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1、从下一页开始 从下一页开始第9章 MCS-51扩展I/O接口的设计9.1 I/O接口扩展概述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。真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和P3口的某些位线。在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O接口电路。9.1.1 I/O接口的功能I/O接口电路应满足以下要求：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量级的单片机 速度相比。单片机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I/O接口电路与外设之 间传送状态信息。2.
2、输出数据锁存由于单片机工作速度快，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，以保证接收设备接收。3. 输入数据三态缓冲输入设备向单片机输入数据时，但数据总线上面可能“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，其余的应处于隔离状态。9.1.2 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：是指单片机与外设间的I/O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）
3、状态口I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。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。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。9.1.3 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：（
4、1）同步传送（2）异步传送（3）中断传送。1.同步传送方式（无条件传送）当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传送方式，最典型的同步传送就是单片机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。3.中断传送方式.外设准备好后，发中断请求，单片机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。9.1.4 I/O接口电路如何实现I/O接口的扩展。Intel公司的配套可编程I/O接口芯片的种
5、类齐全，为扩展I/O接口提供了很大的方便。常用的外围I/O接口芯片有：（1）8255A：可编程的通用并行接口电路（3个8位I/O口）。（2）8155H：可编程的IO/RAM扩展接口电路（2个8 位I/O口,1个6位I/O口, 256个RAM字节单元，1个14 位的减法定时器/计数器）。可与MCS-51单片机直接连接，接口逻辑十分简单此外，74LS系列的TTL电路也可以作为MCS-51的扩展 I/O口，如74LS244、 74LS273等。最后介绍利用串行口来扩展并行I/O口。9.2 MCS-51与可编程并行I/O芯片8255A的接口9.2.1 8255A芯片介绍8255A是Intel公司生产的
6、可编程并行I/O接口芯片 ，具有3个8位的并行I/O口，3种工作方式，可通过编 程改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强。1.引脚说明40只引脚，双列直插式封装，引脚功能如下：D7D0：三态双向数据线，与单片机数据总线连接CS*：片选信号线，低电平有效，表示本芯片被选中RD*：读出信号线，控制8255A中数据的读出高WR*：写入信号线，控制向8255A数据的写入。Vcc：+5V电源。PA7PA0：A口输入/输出线。 PB7PB0：B口输入/输出线。 PC7PC0：C口输入/输出线。A1、A0：地址线，用来选择8255A内部的4个端口。2.内部结构（1）端口A、B、C功能和结构上有些差异PA口：
7、输出锁存和缓冲；输入锁存PB口：输出锁存和缓冲；输入缓冲PC口：输出锁存；数据输入缓冲PC口可在软件的控制下，分为两个4位端口，作为 PA口、PB口选通方式操作时的状态控制信号。(2)A组和B组控制电路A组：PA口和PC口的上半部（PC7PC4）；B组：PB口和PC口的下半部（PC3PC0）,可根据“命令字”对PC口按位“置1”或“清0”。 (3)数据总线缓冲器线线三态双向，作为8255A与单片机数据线之间接口， 传送数据、指令、控制命令及外部状态信息。(4)读/写控制逻辑电路线该电路接收CPU发来的控制信号、RESET、地址信 号A1、A0等。对端口进行读写。各端口的工作状态与控制信号的关系
8、如表9-1所示。表9-1 8255A端口工作状态选择A1A0RD*WR*CS*工作状态00010读端口A：A口数据数据总线 读端口B：B口数据数据总线 读端口C：C口数据数据总线01010 10010 00100写端口A：总线数据A口 写端口B：总线数据B口 写端口C：总线数据C口 写控制字：总线数据控制字寄 存器01100 10100 111001数据总线为三态 11010非法状态 110数据总线为三态9.2.2 工作方式选择控制字及C口置位/复位控制字8255A有三种工作方式：(1) 方式0：基本输入输出； (2) 方式1：选通输入输出；(3) 方式2：双向传送（仅A口有）。1.工作方式选
