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1、第9章单片机I O接口扩展技术 简单芯片扩展I O接口8255可编程接口芯片及其使用8155可编程接口芯片及其使用键盘及显示器接口设计A D和D A转换接口技术 主要内容 2020 5 23 单片机原理及其应用 2 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2I O接口的编址方式存储器统一编址方式 CPU将I O接口当作存储单元对待 访问I O与访问存储器单元操作相同I O独立编址方式 另外设立一个独立的I O空间 与存储器空间互不影响 单独编址供I O设备使用 在指令系统中 有专用于I O访问的指令 1I O接口的功能速度匹配 锁存数据 传送联络信号 输入设备数据缓冲适应CPU的快速操作 数据
2、格式转换 并 串转换 A D D A转换 电平转换 电平幅值或正 负逻辑转换 隔离 通过接口三态门将总线与其它设备隔离 2020 5 23 单片机原理及其应用 3 3I O接口数据传送方式 同步传送方式 无条件传送 外设与CPU速度相当时 采用此种方式 如 单片机与外部RAM之间的数据传送 查询传送方式 条件传送 CPU与I O接口之间的数据传送由程序控制来实现 通过查询外设是否准备就绪来决定是否传送数据 通用性好 软硬件简单 CPU效率低 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2020 5 23 单片机原理及其应用 4 中断控制传送方式 1 任何外设与CPU交换信息 需向CPU发出中断申请
3、 2 CPU检测到中断请求 若满足中断响应条件 CPU立即停止正在执行的程序 转去执行中断处理程序 进行数据传送 3 中断处理完毕返回被中断的程序处 继续执行原来的程序 CPU的效率提高 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2020 5 23 单片机原理及其应用 5 一个查询方式和中断方式比较的实例 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2020 5 23 单片机原理及其应用 6 由硬件完成数据交换 不需要CPU的介入 由DMA控制器控制 使数据传送在存储器与外设之间直接传送 快 成本高 直接存储器存取方式 DMA 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2020 5 23 单片机原理及
4、其应用 7 MCS 51系列单片机的外部RAM和I O口是统一编址的 因此用户可以把单片机外部64KRAM空间的一部分作为扩展I O的地址空间 单片机可以像访问外部RAM存储器那样访问外部接口芯片 对其口进行读写操作 在逻辑操作和指令使用上无任何区别 4MCS 51单片机的I O接口扩展 9 1I O接口概述 I O接口的功能 2020 5 23 单片机原理及其应用 8 实现方式采用TTL CMOS电路 设计原则输入口具有缓冲作用 缓冲器 输出口具有锁存作用 锁存器 常用TTL芯片缓冲器 74LS244 74LS245锁存器 74LS273 74LS373 74LS374 74LS377等 9
5、 2简单芯片扩展I O接口 2020 5 23 单片机原理及其应用 9 芯片功能介绍 1 74LS244三态缓冲器 2 4路 9 2简单芯片扩展I O接口 高阻 导通 2020 5 23 单片机原理及其应用 10 2 74LS2738D锁存器 9 2简单芯片扩展I O接口 禁止 导通 导通 锁存 2020 5 23 单片机原理及其应用 11 解决方案 实例 用74LS273和74LS244扩展I O口 9 2简单芯片扩展I O接口 2020 5 23 单片机原理及其应用 12 1 用74LS273CLK的设计 74LS273为锁存器 通常可作为输出口 对于单片机来说 数据输出控制由WR实现 设
6、P2 0 0时 单片机选中74LS273 则 可以得到下列真值表 9 2简单芯片扩展I O接口 2020 5 23 单片机原理及其应用 13 74LS244为缓冲器 通常可作为输入口 对于单片机来说 数据输出控制由RD实现 设P2 0 0时 单片机选中74LS244 则 可以得到下列真值表 9 2简单芯片扩展I O接口 2020 5 23 单片机原理及其应用 14 3 用74LS273和74LS244扩展I O口 9 2简单芯片扩展I O接口 2020 5 23 单片机原理及其应用 15 74LS273和74LS244的地址空间分析 地址为 FEFFH 9 2简单芯片扩展I O接口 2020
7、5 23 单片机原理及其应用 16 256 8位的静态RAM I O接口部分可编程8位PA7 0可编程8位PB7 0可编程6位PC5 0命令寄存器 8位状态寄存器 8位计数器 计时器部分一个14位的二进制减法计数器 计时器 8155的结构 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 17 AD7 0 地址数据线 三态 RESET 复位信号 ALE 允许地址锁存信号 8155的引脚 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 18 PA7 0 8根通用的I O端口线 PB7 0 8根通用的I O端口线 PC5 0 6根通用的I
8、O端口线 TIMERIN 14位二进制减法计数器的输入端 TIMEROUT 计时器的输出引脚 电源引脚 Vcc Vss 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 19 8155与8031的连接 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 20 8155的256字节RAM的使用 作为单片机的外RAM 1使用条件 1 0 8155芯片被选中 2 0 8155芯片上的RAM被选中 由AD0 AD7的地址总线 A0 A7 为256个单元编址 此时 当 0 CPU从8155RAM中由A7 A0指定的单元中读取一个字节的数据 当 0 C
