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1、1,第10讲 I/O口的扩展,电气工程系 赵志衡 E-mail:zhzhhe,2,I/O扩展主要内容,可编程I/O芯片8255A的扩展 可编程I/O芯片8155H的扩展 计数器芯片8253的扩展 利用串口实现并行口的扩展 采用通用TTL芯片的扩展电路,3,本讲主要内容,I/O扩展概述 8255A的工作原理及其扩展 采用通用TTL芯片的I/O扩展 编程举例,4,I/O (输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信 息的桥梁。,I/O扩展也属于系统扩展的一部分。,MCS-51中真正用作I/O口线的只有P1口的8位和P3口的某些位线。,在多数应用系统中，MCS-51都需要外扩I/O接口电路。,I
2、/O扩展概述,5,I/O接口电路可实现以下功能：,1.实现和不同外设的速度匹配,大多数的外设的速度很慢，无法和s量级的MCU 速度相比。,MCU只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提 下才能进行I/O操作。,想知道外设是否准备好，需与外设之间传送状态信息。,I/O接口的功能,6,2. 输出数据锁存,由于MCU工作速度快，数据在数据总线上保留的时 间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。I/O电路 应具有数据锁存器，以保证接收设备可靠接收。,3. 输入数据三态缓冲,MCU具有多个输入设备时，使得数据总线上可“挂”有多个数据源，为不发生冲突，只允许当前正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的
3、应处于隔离状态。,7,I/O端口的编址,首先清楚I/O接口（Interface）和I/O端口（Port）的概念。,I/O端口：简称I/O口，指具有端口地址的寄存器或 缓冲器。,I/O接口：是指MCU与外设间的接口芯片。,一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口， （1）数据口（2）命令口（3）状态口,I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器分配地址。,8,I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址,1独立编址方式,I/O寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址，但 需专门读写I/O的指令和控制信号。,2统一编址方式,I/O寄存器与数据存储器单元同等对待，统一编址。 不需要专门的I/O指令，直接使
4、用访问数据存储器的指 令进行I/O操作，简单、方便且功能强（MOVX）。,MCS51采用这种方式,9,MCS-51使用统一编址的方式,每一接口芯片中的一个功能寄存器（端口）的地址就相当于一个RAM单元。,I/O数据的几种传送方式,为实现和不同的外设的速度匹配，I/O接口必须根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。,I/O数据传送的几种传送方式是：,（1）同步传送（2）查询传送（3）中断传送。,10,1.同步传送方式（无条件传送）,当外设速度和MCU的速度相比拟时，常采用同步传 送方式，最典型的同步传送就是MCU和外部数据存储 器之间的数据传送。,2.查询传送方式（条件传送，异步式传送）,查询
5、外设“准备好”后，再进行数据传送。,优点：通用性好，硬件连线和查询程序十分简单，,缺点：效率不高。,为提高效率，通常采用中断传送方式。,11,3.中断传送方式.,外设准备好后，发中断请求，MCU进入与外设数 据传送的中断服务程序，进行数据的传送。中断服务 完成后又返回主程序继续执行,工作效率高。,常用的I/O接口电路芯片,Intel公司的配套可编程I/O接口芯片的种类齐全，为扩展I/O接口提供了很大的方便。或者采用通用的TTL集成电路芯片。,12,小结,原因：MCS-51本身提供的I/O端口不多（P1、P3的一部分） 方法：MCS-51将外扩I/O和外部数据存储器统一编址，用户可以把一部分外部
6、数据存储器的空间（64k）作为I/O空间，通过MOVX指令完成对外扩I/O口的输入输出。 实现：采用专门的外围接口芯片8155，8255等 采用通用的TTL芯片74LS377，74LS273等,13,可编程并行I/O芯片8255A,引脚及结构介绍 3个8位并行口PA、PB、PC 。PC可分为高4位与低4位 D0D7数据端口(双向三态) A,B两组控制电路,控制总线接口 复位控制RESET,高电平有效,14,8255A的端口,8255端口选择,15,8255A功能简述,8255A的三种工作方式 方式0基本输入输出 方式1选通输入输出 方式2双向传送（仅PA口） 8255A的工作方式由控制字选择,
