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第九章MCS一51單片機并行I/O接口的擴展

.第十章MCS一51單片機并行I/O接口的擴展第一節(jié)概述

一、為什么要擴展I/O接口在單片機系統中主要有兩類數據傳送操作，一類是單片機和存儲器之間的數據讀寫操作；另一類則是單片機和其它設備之間的數據輸入／輸出（I/O）操作。存儲器是半導體電路，與單片機具有相同的電路形式和信號形式，能相互兼容直接使用。存儲器與單片機之間的連接十分簡單，主要包括地址線、數據線、讀寫選通信號。.單片機與控制對象或外部設備之間的數據傳送卻十分復雜。其復雜性主要表現在以下幾個方面：1、速度差異大慢速設備如開關、繼電器、機械傳感器等，每秒鐘傳送不了一個數據；而高速采樣設備，每秒鐘要傳送成千上萬個數據位。面對速度差異如此之大的各類設備，單片機無法以一個固定的時序同它們按同步方式協調工作。2、設備種類繁多單片機應用系統中的控制對象或外部設備種類繁多，它們既可能是機械式的，又可能是機電式的，還可能是電子式的。由于不同設備之間性能各異、對數據的要求互不相同，因此無法按統一格式進行數據傳送。3、數據信號形式多種多樣單片機應用系統所面對的數據形式也是多種多樣的，例如既有電壓信號，也有電流信號；既有數字形式，還有模擬形式。.

二、擴展I/O接口電路的功能在單片機應用系統中，擴展1/O接口電路主要是針對如下幾項功能：1.速度協調由于速度上的差異，使得單片機的I/O數據傳送只能以異步方式進行。設備是否準備好，需要通過接口電路產生或傳送設備的狀態(tài)信息，以此實現單片機與設備之間的速度協調。2.輸出數據鎖存在單片機應用系統中，數據輸出都是通過系統的公用數據通道（數據總線）進行的，單片機的工作速度快，數據在數據總線上保留的時間十分短暫，無法滿足慢速輸出設備的需要。在擴展I/O接口電路中應具有數據鎖存器，以保存輸出數據直至能為輸出設備所接收。

.3.輸入數據三態(tài)緩沖數據輸入時，輸入設備向單片機傳送的數據要通過數據總線，但數據總線是系統的公用數據通道，上面可能“掛”著多個數據源，工作比較繁忙。為了維護數據總線上數據傳送的“次序”，因此只允許當前時刻正在進行數據傳送的數據源使用數據總線，其余數據源都必須與數據總線處于隔離狀態(tài)。為此要求接口電路能為數據輸入提供三態(tài)緩沖功能。4.數據轉換單片機只能輸入和輸出數字信號，但是有些設備所提供或所需要的并不是數字信號形式。為此，需要使用接口電路進行數據信號的轉換，其中包括：模/數轉換和數/模轉換。.

三、MCS一51單片機常用的擴展器件MCS一51單片機常用的擴展器件有如下三類：常規(guī)邏輯電路、鎖存器，如74LS377，74LS245。MCS—80/85并行接口電路，如8255。RAM/IO綜合擴展器件，如8155。

.第二節(jié)簡單I/O接口的擴展當所需擴展的外部1/O口數量不多時，可以使用常規(guī)的邏輯電路、鎖存器進行擴展。這一類的外圍芯片一般價格較低而且種類較多，常用的如：74LS377、74LS245、74LS373、74LS244、74LS273、74LS577、74LS573。.

一、74LS377芯片及擴展舉例下圖是74LS377的引腳圖和功能表。74LS377是一種8D觸發(fā)器，它的/E端是控制端、CLK端是時鐘端，當它的/E端為低電平時只要在CLK端產生一個正跳變，D1—D7將被鎖存到QO—Q7端輸出，在其他情況下Q0—Q7端的輸出保持不變。如圖使用了一片74LS377擴展輸出口，如果將未使用到的地址線都置為1則可以得到該片74LS377的地址為7FFFH。如果要從該片74LS377輸出數據到單片機中可以執(zhí)行如下指令：MOVDPTR，＃7FFFHMOVX@DPTR，A..

