IO接口电路及其扩展.ppt

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1、1,扩展方法（1）总线扩展方法 采用总线扩展的方法是将扩展的并行I/O口芯片连接到 MCS-51单片机的总线上，即数据总线使用P0口，地址总线使用P2和P0口。这种扩展方法不影响总线上其他扩展芯片的连接，在MCS-51单片机应用系统的I/O扩展中被广泛采用。（2）串行口扩展方法 MCS-51单片机串行口工作在方式0时，提供一种I/O扩展方法。,13.1 简单并行口扩展,这种扩展方法不占用并行总线且可以扩展多个并行I/O。由于采用串行输入输出的方法，故数据传输速度较慢,2,用通用芯片扩展I/O口时，要把输入口、输出口分别进行扩展。当构成输出口，接口芯片应具有锁存功能，以使输出数据能在输出口上保留

2、，便于外部设备读取；构成输入口时，接口芯片要具有总线缓冲功能。,3,典型芯片74LS244,图13-2 74LS244引脚排列、内部结构及封装,13.1.1 扩展并行口输入,4,+5V,图13-3 74LS244构成的简单输入端口（a),5,P2.7决定了74LS244的地址为：0B 其中“”代表任意电平。由于地址线中有无关位，且无关位可组成多种状态，则会出现“地址重叠”问题。所谓“地址重叠”，是指一个扩展芯片占有多个额定地址空间。在进行I/O扩展情况下，一般无关位取“1”。确定了地址以后，就可以读入扩展输入口的内容。程序如下：MOV DPTR,#0BFFFH;确定扩展芯片地址MOVX A,D

3、PTR;将扩展输入口内容读入累加器A当与74LS244相连的按键都没有按下时，输入全为1，若按下某键，则所在线输入为0。,6,典型芯片74LS245,7,图13-3 74LS244构成的简单输入端口（b),8,13.1.3 简单的并行口输出,典型8D锁存器芯片74LS27374LS37374LS377,9,图13-8 各种简单输出端口的扩展,10,图13-8 各种简单输出端口的扩展,11,图13-8 各种简单输出端口的扩展,12,P2.6决定了74LS377的地址为：0B 确定74LS377的口地址为0BFFFH，就可以往扩展输出口内写入内容了。程序如下：MOV DPTR,#0BFFFH;确定

4、扩展芯片地址 MOV A,#DATA;8位数据MOVX DPTR,A;将扩展输入口内容读入累加器A,13,13.2 8255通用可编程并行接口芯片,13.2.1 8255简介,8255A是Intel公司生产的通用可编程并行接口电路，广泛应用于单片机扩展并行I/O 口。,8255内部结构,14,8255内部结构,A和B口是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出的锁存功能，A口可选择工作方式0、1、2，B口有方式0和1可选。,15,8255内部结构,C口可以看作是一个独立的8位I/O口，也可以看作是两个独立的4位I/O口，对输出的数据具有锁存功能，对输入数据不具有锁存功能，不能独立设置

5、工作方式。,16,8255内部结构,数据总线缓冲器是一个8位的双向的三态缓冲器,17,8255内部结构,读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。,18,8255/引脚图,D0D7：8位，双向，三态数据线，用来与单片机的数据总线相连。,RESET：复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清0，所有I/O端口的初始状态被置成输入。,CS：片选信号线，低电平有效。,RD：读信号，控制8255A将数据或状态信息送给CPU。,WR：写信号，控制CPU将数据或控制信息到8255A。,A1，A0：地址线，这两个引脚上的信号组合绝对对8255A内部的哪一个口或寄存器