7、16,8255A控制字,工作方式选择控制字,C口按位置位/复位控制字,8255A控制字,端口C按位置位/复位控制字,17,8255A工作方式0（基本I/O方式）,两个8位端口和两个4位端口 任一个端口都可以输入输出 输出锁存而输入不锁存 数据无条件传送，不需要状态端口,18,8255A工作方式1（选通I/O方式）,可用作1或2个选通的输入或输出口 每个端口包括8位数据口和3条固定的控制线 可选择1个端口工作于方式1，余下的工作在方式0 可选择2个端口都工作于方式1,19,工作于方式1下的端口,选通输入/输出工作方式。A口和B口通常用于I/O数 据传送，C口用作A口和B口的联络线，以中断或查询的
8、方式传送数据。如作为输入时: STB:输入选通,由输入外设送来的信号 IBF：输入缓冲器满，发给外设，表示数据已经写入8255A INTR：中断请求，8255A向CPU发出,20,回顾：数据存储器读/写时序,数据存储器写周期时序,21,8255A接口应用举例1,8255A与8031接口电路,22,8255A的接口应用举例1,端口地址确定,8255A各端口寄存器的地址为：,A口： FF7CH B口： FF7DH C口： FF7EH 控制寄存器： FF7FH,确定地址的原则：通常将未使用到的地址线置1,23,软件编程,要求8255A工作在方式0，且A口作为输入，B口、 C口作为输出，程序如下：,M
9、OV A,#90H ；A口方式0输入，B口、 ；C口输出的控制字送A MOV DPTR,#0FF7FH ；控制寄存器地址DPTR MOVX DPTR,A ；方式控制字控制寄存器,MOV DPTR,#0FF7CH ；A口地址DPTR MOVX A,DPTR ；从A口读数据 MOV DPTR,#0FF7DH ；B口地址DPTR,MOV A,#55H ；要输出的数据55HA MOVX DPTR,A ；将55H送B口输出 MOV DPTR,#0FF7EH ；C口地址DPTR MOV A,#60H ；60HA MOVX DPTR,A ；将60H送C口输出,24,8255A接口应用举例2,当口A、B工作于
10、非方式0时，要使用到一些C口线，对于这些已被占用的C口不要进行置位、清零操作。,对端口C的置位/复位。先将C口的PC5置“1”，然后将其清“0” MOV DPTR,#0FF7FH; 8255A芯片 控制口地址 MOV A,#0BH; 方式控制字 送入A MOVX DPTR,A; 方式控制字 送入8255A PC5=1 MOV A,#0AH; 方式控制字 送入A MOVX DPTR,A; 方式控制字 送入8255A ,PC5=0,端口C按位置位/复位控制字,25,关于8255A的使用,一般让8255A工作于方式0，此时MCS-51相当于多了3个I/O口，其中一个（C口）既可以按字节操作，又可以按
11、位操作。 在使用方式1、方式2时，一定要注意对C口控制时序的理解，而且一定要接支持这种时序的外设，例如打印机等。 通常8255A可以由方式1、方式2实现的控制，也可以由方式0实现。,26,采用通用TTL芯片的I/O口 扩展,在许多情况下，有些开关量或并行数据需直接输出或输入。 可采用8D锁存器和三态驱动门等进行扩展。（74LS377、74LS273、74LS244等）,27,74LS377作为输出口,功能说明：74LS377是8D锁存器，20个管脚，8个输入（D0D7）、8个输出（Q0Q7）、一个片选E、一个锁存端时钟（CLK）上升沿有效，另外，还有电源、地。,28,74LS377扩展为输出口
12、,74LS377作为输出口，试确定其地址，E接P2.7；CLK接WR，377的输入端接8031的数据口，输出端接8个发光二极管。 地址：7FFFH Mov dptr,#7fffh Mov a,#00h Movx dptr,a,29,74LS273作为输出口,功能说明：74LS273是8D锁存器，20个管脚，8个输入（D0D7）、8个输出（Q0Q7）、一个清零端（CLR）、一个锁存端（CLK）上升沿有效，另外，还有电源、地。,30,74LS273作为输出口,地址：8000H Mov dptr,#8000h Mov a,#00h Movx dptr,a,31,74LS244作为输入口,功能说明：7
13、4LS244是8个三态线驱动器，20个管脚，2个4输入端（1A11A4）、 （2A12A4）； 2个4输出端（1Y11Y4）、 （2Y12Y4），两个控制端1G、2G（低电平有效，否则三态输出），另外，还有电源、地。,32,74LS244作为输入口,74LS244作为输入口，试确定其地址，1G、2G均接P2.6、RD的或门输出端；244的输出端接8031的数据口，输入端接8个按键。 地址：BFFFH mov dptr,#0bfffh movx a,dptr,D0 D1 D2 D7,J0 J1 J2 J7,33,提示：,TTL芯片扩展8051的I/O口，在工程中应用很多，要注意加深理解。 选择芯片时，扩展为输入口的，TTL芯片必须具有三态输出。用为扩展为输出口的，一般选用具有锁存功能的TTL芯片，但有时也选用具有三态输出的芯片，要看具体电路的功能。,34,END,
