第一章概述第七章输入和输出ppt课件

1、第一章第一章 概述概述 第七章第七章 输入和输出输入和输出7.1 7.1 并行并行i/oi/o口的概念口的概念7.2 mcs-517.2 mcs-51内部并行内部并行i/oi/o口口7.3 mcs-517.3 mcs-51并行口的扩展并行口的扩展第一章第一章 概述概述 7.1 7.1 并行并行i/oi/o口的概念口的概念l输入/输出(i/o)：计算机与外部设备(键盘、显示器、指示灯、打印机等)进行信息交换的过程。li/o接口电路：cpu与外部设备连接而专门设计的逻辑电路。i/o接口接口第一章第一章 概述概述 为什么要采用为什么要采用i/o接口？接口？cpu和外设间数据传送有如下特点：1）外设种

2、类繁多。机械式、机电式、电子式 2）外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、键盘等；中速：打印机；高速：磁盘等。cpu无法按固定时序协调各方的工作。3）外设数据信号多样化。电压信号、电流信号、数字量、模拟量等。第一章第一章 概述概述 1、i/o 接口的主要功能接口的主要功能1)地址译码地址译码 能根据能根据cpu 给出的地址找到指定的外设。给出的地址找到指定的外设。2)数据缓冲和锁存数据缓冲和锁存 实现实现cpu与外设的速度匹配与外设的速度匹配。3)信息变换信息变换 cpu与外设的信息转换与外设的信息转换 如：模拟如：模拟 数字，串行数字，串行并行并行4)通信联络通信联络将外设的状态信息如：

3、忙、闲、就绪、满、空将外设的状态信息如：忙、闲、就绪、满、空 等等状态状态提供给提供给cpu，以便，以便cpu对外设产生同步控制命令对外设产生同步控制命令。第一章第一章 概述概述 （1）cpu与i/o口的连接：通过系统总线连接的。 数据总线：cpu与外设间的数据传送的双向总线。 地址总线：传送cpu发出的地址信息的单向总线。 控制总线：传送cpu发出的控制信息 或外设发回的状态信息的双向总线。2、cpu与外设的连接与外设的连接第一章第一章 概述概述 （2）i/o口与外设的连接： i/o口通过数据线、状态线和控制线直接与外部设备相连接。连接框图连接框图第一章第一章 概述概述 i/o端口（port

4、）：简称i/o口，指具有端口地址的寄存器或缓冲器。i/o接口（interface） ：是指单片机与外设间的i/o接口芯片。一个i/o接口芯片可以有多个i/o端口： （1）数据口（）数据口（2）控制口（）控制口（3）状态口）状态口i/o端口编址是给所有i/o接口中的寄存器编址。3、i/o端口的编址端口的编址第一章第一章 概述概述 i/o端口编址两种方式端口编址两种方式：独立编址独立编址与与统一编址。统一编址。（1 1）独立编址）独立编址 i/o寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址，但需一套专门的读写i/o的指令和控制信号。（2 2）统一编址）统一编址 i/o寄存器与数据存储器单元同等对待，统一

5、编址。不需要专门的i/o指令，直接使用访问数据存储器的指令进行i/o操作，简单、方便且功能强。第一章第一章 概述概述 mcs-51使用统一编址的方式，每一端口都相当于一个ram单元。有片内i/o接口和扩展i/o接口。片内i/o接口寄存器在sfr中，使用片内数据存储器空间。扩展i/o接口使用片外数据存储器地址空间。 输出指令 输入指令片外寻址：movx dptr，a movx a，dptr movx r0，a movx a，r0 第一章第一章 概述概述 输出指令 输入指令片内寻址： mov px，a mov a，px（常用） mov px，rn mov rn，pxmov px，ri mov ri

6、，pxmov px，direct mov direct，px 其他：与、或、加1、减1等第一章第一章 概述概述 4、i/o数据的传送方式数据的传送方式 为实现和不同的外设的速度匹配，i/o接口必须根据不同外设选择恰当的i/o数据传送方式。 i/o数据传送的几种传送方式：（1）程序传送（2）中断传送（3）直接存储器存取（dma）传送 第一章第一章 概述概述 cpu与外设间的数据传送在程序控制下进行的一种方式，分为无条件传送和条件传送。（1）程序传送无条件传送方式认为外设时刻都处于“待命”状态，随时可以传送数据，适用于简单的i/o设备，如发光二极管、数码显示器等。条件传送（查询传送）传送前，cpu

