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1,第10講I/O口的擴(kuò)展,電氣工程系趙志衡E-mail:zhzhhe@,2,I/O擴(kuò)展主要內(nèi)容,可編程I/O芯片8255A的擴(kuò)展可編程I/O芯片8155H的擴(kuò)展計(jì)數(shù)器芯片8253的擴(kuò)展利用串口對(duì)并行口的擴(kuò)展采用通用TTL芯片的擴(kuò)展電路,3,本講主要內(nèi)容,I/O擴(kuò)展概述8255A的工作原理及其擴(kuò)展采用通用TTL芯片的I/O擴(kuò)展編程舉例,4,I/O(輸入/輸出)接口是MCS-51與外設(shè)交換數(shù)字信息的橋梁。,I/O擴(kuò)展也屬于系統(tǒng)擴(kuò)展的一部分。,真正用作I/O口線的只有P1口的8位I/O線和P3口的某些位線。,在多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，MCS-51單片機(jī)都需要外擴(kuò)I/O接口電路。,I/O擴(kuò)展概述,5,I/O接口電路可實(shí)現(xiàn)以下功能：,1.實(shí)現(xiàn)和不同外設(shè)的速度匹配,大多數(shù)的外設(shè)的速度很慢，無(wú)法和s量級(jí)的單片機(jī)速度相比。,單片機(jī)只有在確認(rèn)外設(shè)已為數(shù)據(jù)傳送做好準(zhǔn)備的前提下才能進(jìn)行I/O操作。,想知道外設(shè)是否準(zhǔn)備好，需I/O接口電路與外設(shè)之間傳送狀態(tài)信息。,I/O接口的功能,6,2.輸出數(shù)據(jù)鎖存,由于單片機(jī)工作速度快，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上保留的時(shí)間十分短暫，無(wú)法滿足慢速外設(shè)的數(shù)據(jù)接收。I/O電路應(yīng)具有數(shù)據(jù)鎖存器，以保證接收設(shè)備可靠接收。,3.輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖,單片機(jī)具有多個(gè)輸入設(shè)備時(shí)，使得數(shù)據(jù)總線上可“掛”有多個(gè)數(shù)據(jù)源，為不發(fā)生沖突，只允許當(dāng)前正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)源使用數(shù)據(jù)總線，其余的應(yīng)處于隔離狀態(tài)。,7,I/O端口的編址,首先清楚I/O接口（Interface）和I/O端口（Port）的概念。,I/O端口：簡(jiǎn)稱I/O口，指具有端口地址的寄存器或緩沖器。,I/O接口：是指單片機(jī)與外設(shè)間的I/O接口芯片。,一個(gè)I/O接口芯片可以有多個(gè)I/O端口，（1）數(shù)據(jù)口（2）命令口（3）狀態(tài)口,I/O端口編址是給所有I/O接口中的寄存器分配地址。,8,I/O端口編址兩種方式：獨(dú)立編址與統(tǒng)一編址,1．獨(dú)立編址方式,I/O寄存器地址空間和存儲(chǔ)器地址空間分開(kāi)編址，但需專門讀寫I/O的指令和控制信號(hào)。,2．統(tǒng)一編址方式,I/O寄存器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元同等對(duì)待，統(tǒng)一編址。不需要專門的I/O指令，直接使用訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指令進(jìn)行I/O操作，簡(jiǎn)單、方便且功能強(qiáng)（MOVX）。,MCS51采用這種方式,9,MCS-51使用統(tǒng)一編址的方式,每一接口芯片中的一個(gè)功能寄存器（端口）的地址就相當(dāng)于一個(gè)RAM單元。,I/O數(shù)據(jù)的幾種傳送方式,為實(shí)現(xiàn)和不同的外設(shè)的速度匹配，I/O接口必須根據(jù)不同外設(shè)選擇恰當(dāng)?shù)腎/O數(shù)據(jù)傳送方式。