單片機原理及應(yīng)用(第七章輸入輸出擴展)教學課件

7-1-1為什么要擴展I/O接口CPU和外部設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送有如下特點1）外部設(shè)備工作速度差異很大。慢速設(shè)備：開關(guān)、繼電器等；快速設(shè)備：磁盤等。CPU無法按固定時序協(xié)調(diào)各方的工作。2）外部設(shè)備種類繁多：機械式、機電式、電子式3）外部設(shè)備數(shù)據(jù)信號多樣化：電壓信號、電流信號數(shù)字量、模擬量等。4）外部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送有近距離、遠距離。1接口電路對CPU和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送進行協(xié)調(diào)接口電路主要功能1）速度協(xié)調(diào)22）數(shù)據(jù)鎖存數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上停留的時間十分短暫8051單片機的4個并行I/O口，都通過鎖存器和外界聯(lián)系33）三態(tài)緩沖總線隔離技術(shù)：任一時刻，只允許一個數(shù)據(jù)源使用數(shù)據(jù)總線。其余數(shù)據(jù)源都和數(shù)據(jù)總線隔離。片選的含義4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換A/D、D/A轉(zhuǎn)換4用作接口電路的基本電路鎖存器三態(tài)緩沖電路集電極開路OC門兩個以上OC門輸出端并聯(lián)，實現(xiàn)“線與”功能使用時，需外接上拉電阻57-1-2I/O擴展編址技術(shù)獨立編址將I/O和存儲器分開進行編址。計算機形成兩個獨立的地址空間，也就有各自獨立的讀寫操作指令。統(tǒng)一編址將I/O和存儲器統(tǒng)一進行編址。只需一套存儲器指令，直接對存儲器和I/O操作。67-1-3I/O數(shù)據(jù)傳送方式1）無條件傳送方式外部設(shè)備總是處于“準備好”狀態(tài)，無須測試。隨時可以傳送數(shù)據(jù)。例如指示燈、發(fā)光二極管等。無條件輸入傳送片選72）程序查詢方式有條件數(shù)據(jù)傳送，I/O操作之前，檢查I/O設(shè)備狀態(tài)，確認已為輸入輸出作好準備，實行數(shù)據(jù)傳送。無條件輸出傳送83）中斷方式查詢方式中，CPU處于主動形式，中斷方式CPU處于被動形式，等待中斷請求的到來。MCS-51的外部中斷輸入口，認為是外部設(shè)備中斷請求的輸入端。大大提高系統(tǒng)的工作效率中斷方式數(shù)據(jù)傳送示意圖97.2MCS-51單片機I/O口直接應(yīng)用I/O口操作指令將I/O口作為寄存器使用，進行字節(jié)數(shù)據(jù)傳送輸出數(shù)據(jù)MOVPx，AMOVPx，RnMOVPx，RiMOVPx，direct輸入數(shù)據(jù)MOVA，PxMOVRn，PxMOVRi，PxMOVdirect，Px10I/O口位操作指令MOV（位傳送）CLR（位清0）SETB（位置1）CPL（位取反）JB（位為1轉(zhuǎn)移）JNB（位為0轉(zhuǎn)移）JBC（位為1轉(zhuǎn)移清0）MOVPx.y，CCLR Px.ySETBPx.yCPLPx.yJBPx.y，relJNBPx.y，relJBCPx.y，rel11I/O口其它操作指令A(yù)NL（邏輯與）ORL（邏輯或）XRL（邏輯異或）INC（加1）DEC（減1）DJNZ（減1條件轉(zhuǎn)移）CJNE（數(shù)值比較轉(zhuǎn)移）ANLPx，AORLPx，AXRLPx，AINCPxDECPxDJNZPx，relCJNEA，Px，rel12I/O口直接應(yīng)用13中斷方式I/O口直接數(shù)據(jù)傳送開關(guān)扳動一次，觸發(fā)器輸出端出現(xiàn)一個負跳變，產(chǎn)生一個外部中斷請求。