6、进行操作。,19,8255的操作表,表13-1 8255的操作,20,8255共有三种工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。（1）工作方式0：基本输入输出方式（2）工作方式1：选通输入输出方式（3）工作方式2：双向总线方式 8255A端口A有三种方式可供选择，端口B有两种工作方式可供选择。具体的方式选择由工作方式控制字来确定，其格式如图13-11所示。,13.2.2 8255的工作方式,21,图13-11 8255工作方式控制字格式,22,（1）方式0：基本输入输出方式,这种方式不需要任何选通信号。A 口、B口及C 口的两个4位口中任何一个端口都可以被设定为输入或输出。作为输出口时，输出数

7、据锁存；作为输入口时，输入数据缓冲。,23,（2）方式1：选通输入输出方式,方式1是一种选通I/O方式，在这种方式下，A口和B口仍作为两个独立的8位I/O通道，可单独连接外设，通过编程分别设置它们作为输入或输出。而C口则要有6位（分成两个3位）分别作为A口和B口的应答联络线，其余两位仍可工作在方式0，可通过编程设置为输入或输出。,24,A口和B口工作在方式1，当数据输入时，C口的引脚信号定义如图13-13所示。PC3,PC4和PC5定义为A口的联络信号线INTRA,和IBFA,PC0,PC1和PC2定义为B口的联络信号线INTRB,IBFB和，剩余的PC6和PC7仍可以作为基本I/O线，工作在

8、方式0。,图13-13 8255方式1的信号组态,25,:选通信号，输入，低电平有效。此信号由外设产生输入,当 有效时，选通A口或B口的输入数据锁存器，锁存由外设输入的数据，供CPU读取。,IBF:输入缓冲器满信号，输出，高电平信号。当A口或B口的输入数据锁存器接收到外设输入的数据时，IBF变为高电平，作为对外设 信号的响应，CPU读取数据信号后IBF被清除。,INTR：中断请求信号，输出，高电平有效，用于请求以中断方式传送数据。,方式1输入联络信号功能,26,为了能实现用中断方式传送数据，在8255A内部设有一个中断允许触发器INTE，当触发器为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。触发器置

9、“1”或置“0”是通过端口C置位/复位命令字设置的。,图13-12 端口C置位/复位命令字格式,A口的触发器由PC4置位或复位；,B口的触发器由PC2置位或复位。,27,方式1输出联络信号功能,:输出缓冲器满指示信号，输出，低电平有效。此信号由8255A发送给外设,当CPU将数据写入数据端口时，该信号变为低电平，用于通知外设读取数据端口中的数据。,:应答信号，输入，低电平有效。该信号由外设发送给8255A，作为对 信号的响应信号，表示输出的数据已经被外设接收，同时清除 信号。,INTR：中断请求信号，输出，高电平有效，用于请求以中断方式传送数据。,28,设8255A的A口工作在方式0，数据输出

10、，B口工作在方式1，数据输入，编写初始化程序（设8255A的端口地址为FF80HFF83H）。,例1,分析：8255初始化就是向控制寄存器写入工作方式控制字。,MOV DPTR，#0FF83HMOV A,#10000110BMOVX DPTR,A,29,8255的扩展电路如下图7所示，对8255各口作如下设置：A口方式0输入，B口方式1输出，C口高位部分为输出，低位部分为输入。试完成对8255的初始化编程。,MOV DPTR,#7FFFHMOV A,#95HMOVX DPTR,A,例2,30,应用举例1,下图为某MCS-51应用系统的3位LED 8段共阳极静态显示器的接口电路，（1）写出显示字

11、符“3”、“8”、“5”的段码，注意：段码的最低位为“a”段，段码的最高位为“dp”段（2）已知8255的PA口、PB口和PC口的地址分别为FF7CH、FF7DH、FF7EH。请编写出使3位LED共阳极显示器从左至右显示“3.85”的程序段。,31,具体要求：6个LED采用共阳极连接 79H7EH分别存放6位显示器的显示数据（09）8255的A口接LED显示器位控8255的B口接LED显示器段控,应用举例2,32,分析：8255的A口、B口、C口、控制寄存器的地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。工作方式控制字为80H。,33,编写程序,m_Mian SEGMENT COD