9、PU将一个字节的数据写入到由A7 A0指定的8155RAM单元中 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 21 2单片机访问8155的RAM P2 7 0 且P2 0 0 单片机使用8155上的RAM 8155RAM的地址空间分析 地址范围为 7E00 7EFFH 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 22 3单片机访问8155RAM的程序设计 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 23 8155I O端口的使用 作为单片机的外部I O口 1使用条件 1 0 8155芯片被选中
10、 2 1 8155芯片上的I O口和定时 计数器被选中 由AD0 AD7的地址总线 A0 A2 为I O口和定时 计数器编址 此时 当 0 CPU从A2 A0指定的对象读取 输入 一个字节的数据 当 0 CPU将一个字节的数据写入 输出 到A2 A0指定的对象 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 24 28155芯片I O口地址分配 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 25 3单片机访问8155的I O口 P2 7 0 且P2 0 1 单片机使用8155上的I O口和定时 计数器 8155I O口的地址空间分析
11、 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 26 I O口及定时 计数器 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 27 9 48155可编程接口芯片及其使用 4命令寄存器的定义 PA PB PC1 PC2 IEA IEB TM1 TM2 ALT100 C口输入 A B口基本I O方式ALT211 C口输出 A B口基本I O方式ALT301 PC3 PC5输出 A口选通方式 B口基本I O方式ALT410 A B口选通方式 PC2 PC1 C口数据传送方向及AB口工作方式 TM1 TM2 计数器控制 2020 5 23
12、单片机原理及其应用 28 PC口在各种工作方式下的状态 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 29 5状态寄存器的定义 9 48155可编程接口芯片及其使用 A口中断请求标志 A口缓冲器满标志 A口中断允许标志 B口中断请求标志 B口缓冲器满标志 B口中断允许标志 定时器中断允许标志 计数到指定长度后置1 读状态后清0 2020 5 23 单片机原理及其应用 30 68155I O口的初始化及应用程序设计 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 31 9 4 38155定时器 计数器工作原理 8155的定时器是一个1
13、4位的减法计数器 能对输入定时器的脉冲信号进行计数 在达到 最后 计数值时 有一个矩形波或脉冲输出 由编程来控制定时器的输出波形及计数长度 由于计数长度为14位 所以分两次装入 计数初值的范围是 2H 3FFFH 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 32 1 8155定时器 计数器工作方式由8155命令寄存器的最高两位设定 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 33 2 定时 计数器的格式和输出形式 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 34 2 定时 计数器的格式和输出形
14、式 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 35 3 8155定时 计数器的初始化及应用程序设计 9 48155可编程接口芯片及其使用 2020 5 23 单片机原理及其应用 36 在单片机应用系统中 键盘和显示器是常用的外设 它们是人与应用系统交换信息的窗口 用于输入参数和命令 显示系统的运行状态 计算结果以及命令提示信息等 本节主要介绍单片机应用系统中常用简单键盘和显示器的接口及软件设计方法 9 5键盘及显示器接口设计 2020 5 23 单片机原理及其应用 37 9 5 1键盘工作原理与接口电路 一 键盘概述 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵 它是一
15、种廉价的输入设备 一个键盘 通常包括有数字键 0 9 字母键 A Z 以及一些功能键 操作人员可以通过键盘向计算机输入数据 地址 指令或其它控制命令 实现人机对话 键盘按其结构形式可分为两类 1编码键盘 即键盘上闭合键的识别由专用的硬件来实现 2非编码键盘 即键盘上闭合键的识别由软件来识别 9 5键盘及显示器接口设计 2020 5 23 单片机原理及其应用 38 单片机系统中普遍使用非编码键盘 键盘接口应具备以下功能 1 键扫描功能 即检测是否有健按下 2 产生相应的键代码 键值 3 消除按键抖动及多键按下 计算机测控系统常见键盘 通用键盘 84键 101键 102键 104键等 含单片机 串
16、行输出 扫描码 专用键盘 根据需要自己设计键盘 按键 即无锁开关 有机械按键 电容按键 导电橡胶按键 薄膜按键 9 5 1键盘工作原理与接口电路 2020 5 23 单片机原理及其应用 39 按键开关的集合 二 键盘的特点 5 10ms 5 10ms 100ms 键的闭合 断开是机械触点的通断 会产生抖动 按键的确认需要消除抖动 硬件消抖RS触发器 软件消抖软件延时10 20ms 让过抖动区 9 5 1键盘工作原理与接口电路 2020 5 23 单片机原理及其应用 40 三 键盘接口 独立式键盘各键相互独立 各接一根输入线 键盘驱动程序步骤查键 扫描有否键按下 若无键按下 返回有键按下软件去抖 延时10 20ms找键 逐位右移等键释放软件去抖 9 5 1键盘工作原理与接口电路 2020 5 23 单片机原理及其应用 41 1 行扫描法判断有键按下 通过行线发出低电平信号 如果该行线所连接的键没有按下 则列线所接的端口得到的全是 1 信号 如果有键按下 则得到非全 1 信号 确认按下的键 逐行扫描 为防止双键或多键同时按下 再从第0行一直扫描到最一行 给定键值 找到有效的闭合键后 读入相
