大学单片机原理与应用-胡辉-PPT文稿资料课件PPT
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第8章 I/O口的应用与扩展MCS-51系列单片机的四个8位双向口，都具有数据I/O操作功能，因此可进行简单的I/O应用。8.1.1 P1口的应用1数据的无条件传送8.1 基本I/O的应用与扩展2中断方式的数据传送8.1.2 P0口的扩展 扩展I/O接口所用的芯片主要有通用可编程I/O芯片和TTL、CMOS锁存器、三态门电路芯片两大类。采用TTL电路或CMOS电路锁存器、三态门电路作为简单I/O口扩展芯片。可以作为I/O口扩展芯片使用的TTL芯片有：373、377、244、245、273、374等。 LOOP： MOV DPTR，#0FEFFH MOVXA，DPTR MOVX DPTR，ASJMPLOOP8.2 显示器的扩展 8.2 显示器的扩展1LED显示器的结构与原理 共阴极共阳极十六进制数字形代码表 2LED显示器接口方法（1）以硬件为主的接口方法 （2）以软件为主的接口方法 8.2.2 LED的静态显示2位显示12、34、56、78 ORG 0000HMAIN: MOV A,#12H MOV R7,#04HLOOP: MOVP2,A CALL DEL ADD A,#22H DJNZ R7,LOOP AJMP MAIN8.2.3 LED的动态显示2位显示12、34、56、78 ORG 0000HMAIN: MOV R2,#00H MOV A,R2 MOV R7,#04HLOOP: ADD A,#11H MOV P2,A CALL DEL ADD A ,#11H MOV P2,A CALL DEL ANL A,#1FH DJNZ R7,LOOP AJMP MAIN8.2.4 LCD显示器的扩展液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）是一种低功耗的显示器件，在计算机、万用表、袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛使用。1. LCD介绍 CD可以分为两种类型，一种是文字模式，另一种为绘图模式。2LCD特性+5V供电，亮度可调整。内藏振荡电路，系统内含重置电路提供的控制命令有清除显示器、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。显示数据RAM共有80个字节。字符产生器ROM有160个57点阵字型。字符产生器RAM可由用户自行定义8个57的点阵字型。3引脚说明（1）双向数据总线，D0D7都有效（2）RS：寄存器选择控制位，当RS=0时，并且做写入的动作时，可以写入指令寄存器，若RS=0，且做读取的动作时，可以读取忙标志及地址计数器的内容。如果RS=1则用于读取数据寄存器。（3）R/W：LCD读写控制线，R/W=0时，LCD执行写入的动作，R/W=1时则做读取的动作。（4）EN：启动控制线，高电平动作。（5）VCC：电源正端。（6）VO：亮度调整电压输入控制端，当输入0V时字符显示最亮。（7）GND：电源端地。 4LCD内部的内存LCD内部存储器共分为3种：（1）固定字型ROM，称为CG ROM。CG ROM内存储着192个57点阵的字型，这些字型均已经固定。（2）数据显示RAM，称为DD RAM。DD RAM内用来存储写至LCD内部的字符。（3）用户自定义字型RAM，称为CG RAM此区域只有64字节，可将用户自行设计的字型写入LCD中，一个字的大小为57点阵，共可以存储8个字型，其显示码为00H到07H。 5控制方式通过CPU来控制LCD模块。LCD模块其内部可以看成有两组寄存器，一个为指令寄存器，一个为数据寄存器，由RS引脚来控制。6LCD控制指令（1）清除显示器（2）光标归位指令（3）设置字符进入模式 （4）显示器开关 （5）显示光标移动位 （6）功能设置（7）CG RAM地址设置（8）DD RAM地址设置（9）忙碌标志读取（10）写数据到CG RAN或DD RAM中（11）从CG RAM或DD RAM中读取数据 7LCD接口设计 4位控制方式电路 8.3 键盘的扩展键盘是计算机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。