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1、第 7 章 数字信号输入/输出接口电路,7.1 I/O资源及扩展 7.2 开关信号输入/输出方式 7.3 简单显示驱动电路 7.4 LED数码管及其显示驱动电路 7.5 键盘电路 7.6 光电耦合器件接口电路 7.7 单片机与继电器接口电路,7.1 I/O资源及扩展,通过单片机实现数字信号的输入处理和输出控制时，必须了解以下问题： (1) 准确理解CPU中各引脚的功能，确定可利用的I/O资源，并做出相对合理的使用规划。 (2) 作为输出控制线时，必须了解CPU复位期间和复位后该引脚的状态。 (3) 了解I/O端口输出级电路结构和I/O端口的负载能力。 (4) 了解I/O端口输出电平范围。,7.
2、1.1 通过锁存器、触发器扩展I/O口,1. 输出口,图7-1 使用74LS273扩展输出口,当A15、A14、A13、A12、A11为10110时，U3译码输出 有效，或非门U4等效于反相器，可见CPU写外部RAM选通信号 延迟了一个门电路延迟时间(约15 ns)，写端口地址为B000H，执行如下命令即可将累加器Acc内容锁存到74LS273的输出端。,MOV DPTR, #0B000H ; 将输出口地址送数据指针 MOVX DPTR, A ; 把累加器A内容锁存到74LS273的输出端,对于确实需要将数据写入这类“高电平送数，下降沿锁存”的器件，如某些LCD显示模块时，可采用如下办法解决。
3、 方法一：将这类器件的数据输入端、数据锁存使能端LE与CPU的I/O引脚(如P1.X)或具有输出锁存功能的I/O扩展芯片，如8255、8155的输出口相连，如图7-6所示。 方法二：在数据输入端与CPU数据总线之间加延迟电路(如门延迟或RC积分延迟电路)，使输入端数据滞后，保证锁存器数据锁存使能信号LE的下降沿在数据无效前出现，这样 信号经过反相后即可作为锁存信号LE。,2. 输入口,图7-2 扩展输入口,图7-3 扩展输入/输出口,7.1.2 用8255可编程I/O芯片扩展MCS-51的I/O口,图7-4 8255A引脚 (a) 引脚功能；(b) 引脚排列,1. 8255的结构及引脚功能,其
4、中： D7D0 数据总线，双向，三态，可与CPU数据总线直接相连。 A1、A0 地址线，输入。8255含有ABC三个8位输入/输出口和一个控制/状态寄存器，即4个可寻址的I/O端口。A1、A0地址线状态编码与这四个I/O端口的对应关系如下：,表7-1 8255的工作状态,PA7PA0 A口数据输入/输出线。 PB7PB0 B口数据输入/输出线。 PC7PC0 C口数据输入/输出线。当A、B口工作在选通方式时，C口部分引脚作为A、B口的通信联络信号。 8255内部由A、B、C三个并行口和一个控制/状态寄存器组成。其中控制寄存器主要用于设置ABC三个并行口的工作状态包括工作方式，输入还是输出。,A
5、口：作为输出口时，是一个8位的数据输出锁存和缓冲器；作为输入口时，是一个8位数据输入锁存器。 B口：作为输出口时，是一个8位的数据输出锁存和缓冲器；作为输入口时，是一个8位数据输入缓冲器(即B口对输入数据不具备锁存功能)。 C口：作为输出口时，是一个8位的数据输出锁存和缓冲器；作为输入口时，是一个8位数据输入缓冲器(即C口对输入数据不具备锁存功能)。,28255工作方式,表7-2 8255工作方式控制字各含义,表7-3 A、B口工作在方式1或2下C口引脚的含义,其中： (1) 当A或B口工作在方式1，且作为输入口时，PC5PC3引脚是A口的选通信号；PC2PC0是B口的选通信号。各选通信号含义
