單片機原理：9-2擴展輸入輸出82C55

第9章AT89S51單片機

的I/O擴展19.2AT89S51擴展I/O接口芯片82C55的設計先介紹可編程并行I/O接口芯片82C55的應用特性，然后介紹AT89S51與82C55的接口電路以及軟件設計。9.2.182C55芯片簡介Intel公司的可編程并行I/O接口芯片，3個8位并行I/O口，3種工作方式，單片機與多種外設連接時的中間接口電路。引腳及內部結構如圖9-1和圖9-2所示。..\資料\PDF\82C55_datasheet.pdf23圖9-182C55的引腳圖圖9-282C55的內部結構1．引腳說明共40個引腳，引腳功能如下：D7～D0：三態(tài)雙向數(shù)據線，與單片機的P0口連接，用來與單片機之間傳送數(shù)據信息。

：片選信號線，低有效，表示本芯片被選中。

：讀信號線，低有效，讀82C55端口數(shù)據的控制信號。

：寫信號線，低電平有效，用來向82C55寫入端口數(shù)據的控制信號。VCC：+5V電源。4PA7～PA0：端口A輸入/輸出線。PB7～PB0：端口B輸入/輸出線。PC7～PC0：端口C輸入/輸出線。A1、A0：地址線，用來選擇82C55內部的4個端口。RESET：復位引腳，高電平有效。2．內部結構如圖9-2所示，3個并行數(shù)據輸入/輸出端口，兩種工作方式的控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數(shù)據總線緩沖器。各部件的功能如下：5（1）端口PA、PB、PC3個8位并行口PA、PB和PC，都可以選為輸入/輸出工作模式，功能和結構上有差異。PA口：一個8位數(shù)據輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據輸入鎖存器。PB口：一個8位數(shù)據輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據輸入緩沖器。PC口：一個8位的輸出鎖存器；一個8位數(shù)據輸入緩沖器。通常PA口、PB口作為輸入/輸出口，PC口既可作為輸入/輸出口，也可在軟件控制下，分為兩個4位的端口，作為端口PA、PB選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。6（2）A組和B組控制電路是兩組根據AT89S51寫入的“命令字”控制82C55工作方式的控制電路。A組控制PA口和PC口的上半部（PC7～PC4）；B組控制PB口和PC口的下半部（PC3～PC0），并可用“命令字”來對端口PC的每一位實現(xiàn)按位置“1”或清“0”。（3）數(shù)據總線緩沖器數(shù)據總線緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，作為82C55與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送數(shù)據、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。7（4）讀/寫控制邏輯電路接收AT89S51單片機發(fā)來的控制信號

、

、RESET、地址信號A1、A0等，然后根據控制信號的要求，端口數(shù)據被AT89S51單片機讀出，或者將AT89S51單片機送來的數(shù)據寫入端口。各端口工作狀態(tài)與控制信號的關系見表9-1。899.2.2工作方式選擇控制字及端口PC置位/復位控制字 可向82C55控制寄存器寫入兩種不同的控制字。1．工作方式選擇控制字 82C55有3種基本工作方式： （1）方式0—基本輸入/輸出； （2）方式1—選通輸入/輸出； （3）方式2—雙向傳送（僅PA口有此工作方式）。 3種工作方式方式控制字來決定。格式如圖9-3所示。最高位D7=1，為本方式控制字的標志，以便與另一控制字相區(qū)別（最高位D7

=

0）。1011圖9-3

82C55的方式控制字格式1-4-3PC口分兩部分，隨PA口稱為A組，隨PB口稱為B組。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?！纠?-1】

AT89S51向82C55的控制字寄存器寫入工作方式控制字95H，根據圖9-3，將82C55編程設置為：PA口方式0輸入，PB口方式1輸出，PC口的上半部分（PC7～PC4）輸出，PC口的下半部分（PC3～PC0）輸入。MOV DPTR，#××××H ；控制字寄存器端口地址

；××××H送DPTRMOV A，#95H ；方式控制字95H送AMOVX @DPTR，A ；控制字95H送控制字寄存器95H=1-0010-10112

圖9-4

PC口按位置位/復位控制字格式132．PC口按位置位/復位控制字為另一控制字。即PC口中任何一位，可用一個寫入82C55控制口的置位/復位控制字來對PC口按位置“1”或清“0”。用于位控。格式如圖9-4所示。