14MAIN：SETBIT0/脈沖邊沿觸發(fā)SETBEX0/開放外部中斷0SETBEA/開放中斷HERE：AJMPHERE/等待中斷EXTR：MOVA，#0FH/中斷服務(wù)程序MOVP1，A/熄發(fā)光二極管MOVA，P1/輸入開關(guān)狀態(tài)CPLA/狀態(tài)取反ANLA，#0FH/屏蔽高半字節(jié)SWAPA/高低半字節(jié)交換MOVP1，A/輸出開關(guān)狀態(tài)RETI157-3單片機簡單I/O口擴展應(yīng)用7-3-1簡單輸入口擴展簡單輸入解決數(shù)據(jù)緩沖問題簡單輸入擴展就是擴展緩沖器三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器74LS244：2四位數(shù)據(jù)緩沖器16利用74LS244進行簡單輸入擴展沒有擴展RAM，當讀外部RAM時，即選中244，進行數(shù)據(jù)輸入1774LS32：或門187-3-2簡單輸出口擴展主要功能：數(shù)據(jù)保持（鎖存）8D~1D：8位數(shù)據(jù)輸入；8Q~1D：8位數(shù)據(jù)輸出；CK：時鐘信號，上升沿數(shù)據(jù)鎖存；：使能信號典型芯片：具有使能控制的8D鎖存器1974LS377真值表20鎖存器和緩沖器的特點及使用組成鎖存器單元電路：觸發(fā)器（帶時鐘控制端觸發(fā)器）組成緩沖器單元電路：門電路（三態(tài)傳輸電路）鎖存器緩沖器217-3-3用串行口擴展并行口輸出輸入227-48255A可編程并行I/O口擴展芯片7-4-1可編程I/O接口概述簡單I/O擴展：實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)鎖存可編程I/O擴展：還具有狀態(tài)寄存和命令寄存功能，通過軟件編程方式，確定擴展芯片的工作方式。典型芯片：8255A，8155237-4-28255A的邏輯結(jié)構(gòu)和引腳1）口電路三個8位口，PA、PB、PC。PA、PB是單純的數(shù)據(jù)口，PC既可作數(shù)據(jù)口，也可作控制口，用于對PA、PB的控制。PC7~4，控制PA；PC3~0，控制PBPA、PC7~4稱為A組；PB、PC3~0稱為B組242）總線接口電路數(shù)據(jù)總線緩沖器：和單片機數(shù)據(jù)總線相連，8位雙向三態(tài)緩沖器，所有數(shù)據(jù)（包括控制字、狀態(tài)信息）通過該緩沖器傳送?？刂七壿嫞海浩x信號（低電平有效）；：讀信號（低電平有效）；：寫信號（低電平有效）；A0、A1：端口選擇信號；RESET：復(fù)位信號（高電平有效）3）控制邏輯電路：A組、B組邏輯控制258255A讀/寫控制表267-4-38255A工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作方式0：基本輸入/輸出方式兩個8位口PA、PB及兩個4位口，輸入/輸出的任意組合。適用于無條件數(shù)據(jù)傳輸。也可以對C口進行位操作。以C口某一位狀態(tài)，實現(xiàn)查詢方式數(shù)據(jù)傳送。方式1：選通輸入/輸出方式PA、PB用于數(shù)據(jù)輸入/輸出，PC，數(shù)據(jù)傳送聯(lián)絡(luò)信號方式2：雙向數(shù)據(jù)傳送方式只有PA，能選擇該工作方式，適用PC5位口線作控制線。PA工作于方式2下，則PB只能工作在方式0。27PC口聯(lián)絡(luò)信號定義28數(shù)據(jù)輸入IBF：輸入緩沖器滿信號（輸出），高電平有效。此信號有效，數(shù)據(jù)已裝入8255A鎖存器。狀態(tài)信號：選通脈沖（輸入），低電平有效。INTR：中斷請求信號（輸出），高電平有效。當IBF為高電平，信號由低變高，中斷請求信號有效。29數(shù)據(jù)輸出：外設(shè)響應(yīng)信號（輸入），低電平有效。當外設(shè)取走數(shù)據(jù)，并處理完，向單片機發(fā)回響應(yīng)信號。：輸出緩沖器滿信號（輸出），低電平有效。狀態(tài)信息。輸出數(shù)據(jù)寫入8255A鎖存器后，信號有效。INTR：中斷請求信號（輸出），高電平有效。