時，8155也可作定時器使用。8155內(nèi)的可編程定時/計數(shù)器實際是一個14位的減法計數(shù)器。它共有兩個8位寄存器組成，低8位和高6位存放計數(shù)初值，最高2位把握定時器的工作方式。M2M1打算的定時方式及波形，8155的定時計數(shù)器為計數(shù)方式時。由引腳TIMERIN(3)從外部輸入計數(shù)脈沖；為定時方式時，則接單片機系統(tǒng)時鐘。無論定時或計數(shù)方式都從TIMEROUT端輸出脈沖或方波。    留意：假如寫入定時器的計數(shù)初值為奇

23、數(shù)，方波輸出將不對稱。例如計數(shù)初值為9，單方波方式輸出方波在5個脈沖周期為高電平，4個脈沖周期內(nèi)為低電平。8155任何時候都可以置定時初值和工作方式，只要重新啟動即可。計數(shù)初值為23FFFH之間，終值為2。    8155計數(shù)方式一般作信號發(fā)生器使用，輸入連續(xù)脈沖后，由編程把握輸出不同波形。3. 8155的I/O接口及RAM地址安排    8155和其他芯片一樣統(tǒng)一按16位地址。它的地址范圍分兩種狀況。    當RAM方式，IO/M=0、CE=0(二者接P2口)，其RAM中數(shù)據(jù)地址范圍可為0000H- 0

24、0FFH(無關(guān)位取為0)。RAM應與系統(tǒng)中其他數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。 表 6-5 I/O接口及定時器地址編碼    AD2 AD1 AD0 選中I/O接口或定時寄存器 低8位地址編碼    0  0  0 把握（命令）/狀態(tài)寄存器 00H    0  0  1 PA口 01H    0  1  0 PB口 02H 

25、60;  0  1  1 PC口 03H    1  0  0  定時器低8位 04H    1  0  1 定時器高8位 05H      當IO/M=1、CE=0時工作在I/O接口或定時器方式，這種狀況8155共需要占6個地址,6個地址由地址低8位中最低3位AD2、ADl、ADO編碼打算，編碼格式如表6-5所列。4. 8051單片機與8155接口電路舉例如圖6-1

26、1所示是8051單片機與8155芯片接口電路之一。結(jié)合硬件電路著重說明8155地址口的確定及初始化程序。(1) 8051與8155連接特點及地址安排    MCS-51系列單片機可以直接和8155連接，低8位地址可不加鎖存器。ADOAD7直接接于P0口，8155的ALE直接與8051 ALE相接，這點優(yōu)于8255。    圖中8155的IO/M接8051的P2.0端，CE接P2.1端。 IO/M=0, CE=0工作在RAM方式，其地址范圍為0000H00FFH(無用位設(shè)為0)。    IO/M=1,CE=

27、0 8155工作在 I/O接口或定時方式，其地址確定方法：高位保證P2.1=0， P2.0=1其他無用位設(shè)為0，這樣高位地址為01H，再考慮低位AD2、AD1、AD0三位編碼可確定8155的以下6個地址：把握/狀態(tài)字地址     0100HA口地址            0101HB口地址            0102HC口地址

28、0;           0103H定時器低8位地址    0104H定時器高8位地址    0105H(2) 8155初始化用指令把8155設(shè)置成各種工作方式：1）設(shè)置I/O口工作方式例1  設(shè)A口為基本輸出，B口為基本輸入，C口輸出。分析：依據(jù)題目要求，把握寄存器狀態(tài)為00001101B（0DH），編程把把握字送入即可。程序為：      MOV   D

29、PTR, #0100H   ；把握寄存器DPTR      MOV   A, #0DH        ；把握字A      MOVX   DPTR, A       ；把握字送把握寄存器無論把握字為何值，都必需通過上述方式，把把握字送入把握寄存器，才能正確設(shè)置8155中I/O口工作方式。2）設(shè)置RAM方式。例

30、2  編程使CPU往8155RAM30H單元送馬上數(shù)88H。程序為：MOV   DPTR, #0030H  ；RAM數(shù)據(jù)單元地址DPTRMOV    A,#88H        ；馬上數(shù)送入AMOVX   DPTR, A      ；馬上數(shù)送入0030H中  使用RAM時必在IO/M=0條件下。3） 設(shè)置為定時方式。例3 設(shè)8155的定時/計數(shù)器為方波發(fā)生器，輸出方波頻率為輸入

31、時鐘頻率的24分頻。初始化程序如下：      MOV   DPTR，#0104H  ；定時器低8位地址DFTR      MOV   A, #18H       ；18H-24D分頻系數(shù)A      MOVX  DPTR，A      ；定時初值送入定時器低8位 &#

32、160;    INC   DPTR          ；0105H是定時高8位地址      MOV   A，#40H       ；定時器方式1      MOVX  DPTR，A      ；A 定時器高位地址&#

33、160;     MOV   DPTR,#0100H   ；把握口地址DPTR      MOV   A, #0C2H      ；啟動計數(shù)器，B口輸出，A、C口輸入      MOVX  DPTR，A      與8155芯片類似芯片如8156，除選片端CE高電平有效外，其他功能及引腳與8155完

34、全相同。8755內(nèi)部有2KB EPROM和兩個I/O接口，具體參數(shù)可查閱有關(guān)資料。串行口擴展I/O接口    單片機把握系統(tǒng)中，串行口常用來擴展IO接口，使用移位寄存器作為鎖存或輸入信號的接口，可以便利地擴展并行輸入、輸出口。這種方法不占用片外RAM地址，簡潔易行，便于操作，適用于速度較慢、實時性要求不高的場合。1. 串行口擴展并行輸入口    74LS165芯片是8位并行輸入和串行移位輸出寄存器。原則上利用n片74LS165與8051的3根端口線相連，可擴展8n根并行輸入口線。圖6-12所示利用2片74LSl65與串行口協(xié)作，擴展1

35、6根并行輸入線的電路。由圖可見，8051僅用了3根線，分別為串行口輸入線RXD(P3.0)、串行口輸出線TXD(P3.1)和1根把握線P1.0引出。74LSl65是一個8位寄存器，其SL端是串行移位把握端接于P1.0端；CK是移位時鐘輸入端，接于P3.1 (TXD)端；QH是串行移位輸出端接于P3.0(RXD)端。串行口置為方式0。兩個165芯片是串聯(lián)方式，首尾相接，低位QH接于高位SER端，高位QH端接8051的RXD端。若16位并行輸入數(shù)據(jù)已送到兩個74LSl65的輸入端，當Pl.0=0時。16位數(shù)據(jù)被同時接收，置入對應的74LSl65的寄存器中。當P1.0=1時，移位寄存器開頭串行移位，經(jīng)串行輸入口P3.0(RXD)端，一位一位移入8051串行口的緩沖器中。8051接收完一個字節(jié)(一幀)，發(fā)出中斷申請，置RI為“l(fā)”，當CPU發(fā)覺RI=1則可以從串行口緩沖器中讀走數(shù)據(jù)。例  設(shè)讀入一組16位數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入內(nèi)部RAM30H、31H單元中。