,I/O數(shù)據(jù)傳送的幾種傳送方式是：,（1）同步傳送（2）查詢傳送（3）中斷傳送。,10,1.同步傳送方式（無(wú)條件傳送）,當(dāng)外設(shè)速度和單片機(jī)的速度相比擬時(shí)，常采用同步傳送方式，最典型的同步傳送就是單片機(jī)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送。,2.查詢傳送方式（條件傳送，異步式傳送）,查詢外設(shè)“準(zhǔn)備好”后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,優(yōu)點(diǎn)：通用性好，硬件連線和查詢程序十分簡(jiǎn)單，,缺點(diǎn)：效率不高。,為提高效率，通常采用中斷傳送方式。,11,3.中斷傳送方式.,外設(shè)準(zhǔn)備好后，發(fā)中斷請(qǐng)求，單片機(jī)進(jìn)入與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的中斷服務(wù)程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。中斷服務(wù)完成后又返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。工作效率高。,常用的I/O接口電路芯片,Intel公司的配套可編程I/O接口芯片的種類齊全，為擴(kuò)展I/O接口提供了很大的方便?；蛘卟捎猛ㄓ玫腡TL集成電路芯片。,12,小結(jié),原因：MCS-51單片機(jī)本身提供的口線不多（P1、P3）方法：MCS-51單片機(jī)將外擴(kuò)I/O和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，用戶可以把一部分外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間（64k）作為I/O地址，通過(guò)MOVX指令完成對(duì)外擴(kuò)口的輸入輸出。實(shí)現(xiàn)：采用專門的外圍接口芯片8155，8255等采用一般的TTL芯片74LS377，74LS373等,13,可編程并行I/O芯片8255A,引腳及結(jié)構(gòu)介紹3個(gè)8位并行口PA、PB、PC。PC可分為高4位與低4位D0~D7數(shù)據(jù)端口A,B兩組控制電路,雙向三態(tài)數(shù)據(jù)接口控制總線接口復(fù)位控制RESET,高電平有效,14,8255A的端口,8255端口選擇,8255A端口選擇表,15,8255A功能簡(jiǎn)述,8255A的三種工作方式方式0——基本輸入輸出方式1——選通輸入輸出方式2——雙向傳送（僅PA口）8255A的工作方式由控制字選擇,16,8255A控制字,工作方式選擇控制字,C口按位置位/復(fù)位控制字,8255A控制字,端口C按位置位/復(fù)位控制字,17,8255A工作方式0（基本I/O方式）,兩個(gè)8位端口和兩個(gè)4位端口任一個(gè)端口都可以輸入輸出輸出鎖存而輸入不鎖存數(shù)據(jù)無(wú)條件傳送，不需要狀態(tài)端口,18,8255A工作方式1（選通I/O方式）,可用作1或2個(gè)選通的輸入或輸出口每個(gè)端口包括8位數(shù)據(jù)口和3條固定的控制線可選擇1個(gè)端口工作于方式1，余下的工作在方式0可選擇2個(gè)端口都工作于方式1,19,工作于方式1下的端口,選通輸入/輸出工作方式。A口和B口通常用于I/O數(shù)據(jù)傳送，C口用作A口和B口的聯(lián)絡(luò)線，以中斷或查詢的方式傳送數(shù)據(jù)。