1-3-4(3-1)【例9-2】AT89S51向82C55的控制字寄存器寫入工作方式控制字07H，則PC3置1；08H寫入控制口，則PC4清0。程序段如下：07H=0000011108H=00001000MOV DPTR，#××××H ；控制寄存器端口地址

；××××H送DPTRMOV A，#07H ；方式控制字07H送A14MOVX @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DPTRMOV A，#08H ；方式控制字08H送AMOVX @DPTR，A ；08H送控制字寄存器，PC4清0159.2.382C55的3種工作方式1．方式0是基本輸入/輸出方式。T89S51可對82C55進行I/O數(shù)據的無條件傳送。例如，AT89S51單片機從82C55的某一輸入口讀入一組開關狀態(tài)，從82C55輸出控制一組指示燈的亮、滅。并不需要任何條件，外設I/O數(shù)據可在82C55的各端口得到鎖存和緩沖。因此，方式0稱為基本輸入/輸出方式。方式0下，3個端口都可以由軟件設置為輸入或輸出，不需要應答聯(lián)絡信號。方式0的基本功能如下：16（1）具有兩個8位端口（PA、PB）和兩個4位端口（PC的上半部分和下半部分）。（2）任何端口都可以設定為輸入或輸出，各端口的輸入、輸出共有16種組合。PA口、PB口和PC口均可設定為方式0，并可根據需要，向控制寄存器寫入工作方式控制字，規(guī)定各端口為輸入或輸出方式。17【例9-3】

假設82C55的控制字寄存器端口地址為FF7FH，令PA口和PC口的高4位為方式0輸出，PB口和PC口的低4位為方式0輸入，初始化程序：MOV DPTR，#0FF7FH ；端口地址#0FF7F送DPTRMOV A，#83H ；方式控制字83H送AMOVX @DPTR，A ；控制字83H送控制字寄存器..\范例\8255-ASM182．方式1是一種采用應答聯(lián)絡的輸入/輸出工作方式。PA口、PB口皆可設成這種工作方式。在方式1下，82C55的PA口和PB口通常用于I/O數(shù)據的傳送，PC口用作PA口和PB口的應答聯(lián)絡信號線，以實現(xiàn)采用中斷方式來傳送I/O數(shù)據。PC口的PC7～PC0的應答聯(lián)絡線是規(guī)定好的，其各位分配如圖9-5和圖9-7所示，圖中，標有I/O的各位仍可用作基本輸入/輸出，不作應答聯(lián)絡用。下介紹方式1輸入/輸出時的應答聯(lián)絡信號與工作原理。19（1）方式1輸入 方式1輸入應答聯(lián)絡信號如圖9-5所示。其中

與IBF為一對應答聯(lián)絡信號。各應答聯(lián)絡信號的功能如下。

：是由輸入外設發(fā)給82C55的選通輸入信號，低有效。IBF：輸入緩沖器滿，應答信號。82C55通知外設已收到外設發(fā)來的且已進入輸入緩沖器的數(shù)據，高有效。INTR：由82C55向AT89S51單片機發(fā)出的中斷請求信號，高有效。INTEA：控制PA口是否允許中斷的控制信號，由PC4的置位/復位來控制。20INTEB：控制PB口是否允許中斷的控制信號，由PC2的置位/復位來控制。方式1輸入如圖9-6所示。下面以PA口的方式1輸入為例，介紹方式1輸入的工作過程。①當外設向82C55輸入一個數(shù)據并送到PA7～PA0時，外設自動在

上向82C55發(fā)送一個低電平選通信號。②82C55收到

后，先把PA7～PA0輸入的數(shù)據存入PA口的輸入數(shù)據緩沖/鎖存器，然后使輸出應答線IBF變?yōu)楦?，通知輸入外設，PA口已收到它送來的數(shù)據。③82C55檢測到

由低電平變?yōu)楦唠娖?、IBFA（PC5）為“1”狀態(tài)和中斷允許INTEA（PC4）=1時，使21INTRA（PC3）變?yōu)楦唠娖?，向單片機發(fā)出中斷請求。INTEA的狀態(tài)可由用戶通過指令對PC4的單一置位/復位控制字來控制。④單片機響應中斷后，進入中斷服務子程序來讀取PA口的外設發(fā)來的輸入數(shù)據。當輸入數(shù)據被單片機讀走后，82C55撤銷INTRA上的中斷請求，并使IBFA變低，通知輸入外設可傳送下一個輸入數(shù)據。2223圖9-5