12、E RSG m_Main,34,35,13.3.1 8253的内部结构,三个计数器内部结构完全相同。每个计数器都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成。,36,13.3.1 8253的内部结构,在写计数初值到计数通道或CPU读取计数通道到当前计数值时，各计数通道都有各自的端口地址。3个计数通道功能完全相同。,37,13.3.1 8253的内部结构,数据总线缓冲器有三个基本功能：（1）通过编程向8253写入确定8253工作方式的命令；（2）向计数寄存器装入计数初值；（3）读出当前计数值。,38,数据线：写控制字，读写计数器的计数值,计数器0的时钟输入端,计数

13、器0的输出端,为低电平的时候，CPU将计数值写入计数器或将控制字写入控制字寄存器,为低电平的时候，CPU读取所选计数器的内容,计数器0的门控信号脉冲输入端，控制计数,8253的引脚功能,39,8253的操作,40,13.3.2 8253的控制字和工作方式,41,1）控制字写入控制寄存器时，所有的控制逻辑电路立即复位，输出端OUT进入初始状态。初始状态对不同的模式来说不一定相同。2）在任何方式下，向8253写入的计数初值将于下一个CLK被装入计数单元。3）通常，在每个时钟脉冲CLK的上升沿，采样门控信号GATE。不同的工作方式下，门控信号的触发方式是有具体规定的，即或者是电平触发，或者是边沿触发

14、，在有的模式中，两种触发方式都是允许的。其中0、3、4是电平触发方式，1、2、3、5是上升沿触发。,几条基本原则,42,方式0计数结束中断方式1可编程单稳态触发器方式2分频器方式方式3方波信号发生器方式方式4软件选通方式方式5硬件选通方式,8253的工作方式,43,工作方式0：计数结束产生中断,在GATE=1时写入控制字，OUT端输出低电平为起始电平，装入计数初值n，开始计数。写信号后沿（）经一个CLK（）将n值装入计数器。每经过一个CLK，在CLK下降沿，计数器减1。n=0时，计数结束，OUT由低电平变为高电平（可利用该电平变化向CPU发出中断请求），并保持，不开始重新计数。只有写入另一个计

15、数值时，开始新的计数。在GATE=0时停止计数，直至GATE恢复高电平，再继续计数,44,工作方式0：计数结束产生中断,特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变低，GATE为高计数，为低停止计数；不自动重新计数，需要重新将计数值写入计数器后开始计数；计数到0时，可利用OUT 产生中断信号。,45,工作方式1：可编程单稳态触发器,写入控制字，OUT端输出高电平为起始电平。装入计数初值n后，必须等待GATE的上升沿来后才转入计数，这时OUT变低，开始计数，每一个计数脉冲，计数器值减1。计数到0，OUT变成高电平，负脉冲结束，脉冲宽度=tcn（tc为时钟周期）。在计数过程中，若GATE变低，不影响计

16、数。,方式1的时序图（计数过程中GATE仅有一个上升沿）,46,方式1的时序图（计数过程中GATE不止产生一个上升沿）,特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE的上升沿触发计数，同时OUT变低，直到计数到0；在计数过程中，若GATE变低，不影响计数；遇到GATE的上升沿时，自动重新计数。,47,工作方式2：分频器,写入控制字，OUT端输出高电平为起始电平，装入计数初值n，开始计数。每一个计数脉冲下降沿n减1，当n减至1时，OUT变低，n减为0时，OUT变高，产生一个与时钟脉冲周期一样宽的负脉冲。接着自动装入n连续计数，输出频率为：fclk/n。计数过程中，允许重新装入新的n值，下一