按其结构形式键盘可分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法产生键码。非编码键盘分为独立式键盘和矩阵式键盘。 8.3.1 独立式键盘的扩展1独立式按键结构 每个按键单独占有一根I/O接口引线。输入每根I/O接口引线的信号对应某个数据。键盘的可靠性消抖动电路独立式按键接口程序设计键盘处理程序任务1)键输入 检查键盘是否有键被按下，消除按键抖动。确定被按键的键号，获取键号。硬件电路消除抖动或软件消除抖动。2)键译码 键号为键盘位置码，根据键号查表得出被按键的键值。键值：数字键09、字符键0AH0FH、功能键10H 。3)键处理 根据键值转移到不同程序段。若键 值属于数字、字符键，则调用显示数字和字符的子程序。若键值属于功能键，则进行多分支转移，执行各个功能程序段。2独立式按键的软件编制键盘 START：MOVA，#0FFH；置输入方式MOVP1，AL1：MOVA，P1；输入键状态CJNEA，#0FFH，L3；有键按下转L3LCALL DELAY；延时5ms，省略SJMPL1L3：LCALL DELLAY；延时5msLCALL DELLAY；延时5msMOVA，P1 ；再读P1口CJNEA，#0FFH，L2 ；确实有键按下转L2SJMPL1 ；误读键，返回L2：JNBACC.0，TAB0 ；为0转0号键首地址 JNBACC.1，TAB1 ；为1转1号键首地址JNBACC.2，TAB2 ；为2转2号键首地址JNBACC.3，TAB3 ；为3转3号键首地址JNBACC.4，TAB4 ；为4转4号键首地址JNBACC.5，TAB5 ；为5转5号键首地址JNBACC.6，TAB6 ；为6转6号键首地址JNBACC.7，TAB7 ；为7转7号键首地址SJMPL1 ；再次读入键状态TAB0：LJMPOPR0 ；转向0号功能键程序TAB1：LJMPOPR1 8.3.2 矩阵式键盘的扩展键盘上的键按行列构成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。键输入过程与软件结构(1) 键的输入方法1. 扫描法 列线输出，行线输入。列线逐行输出0，某行有按键，行线输入有0，若无按键，行线输入全部为1。2. 反转法 行列线交换输入、输出，两步获取按键号。3. 中断扫描方式 有按键按下时发出中断请求信号,提高CPU的效率。(2) 按键处理 程序：(3) 中断扫描方式 2键盘输入接口与软件应解决的任务 （1）键开关的可靠输入 抖动的处理有硬件处理和软件处理两种。（2）按键编码与键号定义 （3）键盘检测与编制键盘程序 1矩阵式键盘电路的结构及工作原理一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘。 扫描方法：先令列线Y0为低电平（0），其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平，读行线状态。如果X0、X1、X2、X3都为高电平，则Y0这一列上没有键闭合，如果读出的行线状态不全为高电平，则为低电平的行线和Y0相交的键处于闭合状态；如果Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查Y1这一列上有无键闭合，依次类推，最后使列线Y3为低电平，其余列线为高电平，检查Y3这一列有无键闭合。 2键盘接口举例 82行列式键盘扫描接口电路 键盘扫描的程序（采用查询方法） KS：MOV DPTR，#7FFFH；键扫描程序 CLR P1.0 ；先扫描第1列（即07号键） MOVXA，DPTR；读入按键状态 MOV37H，A；暂存按键状态CPLA；JZKSK1；07号键没有键操作，则跳LCALLDL20；07号键有操作，延时去抖MOVXA，DPTR；再读键状态XRLA，37H；和延时前的状态一样吗？JZKS1；一样，则转去查询键号KSK1：SETB P1.0；开始扫描第2列，8F号键CLRP1.1MOVXA，DPTR；读入按键状态MOV37H，A；暂存按键状态CPLAJZKSK2；8F号键没有键操作，则跳LCALLDL20；8F号键有操作，延时 MOVXA，DPTR；再读键状态XRLA，37H；和延时前的状态一样吗？