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1、第二章 基本输入输出接口技术,2.1 通用输入输出接口,2.2 基本人机交互设备与计算机的接口,2.3 打印机、MODEM与计算机的接口,2.0 计算机接口简介,为什么要用计算机接口因为外围设备种类繁多，特性不同，若它们直接与微处理器交互则存在速度、电平、数据格式等方面的问题。故必须设计一套介于外围设备和主机之间的逻辑部件，就是计算机的外围接口(Peripheral Interface)简称接口。,接口与端口的区别接口是是从（Interface）翻译而来的，具有界面和相互联系的含义，是计算机与外部设备之间在数据传送方面的联系，因它是通过具体电路来实现的故又称为接口电路。为了实现上述功能，接口电
2、路必须具有数据寄存器、状态寄存器、命令寄存器等单片机要对它们读写，则上述寄存器就应是可编址和可读写的寄存器。通常将接口电路中这些可编址并能进行读写的寄存器称为端口（Port）。一个接口可包含多个端口，它们是供用户使用的。,3 单片机I/O控制方式 在单片机中为了实现数据输入输出传送，通常使用3种控 制方式 1）无条件传送方式（同步程序传送） 只有那些能一直为数据I/O传送作好准备的设备才能使用 此方式。 2）查询方式（有条件传送） 3）中断方式 它是单片机等待通知（中断请求）的被动形式。,返回本章首页,2.1 通用输入输出接口,CPU通过接口电路与外部设备相连接，进行数据和信息的交换。该类接口
3、电路按数据传送的方式可以分为并行接口、串行接口两大类。,1、基本可编程并行接口 1）Intel8255A芯片引脚 Intel8255A是一个常用的通用并行接口I/O芯片。常作为开关量的I/O接口。它是一个40引脚的双列直插式集成电路芯片如右图：它有三个八位输入输出数据端口，都可以用程序来设置其为输入输出方式，其中A、B口必须以8位为单位，C口可以按位来设置其输入输出方式。,2）8255A内部结构 按功能分为3部分：口电路、总线接口电路、控制逻辑电路。,8255A读写控制表如下,4）8255控制字（1）8255的工作方式可由CPU利用I/O指令输出一个控制字到其控制字寄存器来选择。此控制字的格式
4、及含义如图2-1,3） 8255的基本工作方式：,方式0：基本输入输出方式，每个口的可被编程设定为输入或输出，输出时具有锁存功能，输入时为三态。 方式1：选通输入输出方式，A、B口用于数据传送，C口作为与外设联络信号。 方式2：双向传送方式，只有A口可以使用这种方式。适用于中断或查询方式的双向数据传送。,图2-1 8255控制字,注意：D7位一定是1，它是方式控制字的特征位。 例：方式控制字为9AH：1 0 0 1 1 0 1 0 方式控制字 C口低4位输出特征位 B口输入 B口方式选择0方式A口方式： C口高4位输入00：方式0 A口输入01：方式110：方式2,（2）C口置/复位控制字将一
5、个置/复位控制字送入8255控制寄存器，即可将C口某一位置为1或0，而且不影响其它位的状态。例如向控制口送入07H：0 0 0 0 0 1 1 1C口置/复位 1表示置1，控制字特征位 0表示清0确定对C口中哪一位进行置/复位操作000：PC0001：PC1 依次类推该控制字确定PC3置1。,5）8255A的应用,例题1、 图2-2是8255A与打印机、纸带机的接口电路,图 2-2 8255应用接口原理图,图2-2中端口A、B用作输入或输出的数据端口， C口用作控制和状态输入输出口。（见P13页） 控制信号意义 数据选通信号DS，设备忙指示信号BUSY 端口地址 方式控制字10000011B=