17、个计数周期按新的n值计数。,在GATE=1时：,方式2的时序图,48,计数过程中，若GATE0，停止计数，并强迫OUT输出高电平，在GATE变为高电平后，重新装入n值，开始计数。,49,工作方式2：分频器,方式2的时序图,特点：写入控制字寄存器后，输出OUT就变高；GATE为高计数；计数到1时，OUT变低，计数到0时，OUT变高，并自动重新计数。GATE为低时，禁止计数，直到GATE变高，重新自动写入计数值计数。一般作为分频器使用。,50,工作方式3：方波频率发生器,输出频率为：fclk/n的方波。写入控制字后，OUT端输出低电平作为起始电平，装入计数值n后，变为高电平。n为偶数，每个时钟脉冲

18、下降沿n值减1，至n/2后，电平变为低电平，并继续减1计数至0，然后改变OUT电平，重新装入n，开始计数。n为奇数，输出高电平宽度为(n+1)/2,低电平宽度为(n-1)/2的方波。GATE=0 停止计数，并强迫OUT输出高电平，在GATE变高后，重新将n装入，开始计数。注：GATE功能同方式2,GATE=1,51,工作方式3：方波频率发生器,软、硬件启动，自动重复计数。装入初值后OUT端变高电平，然后OUT连续输出对称方波：前 N/2或（N+1）/2 个CLK，OUT为高后N/2或（N-1）/2 个CLK，OUT为低。计数过程中修改初值不影响本半轮计数过程。其余的与方式2 类似。,特点：,5

19、2,工作方式4：软件触发选通脉冲,写入控制字后，OUT端变为高电平，写入初始值后，计数器作减1计数，OUT电平保持不变。计数器减至0时，OUT端输出一个脉冲周期的负脉冲，然后停止计数，只有输入新的计数值后，才能开始新的计数。计数过程中，若GATE变低电平，停止计数，在其变高后，重新将n装入，开始计数。,53,工作方式5：硬件触发选通脉冲,写入控制字后，OUT端变为高电平，写入初始值n后，必须等待GATE的上升沿触发才转入计数。计数器减至0时，OUT端输出一个脉冲周期的负脉冲。然后n值自动装入计数器，但要等GATE的上升沿来后才再次开始计数。计数过程中，若GATE变低电平，不影响计数，但其上升沿

20、将使得n重新装入计数器，开始计数。,54,54,总结性应用举例,1.8253定时功能的应用,在计算机应用中，经常会遇到隔一定时间重复某一个动作的应用。,设某应用系统中，系统提供一个频率为10kHz的时钟信号，要求每隔100ms采集一次数据。已知8253的端口地址为7FF0H7FF3H，试完成8253的初始化编程。,55,55,8253用于定时中断,7FF07FF3H,56,56,(1)选择工作方式,57,57,(2)确定计数初值,已知 fCLK0=10kHz，则TCLK0=0.1ms，所以，计数初值 N=TOUT0/TCLK0=100ms/0.1ms=1000=03E8H,(3)初始化编程,根

21、据以上要求，可确定8253通道0的方式控制字为00110100B，即34H。,58,编程及应用,在使用8253芯片时，首先要对其进行初始化编程。初始化编程包括写入控制字和写入计数值两个步骤。,第一步，写入控制字。任一计数器的控制字都要从8253的控制口地址写入，控制哪个计数器由控制字的D7D6位来决定。,第二步，写入计数初始值。计数初始值经由各计数器的端口地址写入。若控制字里规定只写低八位，则写入低八位，高8位自动置0若控制字里规定只写高八位，则写入高八位，低8位自动置0。若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，再写入高八位。,写入顺序：可按计数器分别写入控制字和初值。也可先写所有计数器控制字，再写入它们的初值,59,59,初始化程序段如下：,MOV DPTR,#7FF3HMOV A,#34HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7FF0HMOV A,#0E8HMOVX DPTR,AMOV A,#03HMOVX DPRT,A,；通道0,16位计数,方式2,二进制计数,；写入方式控制字到控制字寄存器,;计数器0地址,;计数初值低8位,；写入计数初值低8位到计数器0,;计数初值高8位,；写入计数初值高8位到计数器0,60,60,初始化程序段如下：,