片机IO扩展及应用.ppt

7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.1.1 I/O口的直接使用,1. 数据的无条件传送,2. 中断方式的条件传送,7.1.2 为什么要扩展I/O口,1.单片机本身接口功能有限,1）口电路只有数据锁存和缓冲无控制功能。,2）口电路数量少。P0、P2数据地址线，P3控制信号。,2.单片机控制应用中的复杂接口要求,1）速度差异大。,2）设备种类繁多。,3）数据信号形式多种多样。,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.1.1 I/O口的直接使用,7.1.2 为什么要扩展I/O口,1.单片机本身接口功能有限,2.单片机控制应用中的复杂接口要求,3.扩展I/O接口电路的功能,1）速度协调（异步）。,2）输出数据锁存。,3）输入数据三态缓冲。,4）数据转换。,7.1.3 I/O扩展的相关技术,1. 接口与端口（一个接口包含多个端口）。,2. 数据总线隔离技术。,3. 单片机I/O编址计数（独立编址、统一编址）。,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.1.1 I/O口的直接使用,7.1.2 为什么要扩展I/O口,7.1.3 I/O扩展的相关技术,7.1.4 单片机I/O控制方式,1. 无条件传送方式,2. 查询方式,3. 中断方式,7.2 单片机简单I/O扩展,7.2.1 简单输入口扩展,使用74LS244（三态缓冲器）,7.2.2 简单输出口扩展,使用74LS377（D触发器-锁存器）,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.2 单片机简单I/O扩展,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.3.1 可编程I/O接口扩展概述,中小规模集成电路：74LS244、74LS377,可编程接口芯片：,8255A（可编程通用并行接口）,8155 （带RAM和定时器的可编程并行接口）,8259 （可编程中断控制器）,8279 （可编程键盘/显示器接口）,6253 （可编程通用定时器）,1. 口电路,1）3个8位并行I/O接口A口（数据口）、B口（数据口）和C口（数据口、控制口）。,2）2组控制 A组：PA和PC03、B组：PB和PC47 。,7.3.2 8255A的逻辑结构和信号引脚,1. 口电路,2. 总线接口电路,1）数据总线缓冲器：8位、三态,2）读、写控制逻辑,：片选信号（低电平有效）,：读信号 （低电平有效）,：写信号 （低电平有效）,A1 、A0：端口选择信号,3）控制逻辑电路,7.3.2 8255A的逻辑结构和信号引脚,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.3.1 可编程I/O接口扩展概述,7.3.2 8255A的逻辑结构和信号引脚,7.3.3 8255A的工作方式及数据I/O操作,1. 8255A的工作方式,1）方式0：基本输入/输出方式,输出锁存，输入三态，不用联络信号。,2）方式1：选通输入/输出方式,输入/输出均锁存，C口用于传送联络信号，读C口可了解外设当前状态。,：选通信号，输入，低电平有效。,IBF ：输入缓冲器满信号，输出至单片机，高电平有效。,INTR ：中断请求信号，输出至单片机，高电平有效。,输入：,7.3.3 8255A的工作方式及数据I/O操作,1. 8255A的工作方式,1）方式0：基本输入/输出方式,2）方式1：选通输入/输出方式,输入：,输出：,：输出缓冲器满信号，输出至外设，低电平有效。,INTR ：中断请求信号，输出，高电平有效。,：应答信号，输入，低电平有效。,7.3.3 8255A的工作方式及数据I/O操作,1. 8255A的工作方式,1）方式0：基本输入/输出方式,2）方式1：选通输入/输出方式,3）方式2：双向数据传送方式,输入：,仅A口有此方式、C口为控制线,输出：,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.3.4 8255A控制字及初始化编程,1. 8255A的控制字,1）工作方式控制字：,D7: 工作方式控制字标志。,D6、D5: A组方式选择。00(方式0)、01(方式1)、1X(方式2),D4: 口A方向。 1（输入）、0（输出）,D3: 口C高四位方向。 1（输入）、0（输出）,D2: B组方式选择。 1（方式1）、0（方式0）,D1: 口B方向。 1（输入）、0（输出）,D0: 口C低四位方向。 1（输入）、0（输出）,7.3.4 8255A控制字及初始化编程,1. 8255A的控制字,1）工作方式控制字：,2）C口位置位/复位控制字：,D3、D2 、D1 : 口C位方式选择。,D7: 工作方式控制字标志。,D0: 口C所选位值。,7.3.4 8255A控制字及初始化编程,1. 8255A的控制字,2. 8255A的初始化编程,例：PA口以方式0输入，PB口以方式1输出，PC口高位输出、 PC口低位输入。控制寄存器地址为003AH。,MOV R0，#3AH ；控制口地址 MOV A，#10010101B ；写控制字 MOVX R0，A ；设工作方式,例：8255的片选 地址为7F00H-7F03H，PA口以方式0输出单片机片内RAM数据，PB口工作于方式1输入。,8051,8255A,P2.7 P2.0,PA.7 PA.0,PB.7 PB.0,D.7 D.0,MOV DPTR，#7F03H ；控制口地址 MOV A，#10000110B ；写控制字 MOVX DPTR，A ；设工作方式 MOV DPTR，#7F00H ；PA数据口地址 MOV A，R0 ；取RAM的数据 MOVX DPTR，A ；由PA口输出,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.2 单片机简单I/O扩展,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,8155=8255A+RAM+定时器/计数器,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,1. 