7、读取外设的状态，确认已为输入输出做好准备，再进行数据传送。第一章第一章 概述概述 查询方式流程图查询方式流程图 第一章第一章 概述概述 （2）中断传送）中断传送cpu不对外设进行查询，当外设需要进行数据传送且已准备就绪时才告知cpu。这时cpu接到请求后，中断原有的程序，转去与外设传送数据。数据传送完毕后，cpu再回到原有的程序执行。优点：可以避免查询等待时间，提高cpu的利用率，应用价值极高。第一章第一章 概述概述 （3）直接存储器存取方式（）直接存储器存取方式（dma）(dmadirect memory access)由dma控制器接管总线控制权，ram与外设之间直接数据传输，不需cpu的

8、介入。适用于高速外设大批量数据传送。第一章第一章 概述概述 第七章第七章 输入和输出输入和输出7.1 7.1 并行并行i/oi/o口的概念口的概念7.2 mcs-517.2 mcs-51内部并行内部并行i/oi/o口口7.3 mcs-517.3 mcs-51并行口的扩展并行口的扩展第一章第一章 概述概述 7.2 mcs-517.2 mcs-51内部并行内部并行i/oi/o口口51单片机内部有4个8位并行i/o接口。片外无存储器扩展时，都可做通用i/o口。片外有存储器扩展时，p0口：分时提供低8位地址线和双向数据总线。p1口：通用i/o口。p2口：提供高8位地址线。p3口：双功能口，第一功能做通

9、用i/o口，多用于第二功能。第一章第一章 概述概述 由锁存器、三态缓冲器和驱动器组成。既可以作i/o用，也可以作为地址/数据线用。1、p0口的结构p0口某位结构口某位结构d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚第一章第一章 概述概述 （1）p0口作为i/o口输出时 cpu发出控制电平“0”封锁“与”门，t1截止，mux把锁存器与t2接通。“写”信号有效，内部总线p0口d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制

10、控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚第一章第一章 概述概述 （1）p0口作为i/o口 由于输出驱动器漏极开路，若输出高电平，需要外接上拉电阻。d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚第一章第一章 概述概述 （1）p0口作为i/o口输入时读引脚或读锁存器 读引脚信号有效 读锁存器信号有效d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚第一章第一章 概述概述 （1）p0口作为i/

11、o口 读端口数据时，若t2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使t2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚-准双向口第一章第一章 概述概述 （2）p0口作地址/数据线d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚 cpu发出控制电平“1”，打开“与”门，mux把cpu的地址/数据总

12、线与t2反相接通，输出地址或数据。第一章第一章 概述概述 （2）p0口作地址/数据线d qclk qmuxp0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制vcct1t2p0p0口口引脚引脚 输入信号时，cpu自动使mux向下，向p0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，外部数据读入内部总线。-真正的双向口第一章第一章 概述概述 2、p2的内部结构（1）p2口作为i/o口d qclk qmuxp2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地地址址控制控制vccrtp2口引脚cpu发出控制电平“0” ，使多路开关mux倒向锁存器

13、输出q端，功能同p0。-准双向口第一章第一章 概述概述 片外扩展存储器时，cpu发出控制电平“1”，多路开关mux向上，输出高8位地址。d qclk qmuxp2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地地址址控制控制vccrtp2口引脚（2）p2口作为地址总线第一章第一章 概述概述 d qd qclk qclk qp1.np1.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚vccrt tp1口引脚3、p1的内部结构通用i/o口-准双向口。第一章第一章 概述概述 4、p3的内部结构（1）通用i/o口与p1口类似-准双向口(w=1)d qd qclk qc

14、lk qp3.np3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚vccrt tp3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能w第一章第一章 概述概述 d qd qclk qclk qp3.np3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚vccrt tp3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能w（2）第二功能(q=1)第一章第一章 概述概述 各引脚第二功能定义：p3.0：rxd串行口输入p3.1：txd串行口输出p3.2：int0外部中断0输入p3.3：int1外部中断1输入p3.4：t0定时器0外部输入p3.5：t1定时器1

15、外部输入p3.6：wr外部写控制p3.7：rd外部读控制第一章第一章 概述概述 例：用4个发光二极管对应显示4个开关的开合状态。 如p1.0合则p1.4亮，p1.1合则p1.5亮mcs-51p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0 org 0000h ajmp main org 0100hmain： mov a，#0ffh mov p1，a mov a，p1 swap a mov p1，a sjmp main end第一章第一章 概述概述 总总 结结(1)当p0作为i/o口时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果输出转输入时，必须

