计算机课件 第八章--IO接口扩展设计及应用

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1、8.1 I/O扩展概述 8.2 MCS-51单片机与可编程并行I/O芯片8255A的接口8.3 MCS-51与可编程芯片8155的接口8.4 TTL芯片扩展简单的I/O接口8.5 键盘/显示器接口芯片8279教学目的和要求 本章主要介绍MCS-51系列单片机接 口电路、简单接口和可编程接口8255、 8155、8279的结构原理及应用。要求重 点掌握MCS-51系统单片机接口电路、简 单电路和可编程接口8255、8155内部结 构及应用方法。I/O扩展概述 v I/O扩展概述v 在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩输入输出 (I/O)接口芯片。v MCS-51单片机的外部数据存储器R

2、AM和I/O是统一编址 的，用户可以把外部64K字节的数据存储器RAM空间的 一部分作为扩展I/O接口的地址空间，每一个接口芯片中 的一个功能寄存器口地址就相当于一个RAM存储单元， CPU可以向访问外部存储器RAM那样访问外部接口芯片 ，对其功能寄存器进行读、写操作。 I/O扩展概述v Intel公司常用的外围接口芯片有：v 8255：可编程的通用并行接口电路(3个8位I/O口)。 v 8155：可编程的RAM/IO扩展接口电路(256个RAM字节单 元，2个8位I/O口，1个6位I/O口，1个14位的减法定时器 计数器)。 v 8279：可编程键盘、显示接口。v 它们都可以和MCS-51单

3、片机直接相接，且接口逻辑十分 简单。另外74LS系列的LSTTL电路也可以作为MCS-51的 扩展I/O口，如74LS373、74LS377等。 I/O扩展概述v 常用的I/O编址有两种方式：独立编址方式和统 一编址方式。v 所谓独立编址，就是把I/O和存储器分开进行编址，亦即各编各 的地址。这样在计算机系统中就形成了两个独立的地址空间： 存储器地址空间和I/O地址空间。因此在使用独立编址方式的计算机指令系统中，除存储器读写 指令外，还有专门的I/O指令以进行数据输入输出操作。v 统一编址就是把系统中的I/O和存储器统一进行编址。在这种编 址方式中，把I/O接口中的寄存器（端口）与存储器中的存

4、储单 元同等对待。采用这种编址方式的计算机只有一个统一的地址空间，该地址 空间既供存储器编址使用，也供I/O编址使用。I/O扩展概述v MCS-51单片机使用统一编址方式。因此在接口 电路中的I/O编址也采用16位地址，同存储单元 地址长度一样。对片外I/O的输入输出指令就是 访问RAM的指令。v MCS-51单片机进行扩展IO接口设计时，要注意以下几 个问题：(1)熟悉MCS-51本身的POP3口特性及指令功能。(2)分析清楚要扩展的接口芯片的功能、结构及能力。(3)在进行硬件设计时要注意接口电平及驱动能力。(4)设计驱动程序要注意，防止总线上的数据冲突。应根 据 实际情况采用不同的数据传送

5、控制方式 。8 2 5 5 A 芯 片 介 绍v 8255A芯片介绍v 8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口 芯片，它具有3个8位的并行I/O口，分别为PA口 、PB口和PC口，其中PC口又分为高4位口（PC7 PC4）和低4位口（PC3 PC0），它们都可 以通过软件编程来改变I/O口的工作方式。 8255A可以与MCS-51单片机直接接口。8 2 5 5 A 芯 片 介 绍v 8255A的引脚如图8-1所示。8255A的结构框图如 图8-2所示。 它由以下几个部分组成： (1)数据端口A、B、CPA口：一个8位数据输出锁存器 和缓冲器；一个8位数据输入锁存器 。PB口：一个8