主要接口信号,AD7-AD0 :地址数据复用线,ALE :地址锁存信号,:读选通信号,:写选通信号,:片选信号,:接口与存储器选择信号,:复位信号,2. I/O口及其工作方式,PA（8位）、PB（8位）口：数据输入、输出控制方式,PC（6位）口：数据输入（ALT1)、输出(ALT2)、 PA口控制端口方式(ALT3)、 PA和PB口控制端口方式（ALT4),7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,1. 主要接口信号,2. I/O口及其工作方式,1) 无条件传送：PA、PB、PC口数据输入/输出,2) 中断方式传送：PA、PB口数据输入/输出 PC口控制信号,INTR:中断请求信号。,BF:缓冲器满信号。,:选通信号。,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,1. 主要接口信号,2. I/O口及其工作方式,3. RAM单元及I/O口编址,1) RAM单元：256单元。AD7-AD0,2) I/O口：6个单元。AD2-AD0,3),7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4.2 8155与MCS-51单片机的连接,8155与MCS-51的兼容信号,2)IO地址：00H-07H,3)RAM地址：08H-FFH,缺陷：系统中只能有8155，8155无片选。,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4.2 8155与MCS-51单片机的连接,3) IO地址：0100H-0105H,2)RAM地址：0000H-00FFH,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4.2 8155与MCS-51单片机的连接,7.4.3 8155的命令/状态寄存器,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4.2 8155与MCS-51单片机的连接,7.4.3 8155的命令/状态寄存器,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.4.1 8155基本结构及工作方式,7.4.2 8155与MCS-51单片机的连接,7.4.3 8155的命令/状态寄存器,7.4.4 8155的定时器/计数器,1. 定时器/计数器的计数结构,输出方式,计数器高6位,计数器低8位,7.4.4 8155的定时器/计数器,1. 定时器/计数器的计数结构,2. 定时器/计数器的使用,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,1）采用减法计数方式（MCS-51采用加法计数）,初值直接确定,2）固定计数方式（MCS-51有三种计数方式）,3）由外部提供计数脉冲（MCS-51由内部或外部提供）,4）计数溢出方式,7.4.5 8155初始化,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,8155定时器/计数器对计数脉冲进行千分频，即计数到1000后，TIMER OUT端重新置数产生连续方波。PA口为输入方式，PB口为输出方式，PC口为输入方式，禁止中断。,0,1,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.2 单片机简单I/O扩展,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.5 8279可编程键盘/显示器接口芯片,7.6 MCS-51单片机键盘接口技术,7.6.1 单片机键盘和键盘概述,独立式键盘,矩阵式键盘,键盘接口的功能：,1）键盘扫描（判断是否有键按下）,2）键识别（确定按键的行列位）,3）产生闭合键的键码,4）排除多键、串键（复按）及去抖动,7.6 MCS-51单片机键盘接口技术,7.6.1 单片机键盘和键盘概述,7.6.2 单片机键盘接口和键功能的实现,1. 键盘接口处理的内容,1）键盘扫描（判断是否有键按下）,7.6.2 单片机键盘接口和键功能的实现,1. 键盘接口处理的内容,1）键盘扫描（判断是否有键按下）,2）去抖动,硬件法（触发器等）,软件法（延时20- 30ms),3）键码计算,键码=行首号+列号,7.6.2 单片机键盘接口和键功能的实现,1. 键盘接口处理的内容,1）键盘扫描（判断是否有键按下）,2）去抖动,3）键码计算,4）等待键释放,加延时,5）键盘接口小结,软硬件结合：,附加功能：,屏蔽功能：对一个键处理时屏蔽其它键,等待功能：对一个键无论按多长时间仅 处理一次,7.6.2 单片机键盘接口和键功能的实现,1. 键盘接口处理的内容,2. 键盘接口的控制方式,随机方式,中断方式,定时方式,3. 键处理子程序,有键按下,处理,软件（子程序）,7.6.3 使用8155作单片机键盘接口,7.6 MCS-51单片机键盘接口技术,7.6.1 单片机键盘和键盘概述,7.6.2 单片机键盘接口和键功能的实现,1. 接口电路逻辑图,A为输出，地址：0101H；,C为输入，地址：,0103H,2. 判定有无闭合键的子程序,7.6.3 使用8155作单片机键盘接口,1. 接口电路逻辑图,2. 判定有无闭合键的子程序,3. 键盘扫描程序,延时程序,判断有键按下,判断何键按下,7.6.3 使用8155作单片机键盘接口,1. 接口电路逻辑图,2. 判定有无闭合键的子程序,3. 键盘扫描程序,判断何键按下,键码计算,扫描下一列,去抖动,7 单片机I/0扩展及应用,7.1 单片机为什么需要I/O扩展,7.2 单片机简单I/O扩展,7.3 8255A可编程通用并行接口芯片,7.4 8155带RAM和定时器/计数器的可编程并行接口芯片,7.5 8279可编程键盘/显示器接口芯片,7.6 MCS-51单片机键盘接口技术,7.7 MCS-51单片机显示器接口技术,7.7 MCS-51单片机显示器接口技术,LED（发光二极管）显示器,LCD（液晶显示器）显示器,7.7.1 LED显示器接口,1. LED显示原理,符号与引脚,共阴极接法,共阳极