单片机原理及应用：第6章 扩展系统设计IO）

第第6 6章章 单片机扩展系统设计单片机扩展系统设计6.5概述概述6.6可编程并行可编程并行I/O接口芯片接口芯片8255A6.7可编程可编程RAM/IO扩展器扩展器8155/8156下页下页6.9显示器与键盘接口显示器与键盘接口6.8用用TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口6.10并行打印机接口并行打印机接口常常用用的的接接口口器器件件8255：可编程通用并行接口电路：可编程通用并行接口电路8253/8254：可编程定时：可编程定时/计数器计数器8155/8156：可编程：可编程RAM/IO/TIMER扩展芯片扩展芯片8251：可编程串行接口电路：可编程串行接口电路8279：可编程键盘显示接口电路：可编程键盘显示接口电路上页上页下页下页回目录回目录上页上页下页下页回目录回目录上页上页下页下页回目录回目录MCS-51单片机的单片机的I/O接口：接口：P0、P1、P2、P3口，最多提供口，最多提供32根口线。根口线。在扩展系统中：在扩展系统中：P0口做数据总线，口做数据总线，P2口做地址总线。口做地址总线。只有只有P1口、口、P3口部分口线可作口部分口线可作I/O使用，需根据应用系统使用，需根据应用系统需要进行需要进行I/O接口电路扩展，以满足应用系统需要。接口电路扩展，以满足应用系统需要。7.2可编程并行可编程并行I/O接口芯片接口芯片8255A上页上页下页下页回目录回目录D0D7：双向数据总线：双向数据总线RESET：复位输入：复位输入A0A1：地址线，选择端口地址：地址线，选择端口地址PA7PA0：端口：端口A，I/O线线PB7PB0：端口：端口B，I/O线线PC7PC0：端口：端口C，I/O线线：写选通：写选通一、一、8255的引脚功能的引脚功能：读选通：读选通：片选：片选I/O端口端口PA、PB、PCA口口：可编程为：可编程为8位输入或输出，或双向传送等位输入或输出，或双向传送等功能，具有功能，具有锁存功能。锁存功能。B口口：可编程为：可编程为8位输入或位输入或8位输出，不能进行双向位输出，不能进行双向传送。具有锁存功能。传送。具有锁存功能。C口口：可编程为：可编程为8位输入或位输入或8位输出；也可分为两位输出；也可分为两个个4位口用于输入或输出；也可用做位口用于输入或输出；也可用做A口、口、B口的状态控制信号；具有位操作功能。口的状态控制信号；具有位操作功能。A组、组、B组控制电路组控制电路A A组组控制控制PAPA口和口和PC4PC4PC7PC7B B组组控制控制PBPB口和口和PC0PC0PC3PC3上页上页下页下页回目录回目录(3)(3)双向三态数据总线缓冲器双向三态数据总线缓冲器8位的双向三态驱动器。位的双向三态驱动器。D0D7和单片机的数和单片机的数据总线相连。在据总线相连。在CPU和和8255之间传送命令、数之间传送命令、数据、状态据、状态(4)(4)读写和控制逻辑读写和控制逻辑A0A0、A1A1：口选择信号口选择信号地址线，接地址线，接CPUCPU地址线。地址线。(5)RESET(5)RESET：复位信号，高电平有效：复位信号，高电平有效 上页上页下页下页回目录回目录RDRD、WRWR：接：接CPUCPU读、写信号线，实现读、写信号线，实现 信息读写操作。信息读写操作。CSCS：芯片片选信号线。：芯片片选信号线。A1A000PA口01PB口10PC口11状态寄存器1.82551.8255工作方式选择工作方式选择工作方式的选择由工作方式的选择由“方式选择字方式选择字”决定，决定，下面介绍该控制字的作用：下面介绍该控制字的作用：方式方式0 0：基本输入输出方式；：基本输入输出方式；方式方式1 1：选通输入输出方式；：选通输入输出方式；方式方式2 2：双向传送方式：双向传送方式(仅仅A A口口)82558255有三种基本工作方式，可通过编程来选择。有三种基本工作方式，可通过编程来选择。