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1、第二部分微机原理第二部分微机原理主讲教师：喻红主讲教师：喻红第第7章输入与输出章输入与输出1华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院I/O接口是接口是CPU与外设之间相互联系的纽带。为与外设之间相互联系的纽带。为CPU与外部输入与外部输入/输出设备相连接而专门设计的逻辑电路，称输出设备相连接而专门设计的逻辑电路，称为为I/O电路。电路。7.1概述概述2华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院一、一、I/O接口的功能及构成接口的功能及构成二、二、MCS51的的I/O口口三、三、I/O接口的扩展（省略）接口的扩展（省略）内容：内容：3华中科技大学远程与继续教
2、育学院华中科技大学远程与继续教育学院1地址译码地址译码指定外设端口，以便指定外设端口，以便CPU对外设进行寻址。对外设进行寻址。2数据缓冲和锁存数据缓冲和锁存缓冲电路通过总线隔离保证缓冲电路通过总线隔离保证同一时刻同一时刻CPU只与一个只与一个外设交换信息；外设交换信息；数据锁存实现数据锁存实现高速高速CPU向向低速低速外设传送数据。外设传送数据。3信息转换信息转换信息转换实现信息转换实现CPU与外设间不同种类信号的转换。与外设间不同种类信号的转换。4通信联络通信联络通信联络协调通信联络协调CPU与外设之间的信息交换过程。与外设之间的信息交换过程。7.1.1I/O接口电路的功能接口电路的功能4
3、华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院1数据信息数据信息数字量信息：二进制数、开关量、脉冲量数字量信息：二进制数、开关量、脉冲量模拟量信息：模拟电压或电流模拟量信息：模拟电压或电流2状态信息状态信息外部设备所处工作状态。外部设备所处工作状态。3控制信息控制信息CPU发送给外设的控制信息。发送给外设的控制信息。7.1.2I/O接口传送的信息接口传送的信息5华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院7.1.3I/O接口的构成接口的构成6华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院端口：接口部件中能被端口：接口部件中能被CPU直接访问的寄存器，
4、每个端直接访问的寄存器，每个端口分配一个端口地址，口分配一个端口地址，CPU通过对端口地址的访问实现通过对端口地址的访问实现I/O接接口操作。口操作。编址方式：编址方式：n统一编址：统一编址：I/O端口和存储器公用一个地址空间，即把端口和存储器公用一个地址空间，即把每个每个I/O端口当作一个存储器单元。端口当作一个存储器单元。无需专用指令，处理能力强；占用存储器地址空间，指无需专用指令，处理能力强；占用存储器地址空间，指令执行时间长。令执行时间长。n独立编址：端口地址与存储器地址分开。独立编址：端口地址与存储器地址分开。需专门的需专门的I/O指令和接口信号；处理速度快，不占存储器指令和接口信号
5、；处理速度快，不占存储器地址空间。地址空间。MCS51采用统一编址方式。采用统一编址方式。7.1.4I/O端口的地址分配端口的地址分配7华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院CPU与外设之间的数据传送方式：与外设之间的数据传送方式：1程序传送程序传送2中断传送中断传送3直接存储器存取传送（直接存储器存取传送（DMA）7.2CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式8华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院CPU与外设之间在程序控制下进行的数据传送方式，分为与外设之间在程序控制下进行的数据传送方式，分为无条件传送和条件传送两种方式。无条件传送
6、和条件传送两种方式。1无条件传送无条件传送数据传送完全由程序决定，不考虑外设的工作状态。数据传送完全由程序决定，不考虑外设的工作状态。适用于以下两类外部设备的数据输入输出：适用于以下两类外部设备的数据输入输出： 具有常驻的或变化缓慢的数据信号的外部设备。例如：具有常驻的或变化缓慢的数据信号的外部设备。例如：机械开关、指示灯、发光二极管、数码机械开关、指示灯、发光二极管、数码 管等。管等。工作速度非常快，足以和工作速度非常快，足以和CPU同步工作的外部设备。例同步工作的外部设备。例如数模转换器如数模转换器DAC，由于，由于DAC是并行工作的，速度很快，是并行工作的，速度很快，因此因此CPU可以随
7、时向其传送数据，进行数模转换。可以随时向其传送数据，进行数模转换。 7.2.1程序传送程序传送9华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院2条件传送条件传送CPU根据外设的工作状态决定数据传送，根据外设的工作状态决定数据传送，查询传送。查询传送。程序查询方式电路简单、查询软件容易程序查询方式电路简单、查询软件容易实现，而且通用性强。适用于各种外部设备实现，而且通用性强。适用于各种外部设备的数据输入、输出传送。的数据输入、输出传送。查询查询 过程对增加了过程对增加了CPU的无用开销，降的无用开销，降低了低了CPU的效率，因此查询方式只适用于单的效率，因此查询方式只适用于单道作业
8、、规模比较小的计算机系统。道作业、规模比较小的计算机系统。 10华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院程序中断方式与查询方式的主要区别在于如何知道外程序中断方式与查询方式的主要区别在于如何知道外设设 是否为数据传送作好了准备，查询方式是是否为数据传送作好了准备，查询方式是CPU的主动形的主动形式，而中断方式则是式，而中断方式则是CPU等待通知等待通知(中断请求中断请求)的被动形式。的被动形式。CPU效率高且实时性强。效率高且实时性强。 7.2.2中断传送中断传送11华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院外设接口与内存之间直接进行数据交换，不通过外设接