6、位数据输出锁存器 和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器 。PC口：一个8位的输出锁存器； 一个8位数据输人缓冲器。8 2 5 5 A 芯 片 介 绍v 8255A的结构框图8 2 5 5 A 芯 片 介 绍（2）A组和B组控制电路这是两组根据CPU写入的“命令字”控制8255A工作方式的 控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部（PC7-PC4） ；B组控制PB口和PC口的下半部（PC3-PC0）。(3)双向三态数据缓冲器 这是8255A和CPU数据总线的接口，CPU和8255A之间的 命令、数据和状态的传递都通过双向三态总线缓冲器传送 的，D7-D0接CPU的数据总线。8 2 5 5 A 芯 片

7、 介 绍(4)读写和控制逻辑A0、A1、 CS 为8255A的端口选择信号和片选信号， RD 、WR 为8255A的读写控制信号，这些信号线分别和MCS-51的地址线和读写信号线相连接，实现CPU对8255A的口选择和数据传送。CPU对8255A的A口、B口、C口和控制口的寻址如表8-1所示。 (5)复位控制引脚RESET为复位信号输入脚，高电平有效。复位有效时，它把控制寄存器清零和 置所有端口(A、B、C)为输入方式。 8 2 5 5 A 芯 片 介 绍v 表8-1 8255A端口选择表操作CSA1A0RDWR功能 输入00001A口数据总线(读端口A) 输入00101B口数据总线(读端口B

8、) 输入01001C口数据总线(读端口C) 输入01101状态寄存器数据总线 输出00010数据总线A口(写端口A) 输出00110数据总线B口(写端口B) 输出01010数据总线C口(写端口C) 输出01110数据总线控制寄存器 禁止1数据总线为高阻态3 种 工 作 方 式 及 选 择v 8255A的3种工作方式及选择v 8255A有三种基本工作方式：方式0一基本输入输出；方式1一选通输入输出；方式2一双向传送(仅PA口)。v 工作方式的选择由CPU输出的控制字决定。1“方式”选择控制字 8255A的工作方式，它可由CPU送出一个控制字到8255A的控制 字寄存器来选择。这个控制字的格式如图

9、8-3所示，可以分别选择端口A和端口B的工作方 式，端口C分成两部分，上半部分随端口A，下半部随端口B。端口A有方式0、1和2三种，而端口B只能工作于方式0和1。最高位D7是 该控制字的标志位，其状态固定为1，用于表明本字节是方式控制字。3 种 工 作 方 式 及 选 择8255A 的控制字3 种 工 作 方 式 及 选 择v 例8-1： 若对8255A作如下设置：A口方式0输入 ，B口方式1输出，C口高位部分输出低位部分为 输入。设控制寄存器地址为0FFFBH。按各口的设置要求，工作方式控制字为 10010101B，即95H。则初始化程序段为：MOV DPTR，#0FFFBH MOV A，#

10、95H MOVX DPTR，A3 种 工 作 方 式 及 选 择2C口按位置位/复位功能端口C的8位中的任一位，可用一个写入8255A的控制口的置位 复位控制字来置位或复位。这个功能主要用于控制。控制字的 格式如图8-4所示。D7是该控制字的标志，其状态固定为0。v 例8-2：如果想把8255A的C口的PC1置1，PC7复位，该如 何对8255A编程。将03H写入控制口，置“1”PC1；0EH写 入控制口，清“0”PC7。设控制寄存器地址为0FFFBH。程序如下： MOV DPTR，#0FFFBH MOV A，#03H MOVX DPTR，A MOV A，#0EH MOVX DPTR，A3 种

11、 工 作 方 式 及 选 择3 种 工 作 方 式 及 选 择3方式0的功能两个8位端口(A和B)和两个4位端口(口C)。 任一个端口都可以作为输入或输出。 输出是锁存的。 输入是不锁存的。 在方式0时，各个端口的输入、输出可有16种 不同的组合。 在这种工作方式下，由于是无条件的传送，所以不需要状 态端口，三个端口都可作为数据端口。在MCS-51系统中 ，只要执行MOVX类指令，便可完成输入输出操作。3 种 工 作 方 式 及 选 择4、方式1的功能v (1)方式1的基本功能用作一个或两个选通端口。 每一个端口包含有：8位数据端口；三条控制线(是固定 指定的，不能用程序改变)；提供中断逻辑。