6、如下： 输入选通信号，输入，低电平有效。该信号由外设提供，外设通过 信号将数据锁存到A或B口输入缓冲器中。 IBF(Input Buffer Full)输入缓冲满信号，输出，高电平有效。当该信号有效时，表示输入到A或B输入缓冲器内的数据未被CPU读走，外设不能再把数据输入缓冲器内。IBF接外设的输出允许控制(由于IBF是C口引脚，CPU可以通过读C口信息，查询该信号的状态，确认是否需要读A、B口输入缓冲器内容)。,INTR（Interrupt Request）中断请求信号，输出，高电平有效。当 、IBF有效时，该信号有效，向CPU发出中断请求，一般接CPU的中断输入端。,下面以A口为例，说明选
7、通输入方式下的数据传输过程，硬件连接如图7-5(a)所示。 当外设需要将数据输入8255 A口时，先检查IBFA(即PC5引脚)的状态。 当IBFA无效(即处于低电平状态)，即把数据送A口。 外设输入 信号到8255的PC4引脚，以便将数据锁存到A口输入缓冲器中。 8255接收到信号后，一方面使IBFA(即PC5引脚为高电平)有效，通知外设不能再发送数据到A口；另一方面，使INTRA(即PC3引脚)有效，通知CPU可以读A口的数据。 CPU响应INTRA，向8255发送 信号，读A口数据。8255接收信号后，使INTRA和 无效，为接收下一外设数据做准备。,(2) 当A或B口工作在方式1，且作
8、为输出口时，PC7、PC6、PC3引脚是A口的选通信号；PC2PC0是B口的选通信号，含义如下： 外设响应，输入，低电平有效，该信号由外设提供。当外设已读走了8255输出口上的数据时，向8255回送的应答信号。 （Output Buffer Full）输出缓冲器满指示信号，输出，低电平有效。当CPU把数据写入8255的输出口后，该信号有效，表示外设可以读取输出口上的数据。一般接外设的输入请求端。 INTR（Interrupt Request）中断请求信号，输出，高电平有效。当无效时，该信号有效，表明8255可接收CPU输出的数据。一般接CPU的中断输入端，如图7-5(b) 所示。,图7-5 选
9、通输入/输出连接示意图 A口工作在选通输入方式的连接示意图； (b) A口工作在选通输出方式的连接示意图,图7-5 选通输入/输出连接示意图 A口工作在选通输入方式的连接示意图； (b) A口工作在选通输出方式的连接示意图,(3) 在双向传输方式（A口方式2）下，使用了PC7PC3作为联络信号。 可见，当A或B工作在方式1或2状态下，C口部分引脚作为联络信号使用，不能再作为一般的I/O引脚使用，但未用的C口引脚仍可以作为一般I/O引脚使用： 例如，当A口工作在方式0（基本输入/输出方式），B口工作在方式1时，除PC7PC4可作为一般I/O引脚使用(输入还是输出由工作方式控制字的b3位决定)，P
10、C3也可以作为一般I/O引脚使用(输入还是输出由工作方式控制字的b0位决定)。 又如，当A、B口均工作在选通输入方式时，PC7PC6仍可作为一般I/O引脚使用(输入还是输出由工作方式控制字的b3位决定)。,3. C口复位/位置控制字 当C口处于输出状态时，具有位控制功能，把“复位/位置控制字”写入控制寄存器后，即可使C口相应位置1或清零，C口复位/位置控制字格式如下：,4. 8255与MCS-51接口应用举例 【例7.1】 在某单片机应用系统中，需要46共24个按键的键盘以及驱动FM19264点阵式LCD显示器，其中LCD显示器主要引脚信号功能如下：,图7-6 8255A与8XC5X接口电路,
11、8255 A口地址为8800H； 8255 B口地址为8801H； 8255 C口地址为8802H； 8255 控制寄存器口地址为8803H。 可通过如下指令对8255进行初始化： MOV DPTR, #8803H ; 8255控制口地址送DPTR MOV A, #81H ; 工作方式控制字送累加器A MOVX DPTR, A ; 工作方式控制字送8255控制口,通过如下命令将存放在累加器A的数据信息写入LCD： MOV DPTR, #8800H ; 将LCD显示器数据口地址送DPTR MOVX DPTR, A ; 写入数据信息送A口 INC DPTR ; 指向B口 MOV A, #01000