三、三、8255的操作说明的操作说明上页上页下页下页回目录回目录表表7-2 7-2 方式选择字格式方式选择字格式D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D01 1：方式方式特征特征标志标志A A 组组B B 组组A A组方式组方式PAPAPCHPCHB B组方组方式式PBPBPCLPCL0 00 0：方式：方式0 00 10 1：方式：方式1 11 1：方式：方式2 20 0：输出输出1 1：输入输入0 0：输出输出1 1：输入输入0 0：方式方式0 01 1：方式方式1 10 0：输出输出1 1：输入输入0 0：输出输出1 1：输入输入(1)(1)方式选择控制字方式选择控制字上页上页下页下页回目录回目录D7D71 1D6D60 0D5D50 0D4D41 1D3D30 0D2D20 0D1D10 0D0D01 11 1：方式方式特征特征标志标志A A 组组B B 组组A A组方式组方式PAPAPCHPCHB B组方组方式式PBPBPCLPCL0 00 0：方式方式0 01 1：输入输入0 0：输出输出0 0：方式方式0 00 0：输：输出出1 1：输：输入入上页上页下页下页回目录回目录例例7-17-1。若将方式选择字。若将方式选择字91H91H写入控制寄存器写入控制寄存器由上表可知，由上表可知，82558255被编程为：被编程为：A A组组工作在基本输入输出方式，其中工作在基本输入输出方式，其中PAPA口为口为8 8位位 输入方式，输入方式，PCPC口高口高4 4位为位为4 4位输出方式。位输出方式。B B组组工作在基本输入输出方式，其中工作在基本输入输出方式，其中PBPB口为口为8 8位位输出方式，输出方式，PCPC口低口低4 4位为位为4 4位输入方式。位输入方式。表表7-5 PC7-5 PC口置口置/复位控制格式复位控制格式D7D7D D6 6D D5 5D D4 4D3D3D2D2D1D1D0D00 0：位位控控标标志志 未定义未定义0 0 00 0 0：PC0 PC0 0 0 10 0 1：PC1PC10 1 00 1 0：PC2PC20 1 10 1 1：PC3PC31 0 01 0 0：PC4 PC4 1 0 11 0 1：PC5PC51 1 01 1 0：PC6 PC6 1 1 11 1 1：PC7PC71 1：置置位位0 0：复复位位(2)PC(2)PC口按位置口按位置/复位控制字复位控制字上页上页下页下页回目录回目录例如：例如：07H07H写入控制口，将写入控制口，将PC3PC3位置位置“1 1”，若，若08H08H写写入控制器，入控制器，PC4PC4位被置位被置“0 0”，其它位不变。，其它位不变。上页上页下页下页回目录回目录由于由于82558255的方式选择字和的方式选择字和C C口置口置/复位控制字共复位控制字共用一个地址用一个地址(即共用一个控制寄存器即共用一个控制寄存器)，故其控，故其控制字的制字的D7D7位是特征标志位是特征标志。D7=1D7=1，表示该控制字，表示该控制字为为82558255方式选择字；方式选择字；D7=0D7=0，表示该控制字为，表示该控制字为PCPC口置口置/复位控制字复位控制字D7D7D D6 6D D5 5D D4 4D3D3D2D2D1D1D0D00 0 未定义未定义0 1 10 1 1：PC3PC31 0 01 0 0：PC4 PC4 1 1：置置位位0 0：复复位位四、应用举例四、应用举例例例7-38031扩扩展展8255A，将将PA口口设设置置成成输输入入方方式式，PB口口设设置置成成输输出出方方式式，PCH口口设设置置成成输输入入方方式式，PCL口口设设置置成成输输出出方方式式。试试设设计计扩扩展展接接口口电电路路，并给出初始化程序。并给出初始化程序。8255A芯芯片片的的PA端端口口的的地地址址为为7FFCH，PB端端口口的的地地址址为为7FFDH，PC端端口口的的地地址址为为7FFEH，控控制制寄寄存存器器的的地地址址为为7FFFH。