12、 任何一个端口都可以作为输入或输出。 若只有一个端口工作于方式1，余下的13位，可以工作 在方式0(由控制字决定)。 若两个端口都工作于方式1，端口C还留下两位，这两 位可以由程序指定作为输入或输出，也具有置位复位功 能。3 种 工 作 方 式 及 选 择v (2)方式1输入当任一端口工作于方式1输入时，其逻辑组态如图85所 示。其各个控制信号的意义为： STB(Strobe)：选通脉冲（输入），低电平有效。IBF（Input Buffer Full）输入缓冲器满信号（输出）， 高电平有效。这是一个8255A输出的状态信号。INTR(Interrupt Request)：中断请求信号（输出），

13、高 电平有效。这是8255A的个输出信号，可用于作为向 CPU的中断请求信号，以要求CPU服务。INTEA和INTEB为中断使能信号；3 种 工 作 方 式 及 选 择方式1输入组态3 种 工 作 方 式 及 选 择v (3)方式1输出方式1输出时，其逻辑组态如图8-6所示，主要的控制信号 如下：OBF(Output Buffer Full)：输出缓冲器满信号，低电平 有效，这是8255A输出给外设的一个控制信号。ACK(Achowledge)：低电平有效。这是一个外设的响应 信号，指示CPU输出给8255A的数据已经由外设接受。INTR：中断请求信号，高电平有效。 INTEA：由PC6的置位

14、复位控制。 INTEB: 由PC2的置位复位控制。 3 种 工 作 方 式 及 选 择方 式 1输 出 组 态3 种 工 作 方 式 及 选 择5方式2的功能该工作方式的主要功能:方式2只用于端口A，端口B无此种工作方式。一个8位的双向总线端口(端口A)和一个5位控制端口(端 口C)。输入和输出是锁存的。5位控制端口用作端口A的控制和状态信息。3 种 工 作 方 式 及 选 择v 8255A工作在方式2时，其逻辑组态如图87所示。各个 信号的意义为：INTR(中断请求)：高电平有效。在输入和输出方式时 ，都可用来作为向CPU的中断请求信号。OBF(输出缓冲器满)：低电平有效。它是对外设的一种

15、选通信号，表示CPU已把数据输出至端口A。ACK(响应信号)：低电平有效。它启动端口A的三态输 出缓冲器，送出数据；否则，输出缓冲器处在高阻状态。3 种 工 作 方 式 及 选 择INTEl(与输出缓冲器相关的中断屏蔽触发器)：由PC6 的置位复位控制。STB(选通输入)：低电平有效。这是外设供给8255A的 选通信号，它把输人数据选通至8255A的输人锁存器。IBF(输入缓冲器满)：高电平有效。它是一个状态信息 ，指示数据已进入输入锁存器。INTE2(与输入缓冲器相关的中断屏蔽触发器)：由PG4 的置位复位控制。3 种 工 作 方 式 及 选 择v 接口应用举例v 例8-3：在8051单片机

16、上扩展一片8255A芯片，设端口A为 方式0输入，端口B方式0输出，端口C（上半部）PC7 PC4输入，端口C（下半部）PC3PC0输出。要求从A口 读入的数据从B口输出。试设计扩展接口电路，并给出初 始化程序。完成上述功能的接口电路如图8-8所示。3 种 工 作 方 式 及 选 择v 8255A的扩展接口图3 种 工 作 方 式 及 选 择v 根据题目要求，8255A的控制字为 10011000B=98H(控制字的格式见图8-3)。初始化程序清单如下：MOV A，#98H MOV DPTR，#7FFFH MOVX DPTR, A MOV DPTR, #7FFCH MOVX A, DPTR INC DPTR MOVX DPTR,A8 1 5 5 芯 片 介 绍v MCS51与可编程芯片8155的接口v Intel 8155/815