JZKS1；一样，则转去查询键号KSK2：AJMPKS9；8F号键也不存在操作，则跳KS1：MOVXA，DPTR；再读按键状态CPLAJNZKS1；按键没有松开，则等待松开MOVA，37H；查询有键操作的键号JBACC.0，KS2；不是第1个键，则跳MOV37H，#00H；赋键初值AJMPKS10KS2：JBACC.1，KS3；不是第2个键，则跳MOV37H，#01H；赋键初值AJMPKS10 8.4.1 8255A的应用8255A是可编程的并行输入/输出接口芯片，通用性强且使用灵活，常用来实现与MCS-51系列单片机的并行I/O扩展。 18255A的逻辑结构和信号引脚 2总线接口电路（1）数据总线缓冲器 （2）读/写控制器 38255A的工作方式8255A共有三种工作方式，即方式0、方式1和方式2。 （1）方式0 基本输入/输出方式方式0适合于无条件数据传送，可供使用的是两个8位口（A口和B口）及两个4位口（C口高位部分和低位部分）。 （2）方式1 选通输入/输出方式 方式1下，A口和B口分别用于数据的输入/输出。而C口则作为数据传送的联络信号。具体定义见表。 （3）方式2 双向数据传送方式 只有A口才能选择这种工作方式，这时A口既能输入数据又能输出数据。在这种方式下需使用C口的五位口线作控制线。方式2适用于查询或中断方式的双向数据传送。如果把A口置于方式2下，则B口只能工作于方式0。58255A控制字及初始化编程（1）工作方式控制字 （2）C口位置位/复位位控制字 68255A的应用 ORG0000H AJMPMAIN ORG0030HMAIN：MOVA，#90H；方式0，A口输入C口输出MOVDPTR，#7FFFH；控制寄存器地址DPTRMOVXDPTR，A；写入控制寄存器MOVDPTR，#7FFCH；A口地址DPTRMOVXA，DPTR；接收A口数据MOVDPTR，#7FFEH；C口地址DPTRMOVXDPTR，A；将A口读入数据送C口输出 END8255A芯片的PA端口的地址为7FFCH，PB端口的地址为7FFDH，PC端口的地址为7FFEH，控制寄存器的地址为7FFFH。可用“MOVX”指令来访问这些端口。8.1.1 SPI串行外设接口总线SPI（Serial Peripheral Interface-串行外设接口）总线是Motorola公司推出的一种同步串行外设接口。8位数据可同步地被发送和接收。可连接复杂的LCD和A/D转换器。SPI总线接口串行时钟线（SCK）主机输入/从机输出数据线（MISO）主机输出/从机输入数据线（MOSI）从机选择线（ ）低电平有效1.SPI总线系统的组成SPI总线系统的传输一个主机，控制数据向一个或多个从机传送，数据传送格式是高位在前，低位在后。SPI主机SS必须接高电平，从机SS在数据传输时必须为低电平。当主机启动一次传输时，在SCK引脚自动产生8个时钟脉冲，对于主机或从机都是在一个跳变沿进行采样，另一个跳变沿移位输出或输入。SPI串行总线的特点全双工数据传输3线同步传输简化设计接口电路写冲突保护总线竞争保护SPI串行总线时序2.单片机与SPI器件的连接方法P1.0MOSIP1.1SCKP1.2CSP1.3MISO（1）串行输入子程序（从MCM2814上接收一字节）SPIN： SETB P1.1 CLR P1.2 MOV R1，#08HSPIN1： CLR P1.1 NOP NOP MOV C，P1.3 RLC A SETB P1.1（书错） DJNZ R1，SPIN1 MOV R0，A RET（2）串行输出子程序（将一字节发送MCM2814上）SPON： SETB P1.1 CLR P1.2 MOV R1，#08H MOV A，R0SPIOT1：CLR P1.1 NOP NOP RLC A MOV P1.0，C SETB P1.1 DJNZ R1，SPIOT1 RET（3） 串行输入/输出子程序SPIIO： SETB P1.1 CLR P1.2 MOV R1，#08H MOV A，R0SPIO1： CLR P1.1 NOP NOP MOV C，P1.3 RLC A MOV P1.0，C SETB P1.1 DJNZ R1，SPIO1 MOV R0，A RET8.1.2 I2C总线1 . I2C总线的概念PHILIPS公司推出的自动寻址的串行总线，能够实现全双工数据传输。