,20,8255A接口應(yīng)用舉例1,8255A與8031接口電路,21,8255A的接口應(yīng)用舉例1,端口地址確定,8255A各端口寄存器的地址為：,A口：FF7CHB口：FF7DHC口：FF7EH控制寄存器：FF7FH,確定地址的原則：未使用到的片選地址線置1,22,軟件編程,要求8255A工作在方式0，且A口作為輸入，B口、C口作為輸出，程序如下：,MOVA,#90H；A口方式0輸入，B口、；C口輸出的控制字送AMOVDPTR,#0FF7FH；控制寄存器地址→DPTRMOVX@DPTR,A；方式控制字→控制寄存器,MOVDPTR,#0FF7CH；A口地址→DPTRMOVXA,@DPTR；從A口讀數(shù)據(jù)MOVDPTR,#0FF7DH；B口地址→DPTR,MOVA,#55H；要輸出的數(shù)據(jù)55H→AMOVX@DPTR,A；將55H送B口輸出MOVDPTR,#0FF7EH；C口地址→DPTRMOVA,#60H；60H→AMOVX@DPTR,A；將60H送C口輸出,,23,8255A接口應(yīng)用舉例2,當(dāng)口A、B工作于非方式0時(shí)，要使用到一些C口線，對(duì)于這些已被占用的C口不要進(jìn)行置位、清零操作。,對(duì)端口C的置位/復(fù)位。先將C口的PC5置“1”，然后將其置“0”MOVDPTR,#0FF7FH;8255A芯片控制口地址MOVA,#0BH;方式控制字送入AMOVX@DPTR,A;方式控制字送入8255APC5=1MOVA,#0AH;方式控制字送入AMOVX@DPTR,A;方式控制字送入8255A,PC5=0,端口C按位置位/復(fù)位控制字,24,關(guān)于8255A的使用,一般讓8255A工作于方式0，此時(shí)MCS-51相當(dāng)于多了3個(gè)I/O口，其中一個(gè)（C口）既可以按字節(jié)操作，又可以按位操作。在使用方式1、方式2時(shí)，一定要注意對(duì)C口控制時(shí)序的理解，而且一定要接支持這種時(shí)序的外設(shè)，例如打印機(jī)等。通常8255A可以由方式1、方式2實(shí)現(xiàn)的控制，也可以由方式0實(shí)現(xiàn)。,25,采用通用TTL芯片的I/O口擴(kuò)展,在許多情況下，有些開(kāi)關(guān)量或并行數(shù)據(jù)需直接輸出或輸入?？刹捎?D鎖存器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)門等進(jìn)行擴(kuò)展。（74LS377、74LS273、74LS244等）,26,74LS377作為輸出口,功能說(shuō)明：74LS377是8D鎖存器，20個(gè)管腳，8個(gè)輸入（D0~D7）、8個(gè)輸出（Q0~Q7）、一個(gè)片選E、一個(gè)鎖存端時(shí)鐘（CLK）上升沿有效，另外，還有電源、地。,,27,74LS377擴(kuò)展為輸出口,74LS377作為輸出口，試確定其地址，E接P2.7；CLK接WR，377的輸入端接8031的數(shù)據(jù)口，輸出端接8個(gè)發(fā)光二極管。地址：7FFFHMovdptr,#7fffhMova,#00hMovx@dptr,a,,28,74LS273作為輸出口,功能說(shuō)明：74LS273是8D鎖存器，20個(gè)管腳，8個(gè)輸入（D0~D7）、8個(gè)輸出（Q0~Q7）、一個(gè)清零端（CLR）、一個(gè)鎖存端（CLK）上升沿有效，另外，還有電源、地。,29,74LS273作為輸出口,,地址：8000HMovdptr,#8000hMova,#00hMovx@dptr,a,30,74LS244作為輸入口,功能說(shuō)明：74LS244是8個(gè)三態(tài)線驅(qū)動(dòng)器，20個(gè)管腳，2個(gè)4輸入端（1A1~1A4）、（2A1~2A4）；2個(gè)4輸出端（1Y1~1Y4）、（2Y1~2Y4），兩個(gè)控制端1G、2G（低電平有效，否則三態(tài)輸出），另外，還有電源、地。,,31,74LS244作為輸入口,74LS244作為輸入口，試確定其地址，1G、2G均接P2.6、RD的或門輸出端；244的輸出端接8031的數(shù)據(jù)口，輸入端接8個(gè)按鍵。地址：BFFFHmovdptr,#0bfffhmovxa,@dptr,,D0D1D2D7,J0J1J2J7,32,提示：,使用TTL芯片擴(kuò)展8051單片機(jī)的I/O口，實(shí)際使用中應(yīng)用很多，要注意加深理解。選擇芯片時(shí)，用為輸入的，TTL芯片必須具有三態(tài)輸出。用為輸出的，一般選用具有鎖存功能的TTL芯片，但有時(shí)也選用具有三態(tài)輸出的芯片，要看具體電路的功能。,33,END,