307-4-48255A控制字及初始化工作方式控制字C口低半字節(jié)輸入1，輸出0B口：輸入1，：輸出0方式選擇0：方式0，1：方式1方式選擇00方式0，01方式1，1方式2C口高半字節(jié)輸入1，輸出0A口：輸入1，輸出0設(shè)定工作方式標志，1有效31C口位置位/復(fù)位控制字置位：1置1，0置00123456701010101B000110011B100001111B2置位標志：0有效328255A初始化系統(tǒng)要求：PA口：工作方式0，輸入；PB口：工作方式1，輸出；PC4~PC7為輸出；PC2~PC0用于PB口方式1選通控制信號，尚余PC3線為輸入。假定8255A的地址為：5FFCH~5FFFH確定控制字控制字95H33初始化程序：MOVDPTR，#5FFFH；8255A控制字地址MOVA，#95H；MOVXDPTR，A；方式控制字寫入PC口用于置位/復(fù)位方式，PC5置位。初始化程序：MOVDPTR，#5FFFH；8255A控制字地址MOVA，#0BH；00001011bMOVXDPTR，A；方式控制字寫入34357.58155單片機可編程I/O口擴展8155具有三個可編程I/O口：A口（8位）B口（8位）C口（6位）；256字節(jié)RAM；一個14位定時器367-5-18155邏輯結(jié)構(gòu)37引腳說明AD0~AD7：地址/數(shù)據(jù)線（復(fù)用線）ALE下降沿觸發(fā)鎖存8位地址（RAM單元地址）。ALE：地址鎖存信號將8位地址鎖存，同時鎖存片選信號和信號。

：I/O與RAM選擇信號0：對RAM進行讀寫；1：對I/O進行讀寫38：片選信號；：讀選通信號；：寫選通信號；PA、PB兩個8位口，編程選定輸入輸出方式；RESET：復(fù)位信號，復(fù)位后，I/O口為輸入方式。PA、PB口都是數(shù)據(jù)口，只有輸入/輸出兩種工作方式；39PC口：既可作為輸入/輸出口，或編程選擇PA、PB工作方式。作控制時PC各位定義：PC0：AINTR（A口中斷請求信號）；PC1：ABF（A口緩沖器滿標志）；PC2：（A口選通脈沖）；PC3：BINTR（B口中斷請求信號）；PC4：BBF（B口緩沖器滿標志）；PC5：（B口選通脈沖）40PC口聯(lián)絡(luò)信號定義INTR：中斷請求信號（輸出）；BF：緩沖器滿信號（狀態(tài)信號）；：選通信號（輸入），輸入時選通，輸出時應(yīng)答可以看出，PC口具有：輸入方式；輸出方式；PA控制端口方式；PA、PB控制端口方式。417-5-28155的命令/狀態(tài)寄存器命令寄存器：8位寄存器（鎖存器）定義8155的工作方式狀態(tài)寄存器：7位寄存器（鎖存器，最高位沒定義）鎖存I/O口和定時/計數(shù)器的當前狀態(tài)。兩寄存器用一個口地址，命令寄存器只能寫入，狀態(tài)寄存器只能讀出。故稱：命令/狀態(tài)寄存器4200：A、B基本I/O，C輸入；01：A、B基本I/O，C輸出；10：A選通I/O，B基本I/O；11：A、B選通I/OA中斷允許，1允許B中斷允許，1允許定時器工作方式00：不影響計數(shù)器工作01：停止計數(shù)10：達到計數(shù)值停止11：啟動計數(shù)8155命令字格式438155狀態(tài)字格式INTR：中斷請求標志；BF：緩沖器滿標志；INTE：中斷允許標志；TIMER：定時器/計數(shù)器中斷請求標志。448155的工作方式通過命令寄存器進行設(shè)置基本I/O方式：命令字D3D2=00或01，A、B、C口均工作在基本輸入/輸出方式D3D2=00，C口輸入；D3D2=01，C口輸出選通I/O方式：命令字D3D2=10，PA口為選通方式；PB口基本輸入/輸出方式，PC3、PC4、PC5三根線輸出。命令字D3D2=11，PA、PB口均為選通方式；45RAM單元及I/O口編址通過8位地址線AD0~AD7進行編址通過端口的電平，確定當前尋址是RAM還是I/O口六個可編址I/O端口467-5-38155與MCS-51單片機連接8155和MCS-51兼容信號有：AD0~AD7、ALE、RESET、、?？梢灾苯酉噙B。當P0.7~P0.3=00000對應(yīng)6個可編址端口。范圍00H~07H。