I2C总线只有两根数据线，SDA和SCL数据传输时，启动数据发送并产生时钟信号的器件叫主器件，被寻址的器件叫从器件。1串行总线概述总线是一个多主机总线，即一个总线可以有一个或多个主机，总线运行由主机控制。总线的基本结构 2总线数据传送的模拟（1）总线数据传送的时序要求I2C总线数据传送时，有启动位、终止位、发送应答位、发送非应答位等信号。当单片机的晶体振荡频率为6MHZ时，主控器件发送的启动、停止、发送应答位和反态应答位的定时规范如图所示 （2 ）总线典型信号的模拟子程序启动子程序 STA:SETBP1.4SETBP1.2NOPNOPNOPCLRP1.4NOPNOPCLRP1.2RET停止子程序 STOP:CLRP1.4 SETBP1.2NOPNOPSETBP1.4 NOPNOPCLRP1.2RET发送应答信号子程序MACK:CLRP1.4SETBP1.2NOPNOPCLRP1.2SETBP1.4RET发送反应答信号子程序MNACK:SETBP1.4SETBP1.2NOPNOPCLRP1.2CLRP1.4RET应答位检查子程序CACK:SETBP1.4SETBP1.2NOPMOVC,P1.4MOVF0,CCLRP1.2NOPRET发送一字节数据子程序WRBYT:MOV R0,#08HWLP ： RLC A JC WR1 AJMP WR0 WLP1： DJNZ R0, WLP RETWR1： SETBP1.4 SETBP1.2 NOP NOP CLR P1.2 CLRP1.4 AJMP WLP1WR0： CLR P1.4 SETB P1.2 NOP NOP CLR P1.2 AJMP WLP1 接收一字节数据子程序RDBYT: MOV R0,#08HRLP ： SETB P1.4 SETBP1.2 MOV C, P1.4 MOV A, R2 RLC A MOV R2, A CLR P1.2 DJNZ R0,RLP RET向被控器件发送N字节子程序WRNBYT: MOV R3,NUMBYT LCALL STA MOV A, SLA LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT MOV R1,#MTDWRDA: MOV A, R1 LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT INC R1 DJNZ R3,WRDA LCALL STOP RET从被控器件读取N字节子程序RDNBYT: MOV R3,NUMBYT LCALL STA MOV A, SLA LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，RDNBYTRDN： MOV R1,#MTDRDN1: LCALL RDBYT MOV R1，A DJNZ R3,ACK LCALL MNACK LCALL STOP RETACK： LCALL MACK INC R1 SJMP RDN13总线的应用 串行E2PROM的扩展串行E2PROM的扩展以美国ATMEL公司的I2C总线接口AT24CXX系列为例。主控器件通过在总线上产生一个起始条件来启动一次数据传送，随后发送一个包括受控器件地址的字节，其格式如下： D0=1，为读；D0=0为写。若主控器件进行写操作时，主控器件首先发送一个字节的被写入器件的内存首地址，等从控器件作出应答后，将逐个发送各数据字节，但每发送一个字节后都要等从控器件作出应答后再发下一个字节。若主控器件进行读操作时，主控器件首先发送一个字节的被读入器件的内存首地址，等从控器件作出应答后，则将释放SDA线，并按时钟节拍逐位移入从控器件发来的数据，每收到一个字节后，主控器件都在SDA线上产生一应答位，在收到最后一个字节后将产生一反态应答位。主控器件通过在总线上产生停止条件而终止一切操作。主控器件向从控器件串行EEPROM发送的n个字节的数据格式如下： 主控器件接收从控器件的n个字节的数据格式如下：题中，实现从AT24C02的40单元中连续读取8个数据，然后存入单片机以60H为首地址的连续8个单元中，再把从单片机以60H为首地址的连续16个单元中取出
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