16、先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入电平。 当cpu内部控制信号为“1”时，p0口作为地址/数据总线使用，无法再作为i/o口使用了。第一章第一章 概述概述 (2)p1、p2 和p3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用功能有所不同。 p1口是用户专用 8 位准双向i/o口, 每一位都能独立地设定为输入或输出。p2口是 8 位准双向i/o口。可作为扩展系统的地址总线, 输出高8位地址, 与p0 口一起组成 16 位地址总线。p3口主要用作第二功能。第一章第一章 概述概述 第七章第七章 输入和输出输入和输出7.1 7.1 并行并行i/oi/o口的概念口的概念7.2 mcs-517.2 mc

17、s-51内部并行内部并行i/oi/o口口7.3 mcs-517.3 mcs-51并行口的扩展并行口的扩展第一章第一章 概述概述 7.3 mcs-517.3 mcs-51并行口的扩展并行口的扩展在多数应用系统中，mcs-51单片机都需要外扩i/o接口电路。 i/o口扩展芯片主要有两种： 不可编程接口芯片（ttl或cmos锁存器、缓冲器电路等） 可编程接口芯片第一章第一章 概述概述 7.3.1 用用ttl芯片扩展并行芯片扩展并行i/o口口 利用74ls273和74ls244，将p0口扩展成简单的输入、输出口的电路。第一章第一章 概述概述 74ls273（锁存器）输出端接8个led，以显示8个开关状

18、态，某位低电平时二极管发光。 74ls244（缓冲器），扩展输入口，接8个开关。第一章第一章 概述概述 当p2.0=0，wr信号有效时，51单片机通过p0口输出数据到74ls273。 当p2.0=0，rd信号有效时, 通过244输入按键数据。第一章第一章 概述概述 设扩展输入口和输出口的端口地址为feffh。试编写程序把开关状态通过对应的发光二极管显示出来。程序段：mov dptr,#0feffh ；输入口地址dptrlp:movx a,dptr ；输入开关状态 movx dptr,a ；输出开关信息 sjmp lp ；反复连续执行第一章第一章 概述概述 7.3.2 用串行口扩展并行口用串行口

19、扩展并行口 利用74ls164（ 8位串入并出移位寄存器。）扩展1个8位并行输出口第一章第一章 概述概述 作为连接cpu和外设的接口，可编程器件可以通过软件设置不同的工作方式。典型芯片：8255a，8155。8255a有三个8位i/o口，3种工作方式。a、b、c都可作为独立的i/o口。c也可配合a口和b口使用。其中c7-4控制a口，合称a组；c3-0控制b口，合称b组。7.3.3 8255a可编程并行可编程并行i/o口扩展芯片口扩展芯片第一章第一章 概述概述 数据线 d7-d0，pa7-pa0， pb7-pb0，pc7-pc0。寻址线 片选信号cs a1和a0四种组合分别选择a、b、c和控制寄

20、存器。控制线 读信号（cpu对8255a读操作） 写信号（cpu对8255a写操作） reset（复位）电源线和地线 vcc和gnd。第一章第一章 概述概述 cs a1 a0读操作rd写操作wr0 0 00 0 10 1 00 1 1读端口a读端口b读端口c非法写端口a写端口b写端口c写控制字表：控制信号与传输动作的对应关系表：控制信号与传输动作的对应关系第一章第一章 概述概述 1、8255a的工作方式的工作方式方式0：基本输入输出方式n适用于无条件传送和查询方式的接口电路方式1：选通输入输出方式（a口和b口）n适用于查询和中断方式的接口电路方式2：双向选通传送方式（仅a口）n适用于双向传送数

21、据的外设n适用于查询和中断方式的接口电路第一章第一章 概述概述 2、8255a的编程的编程初始化编程：方式控制字和c口置位/复位控制字n控制寄存器地址：a1a011工作过程：通过数据端口对外设数据进行读写n数据读写利用端口a、b和c的i/o地址，a1a0依次为00、01、10第一章第一章 概述概述 （1）方式控制字，格式如下：第一章第一章 概述概述 例，要求：a端口：方式1输入c端口上半部：输出，c口下半部：输入b端口：方式0输出初始化：方式控制字为10110001b或b1h 初始化程序段： mov dptr,#0d003h;假设控制口地址为d003h mov a,#0b1h;方式控制字 movx dptr,a第一章第一章 概述概述 （2）c口置位/复位控制字，可对c口的任一位置“1”或清“0”。第一章第一章 概述概述 8255a与8031的连接8255a与与8031的接口电路的接口电路3、8255a的应用的应用第一章第一章 概述概述 例例 ：下：下图是 8031 扩展 8255a 与打印机接口的电路。 8255a 的片选线为p0.7，打印机与 8031 采用查询方式交换数据。打印机的状态信号输入给pc7，打印机忙时busy=1，打印机的数据输入采用选通控制，当stb上出现负跳变时数据被打入，要求编写向打印机输