6、83H 置位/复位端口C 产生数据选通的控制字,8255A的工作方式控制字,例题2、使用8255A 作打印机接口 采用线选方式编址，查询方式进行打印驱动具体接口如图2-3,图 2-3 8255A作打印机接口,注：8255内部不带有地址锁存器，上图中用373锁存地址。,端口编址： 假定以P0.7作为8255A的片选地址位，则把74LS373的Q7与 8255A的CS端相连。以地址的两最低位对应接口8255A的口 选择端A0和A1。将没有选择的地址假定为1，则 8255A 的 A口地址为7CH，B口地址为7DH，C口地址7EH，控制寄存 器地址为7FH.,接口连线： A口（PA0PA7)与打印机数
7、据线相连，传送打印数据。 C口的PC0提供数据选通信号，接打印机STB端，进行打印数 据送打印机的选通控制 C口的PC7接打印机BUSY端，以BUSY 信号作为状态查询信号。,A口为方式0，输出 D6D5D4=000 B口不用，假定 D2D1=00 C口高位输入 D3=1 C口低位输出 D0=0 所以工作方式控制字为10001000，即88H,注：按上接口连线和工作设置确定8255A的工作方式控制字各状 态如下,打印驱动程序： 在内部RAM中设置缓冲区，打印数据存放其中。为此应设置两 个参数，一个是缓冲区首址，另一个是缓冲区长度。送给打印机的选通信号/STB是一个负脉冲，故应当在打印数据从单片
8、机送到8255A后，在PC0端产生一个负脉冲。 假定 R1-缓冲区首址，R2-缓冲区长度。打印程序如下,MOV R0,#7FH ;控制寄存器地址MOV A,#88H ;工作方式控制字MOVX R0,A ;写入工作方式控制字 TP: MOV R0,#7EH ; C口地址 TP1: MOVX A,R0 ;读C口JB ACC.7,TP1 ;BUSY=1继续查询MOV R0,#7CH ;A口地址MOV A,R1 ;取缓冲区数据MOVX R0, A ;打印数据送8255AINC R1 ;指向下一单元MOV R0,#7EH ;C口地址MOV A,#00H ;输出/STB脉冲MOVX R0,A MOV A,
9、#01HMOVX R0,ADJNZ R2,TP ;数据长度减1，不为0继续RET,2、通用可编程串行接口Intel8251A,8251A 是一种通用的同步/异步收发器，其工作方式可通过编程来设定。8251A能以同步或异步方式完成串行通信工作，并自动完成帧格式。在同步方式中，可以进行5、6、7、8位的数据字符操作，也可选择校验方式。对于传输波特率和停止位数，用户可以自行设定。,1）、8251A的组成原理 8251A可以分为5个部分，逻辑框图如右图2-4,图2-4 8251A逻辑框图,图 2-5 8251 初 始 化 流 程 图,8251A是通过字的选择来实现各种操作的。它共有3个控 制字，分别是
10、：方式控制字、命令控制字、状态控制字。 因其是一个多功能通信接口，故在具体使用时必须对它 进行初始化编程，具体初始化编程流程图参如右图2-5,2）、8251A的应用实例,例题1、8251A与电传打字机的接口 如图2-6 8251A片选端CS由CPU低8位地址总线通过译码控制，C/D由A0控制， 与打印机通过MODEM实现通信。,图2-6 8251A与电传打字机接口框图,返回本章首页,2.2 基本人机交互设备与计算机的接口,2.2.1 键盘和显示器的基本结构和工作原理,2.2.2 键盘、静态显示器和单片机串行接口,2.2.3 键盘、动态显示器和单片机串行接口,2.2.4 键盘、显示器和单片机并行
11、接口,2.2.5 微型计算机与CRT显示器接口,2.2.1 键盘和显示器的基本结构和工作原理,1按键的形式分类：键盘按其按键的结构形式来分一般有机械式、电容式、电感式、磁感式、薄膜式和橡胶垫式等。其中最常用的是机械式和电容式键盘。,2按键盘的编码方式分类：分为编码键盘和非编码键盘。 编码键盘是键盘电路在某个键被按下后，能提供该键所代表的信息代码，并以并行或串行信号输给CPU。该方式软件工作量小，速度快，但硬件结构复杂，费用高。,一、键盘,3. 键盘的基本构造及按键的识别 各按键组成矩阵式键盘，键盘行线一端接5V电源，一 端接单片机输入口；各列线一端接单片机输出口，一端 悬空。（如图2-7） 1