可可用用“MOVX”指指令令来来访访问问这这些些端端口。口。MOVA，#98H；方式控制字；方式控制字AMOVDPTR，#7FFFH；选通控制寄存器；选通控制寄存器MOVX DPTR，A；方式控制字送入；方式控制字送入8255AMOVDPTR，#7FFCH；MOVX A，DPTR；读；读PA口数据口数据MOVDPTR，#7FFDH；MOVX DPTR，A；送；送PB口输出口输出采用采用TTL或或CMOS电路的锁存器，如电路的锁存器，如74LS273、74LS373、74LS377、74LS244等。这些芯片结构简等。这些芯片结构简单，配置灵活方便，较易扩展，使系统降低了成本单，配置灵活方便，较易扩展，使系统降低了成本缩小了体积。因而在单片机应用系统中经常被采用。缩小了体积。因而在单片机应用系统中经常被采用。7.4用用TTL电路扩展简单的电路扩展简单的I/O接口接口上页上页下页下页回目录回目录图7-11 8031与74LS377接口逻辑1、用、用74LS377扩展扩展8位输出口位输出口其输出操作程序如下：其输出操作程序如下：MOVDPTR，#7FFFH；指向；指向377口地址口地址MOVA，#data；取数；取数MOVXDPTR，A；送；送377锁存器锁存器图中图中377的口地址为的口地址为7FFFH(即即P2.7=0)2、用、用74LS373扩展一个扩展一个8位并行输入口位并行输入口3、用、用74LS273和和74LS244扩展输入扩展输入/输出口输出口MOVDPTR，#0BFFFH；指向；指向244输入口输入口MOVX A，DPTR；输入数据；输入数据MOVDPTR，#7FFFH；指向；指向273输出口输出口MOVA，#DATA；取数；取数MOVXDPTR，A；输出数据；输出数据7.5开关量输入开关量输入/输出通道的抗干扰技术输出通道的抗干扰技术1、I/O接口单元的延时复位接口单元的延时复位在单片机应用系统中，某些在单片机应用系统中，某些I/O接口芯片（如接口芯片（如8255、8155）的复位端口与单片机复位端口接在一起，即）的复位端口与单片机复位端口接在一起，即统一复位。接口芯片因生产厂家不同复位时间稍有统一复位。接口芯片因生产厂家不同复位时间稍有不同；复位线较长也有较大的分布电容，导致芯片不同；复位线较长也有较大的分布电容，导致芯片的复位过程滞后与单片机，芯片初始化失败。因此，的复位过程滞后与单片机，芯片初始化失败。因此，有必要当单片机进入有必要当单片机进入0000H后首先执行后首先执行110ms的软的软件延时，再对接口芯片初始化件延时，再对接口芯片初始化。2、开关量输入开关量输入软件抗干扰措施软件抗干扰措施对接口中的输入数据信息进行多次检测，若检测结对接口中的输入数据信息进行多次检测，若检测结果一致，则是真的输入信号；若相邻检测内容不一果一致，则是真的输入信号；若相邻检测内容不一致，或多次检测结果不一致，则是伪输入信号。致，或多次检测结果不一致，则是伪输入信号。两次检测之间要有一定的时间间隔。两次检测之间要有一定的时间间隔。3、开关量输出信号开关量输出信号软件抗干扰措施软件抗干扰措施1）输出数据锁存器尽可能和）输出数据锁存器尽可能和CPU安装在同一电路板上，安装在同一电路板上，使传输线上传送的都是已锁存的电位控制信号。使传输线上传送的都是已锁存的电位控制信号。2）对重要的输出设备，最好建立检测通道，）对重要的输出设备，最好建立检测通道，CPU可以通可以通过检测通道检查输出结果是否正确。过检测通道检查输出结果是否正确。3）在软件上，最为有效的方法就是重复输出同一个）在软件上，最为有效的方法就是重复输出同一个数据，重复周期尽可能短。数据，重复周期尽可能短。4）采用负逻辑传输）采用负逻辑传输定义低电平为有效电平，高电平为无效电平，减少干扰引起定义低电平为有效电平，高电平为无效电平，减少干扰引起的误动作，提高数字信号传输的可靠性。的误动作，提高数字信号传输的可靠性。（因为干扰源