二、74LS245芯片及擴展舉例圖是74LS245的引腳圖和功能表。74LS245是一種三態(tài)輸出的8總線收發(fā)驅動器，無鎖存功能。它的G端和DIR端是控制端，當它的G端為低電平時，如果DIR為高電平，則74LS245將A端數據傳送至B端；如果DIR為低電平，則74LS245將B端數據傳送至A端。在其他情況下不傳送數據，并輸出高阻態(tài)。如圖使用了一片74LS245擴展輸人口，如果將未使用到的地址線都置為1，則可以得到該片74LS245的地址為7FFFH。如果單片機要從該片74LS245輸人數據，可以執(zhí)行如下指令：..

三、74LS244芯片及擴展舉例74LS244芯片的引腳排列：

.該芯片內部有2個4位的三態(tài)緩沖器，一片74LS244可以擴展一個8位輸入口，其電路連接如圖7．10所示。使用時以/CE作為數據選通信號。

.應用舉例：1、使用多片74LS244實現多個輸入口擴展的電路連接如圖所示，使用或門74LS32的輸出作為輸入口的選通信號?；蜷T的兩個輸入端一個是讀選通信號/RD，另一個則為P2口的一條口線（線選法）。當它們都為低電平時，才能得到一個有效的輸入選通，使一片74LS244的8位數據進行輸入。

.2、一個撥盤可產生一個BCD碼形式的十進制數(4位)。現有A、B、C、D4個撥盤，要求把它們產生的BCD碼數依次輸入到通用寄存器R4(B、A)、R5(D、C)中去。每個BCD碼需4條輸入線，4個BCD碼則共需16條愉入線，即2個8位口(1?？诤??？冢?，因此用兩片74LS244就可構成其輸入接口，電路連接如圖7.12所示。P2.7、P2.6分別作為1#口和2#口的地址選通線（線選法）。假定其它地址線為1，則1#輸入口地址為7FFFH，2#輸入口地址為0BFFFH。數據輸入程序：MOVDPTR，＃7FFFH；1?？诘刂稭OVXA，＠DPTR；從撥盤取數MOVR4，AMOVDPTR，＃0BFFFH；2＃口地址MOVXA，＠DPTR；從拔盤取數MOVR5，A

..第三節(jié)8155可編程接口及擴展技術8155具有3個可編程I/O口，其中2個口(A和B)為8位口，1個口(C)為6位口，256單元的RAM和1個14位計數結構的定時器／計數器。

一、8155芯片結構在與單片機接口的方向，8155提供如下信號：n

AD7

—AD0地址數據復用線。nALE—地址鎖存信號。除進行AD7

—AD0的地址鎖存控制外，還用于把片選信號/CE和IO／M等信號進行鎖存。n

/RD—讀選通信號。n/WR—寫選通信號。n/CE—片選信號。nIO／M—I/O與RAM選擇信號。IO/M=0對RAM進行讀寫；IO／M=l時I/O口進行讀寫。nRESET—復位信號。8155以600ns的正脈沖進行復位，復位后A、B、C口均置為輸入方式。..

二、I/O口及其工作方式PA和PB是8位通用輸入／輸出口，主要用于數據的I/O傳送，是數據口，只有輸入／輸出兩種工作方式。PC口為6位口，它既可作數據口用于數據的I/O傳送，也可作控制口，用于傳送控制信號和狀態(tài)信號。PC口共具有4種工作方式，即：輸入方式、輸出方式、PA口控制端口方以及PA和PB口控制端口方式。當PA或PB以中斷方式進行數據傳送時，所需的聯絡信號由PC提供，各聯絡信號如表：.聯絡信號共有3個，其中：、·INTR—中斷請求信號（輸出），高電平有效。送給MCS-51單片機的外中斷請求信號。

·BF—緩沖器滿狀態(tài)信號（輸出），高電平有效。

·STB—選通信號（輸入），低電平有效。數據輸入操作時STB是外設送來的選通信號；數據輸出時STB是外設送來的應答信號。.

三、RAM單元及I/O口編址8155共有256個RAM單元，加上6個可編址的端口，這6個端口是：命令／狀態(tài)寄存器、PA口、PB口、PC口、定時器／計數器低8位以及定時器／計數器高8位。8155引入8位地址AD7-AD0，無論是RAM還是可編址口都使用這8位地址進行編址。如表所示。

.四、8155與MCS-51單片機的連接信號的對應關系如下：

.舉例：

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五、8155的命令字及狀態(tài)字的格式及用法8155的命令字和狀態(tài)字寄存器共用一個地址，命令字寄存器只能寫不能讀，狀態(tài)字寄存器只能讀不能寫。