12、）按键的识别 a.先判定有无键按下 : 可先经输出口向所有列线输出低电 平，然后在输入各行线状态，若皆为高电平则无键按下，否 则有。,非编码键盘是一种便宜而广泛用于微机系统的输入设备。这种键盘内部有一个扫描电路，不断地扫描键盘是否有键被按下。此键所代表的键盘信息代码，由键盘接口及键盘处理软件根据键盘送来的位置信息产生，然后再送给CPU。此方式软件工作量大，耗时大。下面仅介绍此类键盘原理。,b.判按键位置： 在矩阵键盘中若有键按下则被按处行列线接通，使穿过闭合键的行线变为低电平。 上图扫描过程：先输出0FEH 0FDH 0FBH(找到） 注意：若为了判是否有多键同时按下，上扫描过程应继续下去。,
13、2) 去抖动 键是一种常开式按钮开关，按键和键盘都是利用机械触点的闭合和断开来输入电平信号的，在键的闭合和断开的瞬间都有抖动过程，会出现一系列负脉冲，一般为510ms 如下图，为了保证CPU对键的一次闭合只进行一次键处理，必须消除抖动的影响。,通常去抖动措施可分别采用硬件和软件两种方法来解决，硬件的方法是在按键的硬件电路上增加RS触发器或单稳态电路，这需要增加硬件开销。较为方便的软件去抖措施是当检测到有键按下时，执行一个延时10ms的子程序，而后再检测该键是否仍保持闭合状态，若仍闭合才确认为该键按下。,3）键码计算 一般不直接使用闭合键的行列值产生键码，而以键的键的排列顺序安排键码，则使键码可
14、以查表求，也可以计算求 如:键码行首号列号（下例题即为此计算方法） 4）等待键的释放 在扫描时，键的按下应从键按下直到确认该键已经释放的整个过程。具体编程时，可在计算键码之后，延时一段时间然后再进行扫描的方法等待键释放。 键处理的整体流程如右图,二、显示器 1. LED原理简述LED显示块是用发光二极管显示字段，单片机应用系统常用 的是七段LED，它有其阴极和共阳极两种如下图：,2. LED 的显示方式 静态显示优点：亮度大，显示程序简单；缺点：硬件用的较多。 动态显示要使某管亮，必须用软件保证逐位轮流点亮并适当延时，给人的眼睛产生持续发光的效果。优缺点与静态显示相反。,返回本节首页,2.2.
15、2 键盘、静态显示器和单片机串行接口,在单片机系统中为了节省I/O口，可用串行口作为键盘和显示器的接口。设定单片机串行口的工作方式为0，此时串行口起移位寄存器的作用。通过RxD脚进行输入和输出，TxD输出移位时钟，每次输出或输入一个字节的数据。当输出或输入完毕，单片机的硬件自动将SCON（串行口控制器）寄存器中的发送中断标志TI置位，用程序测试TI判断一个字节是否发送完毕。1、硬件电路：键盘和显示器的硬件电路如图2-8,键盘部分由移位寄存器74LS164和38的24键矩形键盘组成； 显示器部分由8个74LS164和8段LED组成8位十六进制数字显示。 采用静态显示方式,图 2-8 串行 接口的
16、键盘和静态显示器电路,以下为键盘扫描子程序，初始状态时串行口已经为方式0ORG 1000 RDKB: MOV A,#00H ;扫描全键盘ACALL SOUT LOOP1: JNB P3.3,RK1 ;第1行有键按下？JNB P3.4,RK1 ;第2行有键按下？JB P3.5,LOOP1 ;第3行有键按下？无则返回 RK1: ACALL DELAY ;去抖动MOV R3,#00H ;R3为列值增量计数器MOV R7,#08H ;R7为列值减量计数器MOV R6,#FEH ;R6为列扫描寄存器 RK2: MOV A,R6 ;先扫第1列（最左一列）ACALL SOUT ;扫描输出RL A MOV R6,A ;为下一列作准备MOV R4,#00H ;R4为行初值寄存器JNB P3.3,KEYD ;第1行有键按下？,