9、择控制字三种工作方式由方式控制字来决定。控制字格式如下。C口上半部分（PC7PC4）随A口称为A组，C口下半部分（PC3PC0）随B口称为B组。其中A口可工作于方式0、1、和2，而B口只能工作在 方式0和1。例如：写入工作方式控制字95H可将8255A编程为：A口方式0输入，B口方式1输出，C口的上半部分（PC7 PC4）输出，C口的下半部分（PC3PC0）输入。2. C口按位置位/复位控制字可对C口8位中的任一位置“1”或清“0”。用于位控。例如：控制字07H写入控制口，置“1” PC3；08H写入控制口，清“0” PC4。9.2.3 8255A的三种工作方式1.方式0基本的输入/输出方式。
10、外设的I/O数据可在8255A的各端口得到锁存和缓冲MCS-51可对8255A进行数据的无条件传送例如:从口线读入一组开关状态，向端口输出数字量，控制一组指示灯的亮、灭。不需要联络信号，基本功能为： （1）具有两个8位端口（A、B）和两个4位端口（C 的上半部分和下半部分）。（2）任一个端口都可以设定为输入或输出，各端口 的输入、输出可构成16种组合。（3）数据输出锁存，输入不锁存。例 假设8255A的控制字寄存器地址为FF7FH，则令A口 和C口的高4位工作在方式0输出， B口和C口的低4位 工作于方式0输入，初始化程序：MOV DPTR，#0FF7FH ；控制字寄存器地址送DPTR MOV
11、 A，#83H ；方式控制字83H送AMOVX DPTR，A ；83H送控制字寄存器2. 方式1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，以中断方式传送数据。(1) 方式1输入控制联络信号如图9-5所示，STB*与IBF构成了一对应答联络信号，联络信号的功能如下图：STB*：选通输入，是由输入外设送来的输入信号。IBF：输入缓冲器满，高电平有效。表示数据已送入8255A的输入锁存器，它由STB*信号的下降沿置位，由信号的上升沿使其复位INTR：中断请求信号，高电平有效。由8255A输出，向单片机发中断请求。INTE A：A口中断允许，由PC4控制，
12、INTE B：B口中断允许，由PC2控制。A口的方式1输入工作方式见图9-6。（2）方式1输出如图9-7所示。OBF*与ACK*构成了一对应答联络信 号，各信号的功能如下：OBF*：输出缓冲器满信号，8255A给外设的联络信号 ，外设可以将数据取走。ACK*：外设的响应信号，外设已将数据取走。INTR*：中断请求信号。表示该数据已被外设取走，请求单片机继续输出下一个数据。INTE A：中断允许，由PC6控制。INTE B：中断允许，由PC2控制。B口的方式1输出如图9-8所示：3.方式2只有A口才能设定为方式2。图9-9为方式2工作示意图。在方式2下，PA7PA0为双向I/O总线。当输入时，P
13、A7PA0受STBA*和IBFA控制，其工作 过程和方式1输入时相同；当输出时，PA7PA0受OBFA*、ACKA*控制，其工作 过程和方式1输出时相同。9.2.4 MCS-51单片机和8255A的接口1.硬件接口电路如图9-10是8031扩展1片8255A的电路图。74LS373是地 址锁存器，P0.1、P0.0经74LS373与8255A的地址线A1、A0 连接； P0.7经74LS373与片选端相连，其他地址线悬空。2.端口地址确定图9-10中8255A各端口寄存器的地址为：A口： FF7CHB口： FF7DHC口： FF7EH控制寄存器： FF7FH3.软件编程例9-1 要求8255A
14、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：MOV A,#90H ；A口方式0输入，B口、；C口输出的控制字送AMOVDPTR,#0FF7FH ；控制寄存器地址DPTRMOVX DPTR,A ；方式控制字控制寄存器 MOVDPTR,#0FF7CH ；A口地址DPTRMOVX A,DPTR ；从A口读数据MOV DPTR,#0FF7DH ；B口地址DPTR MOV A,#DATA1 ；要输出的数据DATA1AMOVX DPTR,A ；将DATA1送B口输出MOV DPTR,#0FF7EH ；C口地址DPTRMOV A,#DATA2 ；DATA2AMOVX DPTR,A ；将数据D
15、ATA2送C口输出例9-2 对端口C的置位/复位。把PC5置位，控制字为0BH MOV R1,#7FH ；控制口地址R1 MOV A,#0BH ；控制字AMOVX R1,A ；控制字控制口，PC5=1把PC5复位，控制字为0AH MOV R1,#7FH ；控制口地址R1 MOV A,#0AH ；控制字AMOVX R1,A ；控制字控制口，PC5=09.3 MCS-51单片机与8155H的接口9.3 .1 8155H芯片介绍1.8155H的逻辑结构如图9-11所示。2.8155H的引脚功能8155H的引脚功能（1）AD7AD0（8条）（2）I/O总线（22条）（3）控制总线（8条）RESET：复位输入线CE*和IO/M*RD*和WR*ALE：地址锁存允许TIMERIN和TIMEROUT*：（4）电源线（2条）Vcc：+5V电源Vss：地CE*IO/M*A7A6A5A4A3A2A1A0所选的端口01000命令/状态寄存器01001A口01010B口01011C口01100计数器低8位01101计数器高6位00RAM单元3.CPU对8155H I/O端口的控制(1) 8155H各端口地址分配（2）8155H的命令字（3）8155H的状态字9.3.2 8155H的工作方式