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六、8155的定時器／計數器

1.定時器／計數器的計數結構8155的定時器／計數器是一個14位的減法計數器，由兩個8位寄存器構成，以其中的低14位組成計數器，兩個高位（M2、M1）用于定義計數器輸出的信號形式。8155定時器／計數器的計數結構如下：

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2.定時器／計數器的使用8155的定時器／計數器與MCS-51單片機芯片內部的定時器／計數器在功能上是完全相同的，即同樣具有定時和計數兩種功能。但是在使用上卻與MCS-51的定時器／計數器有許多不同之處。具體表現在：

·8155的定時器／計數器是減法計數，MCS-51的定時器／計數器是加法計數。確定計數初值的方法是不同的。

·MCS-51的定時器／計數器有多種工作方式。8155的定時器／計數器則只有一種固定的工作方式，即14位計數，通過軟件方法進行計數值加載?！CS-51的定時器／計數器有兩種計數脈沖。當定時工作時，由芯片內部按機器周期提供固定頻率的計數脈沖；當計數工作時，從芯片外部引入計數脈沖。8155的定時器／計數器，不論是定時工作還是計數工作，都由外部提供計數脈沖，

其信號引腳就是TIMERIN。

.·MCS-51的定時器／計數器，計數溢出自動置位TCON寄存器的計數溢出標志位(TF)，供用戶以查詢或中斷方式使用；但8155的定時器／計數器，計數溢出時向芯片外邊輸出一個信號（TIMEROUT）。這一信號還有脈沖和方波兩種形式，供用戶進行選擇。具體由M2M1，兩位定義：M2M1=00單個方波M2M1=01連續(xù)方波M2M1=10單個脈沖M2M1=11連續(xù)脈沖

這4種輸出形式如圖7.26所示。.

3.定時器／計數器的控制8155定時器／計數器的工作方式由命令字中的高兩位D7D6進行控制。具體說明知下：D7D6=00不影響計數器工作。D7D6=01停止計數。如計數器未啟動則無操作，知計數器正運行則停止計數。D7D6=10達到計數值（計數器減為0）后停止。D7D6=11啟動。如計數器沒運行，則在裝入計數值后開始計數；如計數器已運行，則在當前計數值計滿后，再以新的計數值進行計數。

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七、應用舉例例

要求使用8155定時器／計數器對計數脈沖進行千分頻，即計數1000后，TIMEROUT端電平狀態(tài)變化，并重新送數以產生連續(xù)方波。此外假定PA口為輸入方式，PB口為輸出方式，PC口為輸入方式，禁止中斷。請編寫初始化程序。解

此題共兩項任務：計數初值的確定和命令字的確定。計數器的最高兩位M2M1=01，計數器的其它14位裝入計數初值。由于8155計數器是減法計數，所以計數初值應為十進制數1000，十六進制數為03E8H。則：計數器高位字節(jié)為43H，計數器低位字節(jié)為0E8H，按上述要求，8155的命令字為0C2H。各位狀態(tài)為：

.由于命令字的高兩位D7D6=11，因此在裝入計數值后，計數器即開始計數。假定命令／狀態(tài)寄存器地址為0FD00H。則初始化程序為：MOVDPTR，#0FD00H；命令／狀態(tài)寄存器地址MOVA，＃0C2H；命令字MOVX＠DPTR，A；裝入命令字MOVDPTR，#0FD04H；計數器低8位地址MOVA，＃0E8H；低8位計數位MOVX＠DPTR，A；寫入計數值低8位INCDPTR；計數器高8位地址MOVA，#43H；高8位計數值MOVX＠DPTR，A；寫入計數值高8位

.例：若A口定義為基本的輸人方式，B口定義為基本的輸出方式，對輸入脈沖進行200分頻，寫出8155的1/O初始化程序。RAM字節(jié)地址：7E00H-7EFFH（P2.0=0）I/O接口地址：命令狀態(tài)口：7F00HPA口：7F01HPB口：7F02HPC口：7F03H定時器低8位：7F04H定時器高8位：7F05H.ORG1000HSTART：MOVSP，＃60HMOVR6，＃0FFHDJNZR6，STARTMAIN：MOVDPTR，＃7F04H；指向定時器低8位MOVA，＃0C8H；計數常數OC8HMOVX＠DPTR，A；計數常數低8位裝人INCDPL；指向定時器高8位MOVA，＃40H；設定時器連續(xù)方波輸出MOVX＠DPTR，A；指向命令狀態(tài)口MOVA，#0C2H；命令控制字設定