當P0.7~P0.3為其它組合時，對應(yīng)RAM，地址為08H~FFH47以高位地址直接作為信號對8155使用16位編址當時，8155內(nèi)部RAM地址為：0000H~00FFH；當時，8155端口地址為：0100H~0105H487-5-48155的定時器/計數(shù)器14位減法計數(shù)器兩個8位寄存器構(gòu)成49定時器的工作狀態(tài)控制由命令字D7D6確定D7D6=00：不影響計數(shù)器工作（原來怎么工作還怎么工作）；D7D6=01：停止計數(shù)。如計數(shù)器未啟動，則無操作；如正運行，則停止計數(shù)。D7D6=10：達到計數(shù)值時（計數(shù)器減為0）停止。D7D6=11：啟動計數(shù)。如計數(shù)器沒運行，則在裝入計數(shù)值后開始計數(shù)；如計數(shù)器已運行，則在當前計數(shù)值計滿后，再以新的計數(shù)值進行計數(shù)。508155定時器和MCS-51定時器的比較1）MCS-51定時器/計數(shù)器是加法計數(shù)；8155定時器/計數(shù)器是減法計數(shù)。2）MCS-51定時器/計數(shù)器有多種工作方式，8155定時器/計數(shù)器只有一種工作方式，即14位計數(shù)方式，通過軟件方法進行計數(shù)初值加載。3）MCS-51定時器/計數(shù)器定時時，芯片內(nèi)部提供計數(shù)脈沖；計數(shù)時，從芯片外部引入計數(shù)脈沖（P3.4，P3.5）。8155定時器/計數(shù)器不論定時還是計數(shù)，都由外部提供計數(shù)脈沖。514）MCS-51定時器/計數(shù)器計數(shù)溢出自動置位TCON寄存器TF位。8155定時器/計數(shù)器計數(shù)溢出時，向芯片外輸出一個信號（TIMEROUT）信號形式由M2M1定義：528155應(yīng)用舉例對計數(shù)脈沖24分頻（計數(shù)24后，輸出端口電平發(fā)生變化），并重新置數(shù)以產(chǎn)生連續(xù)方波。假定PA口輸入方式；PB口輸出方式；PC口輸入方式，禁止中斷。計數(shù)初值：0018H計數(shù)器最高兩位M2M1=01，計數(shù)常數(shù)：4018H8155命令字：控制字：C2H53假定高8位地址：00111111B=3FH（與譯碼輸出的相連，與P2.0選通）8155口地址：3F00H~3F05H,8155RAM地址：3E00H~3EFFH初始化程序：INITI：MOVDPTR，#3F04H ；定時寄存器低8位地址MOVA，#18H ；低8位常數(shù)MOVXDPTR，A ；INCDPTR ；高8位地址MOVA，#40H ；高8位常數(shù)MOVXDPTR，A ；MOVDPTR，#3F00H ；8155控制字地址MOVA，C2H ；命令字MOVXDPTR，A54訪問8155RAM的地址位3E00H~3EFFH和訪問外部RAM一樣。MOVDPTR，#3EH ；送地址MOVXDPTR；A ；寫MOVXA；DPTR ；讀557-6單片機鍵盤接口技術(shù)編碼鍵盤：硬件方式產(chǎn)生編碼非編碼鍵盤：軟件方式產(chǎn)生編碼非編碼鍵盤：結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉鍵按行列構(gòu)成矩陣，每一個交叉點對應(yīng)一個鍵，實際是一個機械開關(guān)。非編碼鍵盤的接口技術(shù)的主要內(nèi)容是如何確定被按鍵的行列位置。鍵碼的識別問題56按鍵識別：常用行掃描法571）測試有無鍵按下：檢查輸入端，是否有端口為低電平2）去抖動硬件方法：軟件方法：采用延遲躲過抖動，待信號穩(wěn)定后，再進行鍵掃描。延遲時間10~20ms。3）確定按鍵物理位置，計算鍵碼4）等待鍵釋放通過時間延遲實現(xiàn)按鍵識別58鍵碼編排鍵碼計算公式：鍵碼=行首鍵號+列號59鍵盤接口及程序設(shè)計假設(shè)A口地址0101HC口地址0103H60鍵盤掃描程序一般包含延遲子程序和判斷子程序判斷子程序（判斷是否有鍵閉合）KS1： MOV DPTR，#0101H ； MOVA，#00H ； MOVXDPTR，A ；PA口送00H INC DPTR ； INC DPTR ；取得PC口地址 MOV A，DPTR ；讀PC口 CPL A ；無鍵按下，全0 ANL A,#0FH ；屏蔽A