方式1輸入應答聯(lián)絡信號24圖9-6

PA口方式1輸入工作過程示意圖（2）方式1輸出 方式1輸出時，應答聯(lián)絡信號如圖9-7所示。

與

構成一對應答聯(lián)絡信號，應答聯(lián)絡信號功能如下。

：端口輸出緩沖器滿信號，低有效，它是82C55發(fā)給外設的聯(lián)絡信號，表示外設可以將數(shù)據取走。

：外設應答信號，低有效。表示外設已把82C55發(fā)出的數(shù)據取走。INTR：中斷請求信號，高有效。表示該數(shù)據已被外設取走，向單片機發(fā)出中斷請求，如果AT89S51響應該中斷，在中斷服務子程序中向82C55寫入要輸出的下一數(shù)據。25INTEA—控制PA口是否允許中斷，由PC6控制。INTEB—控制PB口是否允許中斷，由PC2控制。方式1輸出工作示意如圖9-8所示。以PB口的方式1輸出為例，介紹工作過程。①AT89S51可以通過“MOVX@Ri，A”指令把輸出數(shù)據送到B口的輸出數(shù)據鎖存器，82C55收到后便令輸出緩沖器滿引腳

（PC1）變低，以通知輸出設備輸出的數(shù)據已在PB口的PB7～PB0上。②輸出外設收到

上低電平后，先從PB7～PB0上取走輸出數(shù)據，然后使

B

變低電平，以通知82C55輸出外設已收到82C55輸出的數(shù)據。2627圖9-7

方式1輸出應答聯(lián)絡信號

圖9-8

PB口方式1輸出工作過程示意圖28③82C55從應答輸入線

B收到低電平后就對

B

和中斷允許控制位INTEB狀態(tài)進行檢測，若皆為高電平，則INTRB變?yōu)楦唠娖蕉騿纹瑱C請求中斷。④AT89S51單片機響應INTRB上中斷請求后便可通過中斷服務程序把下一個輸出數(shù)據送到PB口的輸出數(shù)據鎖存器。重復上述過程，完成數(shù)據的輸出。3．方式2(掌握以上兩種方式后，自讀)只有PA口才有方式2。圖9-9為工作示意圖。方式2是方式1輸入和輸出組合。PA7～PA0為雙向I/O總線。當作為輸入口使用，PA7～PA0受STBA

和IBFA控制；當作輸出端口使用，PA7～PA0受

A、

A

控制。2930圖9-9

PA口在方式2下的工作示意圖方式2特別適用于像鍵盤、顯示器一類的外部設備，因為有時需要把鍵盤上輸入的編碼信號通過PA口送給單片機，有時又需把單片機發(fā)出的數(shù)據通過PA口送給顯示器顯示。9.2.4AT89S51單片機與82C55的接口設計1．硬件接口電路如圖9-10為AT89S51擴展一片82C55的電路。P0.1、P0.0經74LS373與82C55的A1、A0連接；P0.7經74LS373與片選端

相連，其它地址線懸空；82C55的控制線

、

直接與單片機

和

端相連；單片機數(shù)據總線P0.0～P0.7與82C55數(shù)據線D0～D7連接。312．確定82C55端口地址圖9-10中82C55只有3條線與AT89S51地址線相接，片選端

、端口地址選擇端A1、A0，分別接于P0.7、P0.1和P0.0，其他地址線全懸空。顯然只要保證P0.7為低電平時，即可選中82C55；若P0.1、P0.0再為“00”，則選中82C55的PA口。同理P0.1、P0.0為“01”、“10”、“11”分別選中PB口、PC口及控制口。若端口地址用16位表示，其他無用端全設為“1”（也可把無用端全設為“0”），則82C55的A、B、C及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。3233圖9-10AT89S51單片機擴展一片82C55的接口電路如果沒有用到的位取“0”，則4個端口地址分別為0000H、0001H、0002H、0003H，只要保證

、A1、A0的狀態(tài)，無用位設為“0”或“1”均可。3．軟件編程在實際設計中，須根據外設的類型選擇82C55的操作方式，并在初始化程序中把相應控制字寫入控制口。下面根據圖9-10，介紹對82C55進行操作的編程。【例9-4】要求82C55工作在方式0，且PA口作為輸入，PB口、PC口作為輸出，程序如下：MOV A，#90H ；控制字送AMOV DPTR，#0FF7FH；控制寄存器地址FF7FH→DPTR34MOVX @DPTR，A ；方式控制字→控制寄存器MOV DP