12、000B ; 送读写、数据/命令标志（B口低6位与LCD 读写操作无关，可设为0） MOVX DPTR, A ; 使 引脚为低电平；引脚为高电平 INC DPTR ; 指向C口 MOV A, #11110000B MOVX DPTR, A ; 即E为高，同时选中CS3-CS1 CLR Acc.7 ; 使E信号为低电平，以便LCD将数据锁存到其 内部的数据锁存器中 MOVX DPTR, A,7.1.3 利用8155/8156可编程I/O芯片扩展MCS-51的I/O口 8155/8156也是MCS-51单片机系统常用的可编程I/O扩展芯片，与MCS-51接口方便。采用40引脚DIP封装形式，单一
13、+5 V工作电源。8155/8156 可编程I/O扩展芯片除了可提供三个可编程的I/O端口(A、B均为8位I/O口，C口为6位I/O端口)外，还提供了256字节的SRAM存储单元和一个14位可编程定时/计数器，并内置了地址锁存器，地址线可直接与MCS-51单片机的P0口相连，无须使用74LS373作地址锁存器，特别适合扩展具有片内程序存储器的MCS-51单片机CPU，如8751、8752、87C51/52/54/58、89C51/52/54/58、87C51X2/52X2/54X2/58X2、89C51X2/52X2/54X2/58X2等的I/O口。当系统所需外部数据存储器容量不大时，由1片C
14、PU和1片8155即可构成I/O端口较多的单片机应用系统。,1. 内部结构及引脚功能,图7-7 8155/8156内部结构及引脚排列,其中： ALE地址锁存信号，输入。在ALE信号下降沿将AD7AD0地址信号锁存到8155内部的地址锁存器中，以便将AD7AD0作为数据线使用(输入或输出)；ALE信号可直接与MCS-51 CPU的地址锁存信号ALE相连。 AD7AD0地址/数据总线，双向，可直接与MCS-51 CPU的P0口相连。 CE片选信号，输入，对于8155来说，低电平有效；对于8156来说，高电平有效。这是8155与8156的惟一区别。,I/O端口、命令/状态寄存器以及内部RAM选择信号
15、。当 =0，即低电平时，读写对象是8155内部256字节的SRAM；当=1，即高电平时，操作对象是I/O口或内部寄存器(包括命令/状态寄存器以及定时/计数器的高6位或低8位)。这6个寄存器的地址编码由A2A0(当 =1时，A7A3没有定义)决定，如下所示：,A2 A1 A0 寄存器或I/O口 0 0 0 命令/状态寄存器（命令寄存器和状态寄存器的地址编码相同，但 命令寄存器只能写入，即写操作对象是命令寄 存器；而状态寄存器只能读出，因此读操作对 象为状态寄存器）,0 0 1 A口 0 1 0 B口 0 1 1 C口 1 0 0 定时/计数器低8位 1 0 1 定时/计数器高6位 读I/O口或内
16、部RAM选通信号，输入，低电平有效。 写I/O口、命令及状态寄存器、内部RAM选通信号，输入，低电平有效。 PA7PA0，A口I/O引脚，双向，输出时具有锁存功能，但输入不锁存。,PB7PB0，B口I/O引脚，双向，输出时具有锁存功能，但输入不锁存。 PC5PC0，C口I/O引脚，双向，输出时具有锁存功能，但输入不锁存。 TMRIN定时/计数器输入端。 定时/计数器输出引脚，输出信号形式(方波或脉冲信号)由定时/计数器工作方式决定。 RESET复位信号输入引脚，高电平有效。只要RESET引脚保持5 s高电平信号，即可使8155进入复位状态，复位后，各端口均置为输入方式。,2. 8155初始化,表7-4 8155命令寄存器各位的含义,表7-5 8155的四种工作方式,3. 815
