MCS51單片機(jī)的擴(kuò)展IO接口的設(shè)計(jì)課件.ppt

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1、MCS-51擴(kuò)展I/O接口的設(shè)計(jì)1.I/O接口擴(kuò)展概述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。①I/O接口的功能I/O接口電路應(yīng)滿足以下要求：（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μs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。（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

2、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)備接收。(3)輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖輸入設(shè)備向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，但數(shù)據(jù)總線上面可能“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)。②I/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接口中的寄存器編址。I/O端口編址

3、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)。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。③I/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）異步傳送（3）中斷傳送。（1）同步傳送方式（無(wú)條件傳送

4、）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。（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。④I/O接口電路如何實(shí)現(xiàn)I/O接口的擴(kuò)展。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。常用的外圍I/O接口芯片有：（1）

5、8255A：可編程的通用并行接口電路（3個(gè)8位I/O口）。（2）8155H：可編程的IO/RAM擴(kuò)展接口電路（2個(gè)8位I/O口,1個(gè)6位I/O口,256個(gè)RAM字節(jié)單元，1個(gè)14位的減法定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）。可與MCS-51單片機(jī)直接連接，接口邏輯十分簡(jiǎn)單此外，74LS系列的TTL電路也可以作為MCS-51的擴(kuò)展I/O口，如74LS244、74LS273等。最后介紹利用串行口來(lái)擴(kuò)展并行I/O口。2.8155H芯片介紹①8155H的邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。②8155H的引腳功能8155H的引腳功能（1）AD7～AD0（8條）（2）I/O總線（22條）（3）控制總線（8條）RESET：復(fù)位輸入線CE*和IO

6、/M*RD*和WR*ALE：地址鎖存允許TIMERIN和TIMEROUT*：（4）電源線（2條）Vcc：+5V電源Vss：地CE*IO/M*A7A6A5A4A3A2A1A0所選的端口01×××××000命令/狀態(tài)寄存器01×××××001A口01×××××010B口01×××××011C口01×××××100計(jì)數(shù)器低8位01×××××101計(jì)數(shù)器高6位00××××××××RAM單元③CPU對(duì)8155HI/O端口的控制(1)8155H各端口地址分配（2）8155H的命令字（3）8155H的狀態(tài)字④8155H的工作方式1.存儲(chǔ)器方式對(duì)片內(nèi)RAM單元進(jìn)行讀寫，若IO/M*=0和CE*=0，則通過(guò)AD

7、7～AD0上的地址對(duì)RAM存儲(chǔ)器任一單元讀寫。2.I/O方式8155H的I/O方式分為基本I/O和選通I/O兩種工作方式，如表9-3所示?？蓪?duì)片內(nèi)任一寄存器讀寫，端口地址由A2、A1、A0三位決定。C口通用I/O方式選通I/O方式ALT1ALT2ALT3ALT4PC0輸入輸出AINTR（A口中斷）AINTR（A口中斷）PC1輸入輸出ABF（A口緩沖器滿）ABF（A口緩沖器滿）PC2輸入輸出ASTB