9、口与内存之间直接进行数据交换，不通过CPU，由专门的由专门的DMA控制器进行数据传送的控制。控制器进行数据传送的控制。数据传送速率高，适用于大批量数据传送。数据传送速率高，适用于大批量数据传送。7.2.3直接存储器存取传送直接存储器存取传送12华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院 MCS-51单片机有四个单片机有四个8位位I/O端口端口P0P3，共有，共有32根根I/O口线；口线； 它们都有双向它们都有双向I/O功能，均可以作为数据输入功能，均可以作为数据输入/输出使输出使用；用； 每个端口内部都有一个每个端口内部都有一个8位数据输出锁存器、一个输出位数据输出锁存器、一
10、个输出驱动器和输入缓冲器。驱动器和输入缓冲器。 在具有片外扩展存储器的系统中，在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高口作为高8位地位地址线，址线，P0口分时作为低口分时作为低8位地址线和双向数据总线。位地址线和双向数据总线。7.3MCS51的并行的并行I/O口口13华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院一、端口功能一、端口功能P0一般输入一般输入/输出口、地址输出口、地址/数据总线口数据总线口P1可编程的输入或输出口可编程的输入或输出口P2输入或输出口、高输入或输出口、高8位地址总线口位地址总线口P3双功能口，第一功能与双功能口，第一功能与P1口相同，第二功能如下表所
11、示口相同，第二功能如下表所示端口引脚端口引脚第二功能第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RD7.3.1MCS51的并行的并行I/O口简介口简介14华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院 51系列单片机系列单片机4个个I/O端口线路设计的非常巧妙，端口线路设计的非常巧妙，学习学习I/O端口逻辑电路，不但有利于正确合理地使用端口逻辑电路，不但有利于正确合理地使用端口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。端口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。二、端口结构二、端口结构1P0口结构口结构12DQ
12、CL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X34VccVT1VT20115华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P0口结构口结构P0口作为一般口作为一般I/O口使用口使用12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线地址地址/数据数据 控制控制=0引脚引脚P0.X34VccVT1VT201截截止止00控制信号控制信号=0，VT1截止，截止，MUX接锁存器接锁存器16华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院 P0口作输出口口作输出口12DQCL /Q读读
13、引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线地址地址/数据数据 控制控制=0引脚引脚P0.X34VccVT1VT201截截止止00当当P0口用作输出口时，因口用作输出口时，因输出级处于开漏状态，输出级处于开漏状态，必须外接上拉电阻（必须外接上拉电阻（10K）。）。P0口的输出可以口的输出可以驱动驱动8个个LSTTL负载。负载。011漏极开路漏极开路输出输出100截截止止P0口结构口结构17华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P0口作输入口口作输入口12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线地址地址/数据数据 控制控制=0引
14、脚引脚P0.X34VccVT1VT201截止截止00当当P0口用作输入口时，悬浮状态，高阻抗的输入口。口用作输入口时，悬浮状态，高阻抗的输入口。输入条件：输入条件：先输出先输出“1”，使，使VT2截止截止1）读引脚，经三态缓冲器）读引脚，经三态缓冲器2读入到内部总线读入到内部总线2）读锁存器，执行）读锁存器，执行“读读-修改修改-写写”指令指令011悬浮状态悬浮状态100截截止止P0口结构口结构18华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P0口结构口结构P0口作为地址口作为地址/数据总线使用数据总线使用12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内
15、部总线地址地址/数据数据控制控制=1引脚引脚P0.X34VccVT1VT201截截止止10控制信号控制信号=101导导通通011导导通通10截截止止 输出输出：不需外接上拉电阻：不需外接上拉电阻19华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P0口结构口结构12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线地址地址/数据数据控制控制=1引脚引脚P0.X34VccVT1VT2011 输入输入：数据，通过：数据，通过“读引脚读引脚”完成完成注意：注意：当单片机片外扩展当单片机片外扩展RAM、I/O口和口和ROM时，时，P0口必须作口必须作为地址为地址/数
16、据总线使用。数据总线使用。020华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P0口结构口结构P0口的特点口的特点l 用作用作I/0口，相当于一个口，相当于一个准准的双向口的双向口 l 用用作作地地址址/数数据据复复用用总总线线，为为一一个个真真正正的的双双向向口口。地地址址总线（总线（A0-A7），数据总线（），数据总线（D0-D7）。）。l 当用作地址当用作地址/数据线后，不能再作为通用数据线后，不能再作为通用I/O口使用。口使用。l 用用作作I/O口口时时与与其其它它口口的的区区别别：输输出出时时为为漏漏极极开开路路输输出出，需外接上拉电阻；可驱动需外接上拉电阻；可驱动8个
17、个LSTTL21华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院2P1口结构口结构12DQCL/Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线引引脚脚P1.XVcc内部上拉电阻内部上拉电阻VTP1口通常作为通用口通常作为通用I/O口使用，口使用，准双向口准双向口P1口与口与P0口不同：口不同：不需要不需要MUX；有内部上拉电阻；有内部上拉电阻R（约为（约为20K）。）。P1口与口与P0口相同口相同：作输入口时，需要先向其锁存器输入：作输入口时，需要先向其锁存器输入1。22华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁
18、存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线引脚引脚P2.XVcc内部上拉电阻内部上拉电阻VT3P2口结构口结构P2口比口比P1口多了一个多路开关口多了一个多路开关MUX，多路开关的切换，多路开关的切换由由内部控制信号内部控制信号决定决定地址地址1控制控制MUX23华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P2口结构口结构P2口作为一般口作为一般I/O口使用口使用CPU发出控制电平发出控制电平“0” ，使多路开关，使多路开关MUX倒向锁存器输出倒向锁存器输出Q端，构成一个端，构成一个准双向口准双向口。其功。其功能与能与P1相同。相同。12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存
19、器写写锁存器锁存器内部总线内部总线引脚引脚P2.XVcc内部上拉电阻内部上拉电阻VT地址地址1 1控制控制=0MUX24华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P2口结构口结构P2口作为地址总线使用口作为地址总线使用 当扩展片外存储器（需要输出高当扩展片外存储器（需要输出高当扩展片外存储器（需要输出高当扩展片外存储器（需要输出高8 8 8 8位地址）位地址）位地址）位地址）时，时，时，时，CPUCPUCPUCPU发出控制电平发出控制电平发出控制电平发出控制电平“1 1 1 1”，使多路开关，使多路开关，使多路开关，使多路开关MUXMUXMUXMUX倒倒倒倒内部地址线。内部地
20、址线。内部地址线。内部地址线。12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线引脚引脚P2.XVcc内部上拉电阻内部上拉电阻VT地址地址1 1控制控制=1MUX注意：注意：输出的高输出的高8位地址是锁存的，无需外加地址位地址是锁存的，无需外加地址锁存器；如果外接程序存储器，锁存器；如果外接程序存储器，P2口的全部口线均口的全部口线均不宜再作不宜再作I/O口使用。口使用。25华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院P2口结构口结构P2口作为地址总线使用口作为地址总线使用利用利用P0、P2端口扩展端口扩展SRAM、EPROM存储器存储器8031EA
21、P2P0ALEPSENRD74LS373ROMA15A0PD/PGMA15A0A7A0A7A0RAMRD WRWR26华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院4P3口结构口结构P3口增加了第二功能控制逻辑口增加了第二功能控制逻辑与非门的两个输入端与非门的两个输入端引脚上有两个输入缓冲器：引脚上有两个输入缓冲器：第二输入功能取自第一个缓冲器第二输入功能取自第一个缓冲器输出端，输出端，I/O口的通用输入信号取自第二个缓冲器输出端时。口的通用输入信号取自第二个缓冲器输出端时。12DQCL /Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁存器锁存器内部总线内部总线引脚引脚P3.XVcc内部上
22、拉电阻内部上拉电阻VT3 34第二输出功能第二输出功能第二输入功能第二输入功能27华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院+5VP1.0P1.1P1.2P1.31K489C51P1.4P1.5P1.6P1.7EA+5V300 4例例1：如图所示，如图所示，P1.4P1.7接接4个发光二极管个发光二极管LED，P1.0P1.3接接4个开关，编程将开关的状态反映到发光二极管上。个开关，编程将开关的状态反映到发光二极管上。 ORG 0000H MOV P1，#0FFHLOOP：MOV A，P1 ANL A，#0FH SWAP A MOV P1，A MOV P1，#0FH SJMP LOOP END7.3.2编程举例编程举例28华中科技大学远程与继续教育学院华中科技大学远程与继续教育学院7.4MCS51并行并行I/O口的扩展（省略）口的扩展（省略）29
