安全生产技术安全生产事故案例分析ppt课件

1、第十章第十章 MCS一一51单片机并行单片机并行I/O接口的扩展接口的扩展第一节第一节 概概 述述 一、为什么要扩展一、为什么要扩展I/O接口接口 在单片机系统中主要有两类数据传送操作，一类是单片机和存储在单片机系统中主要有两类数据传送操作，一类是单片机和存储器之间的数据读写操作；另一类那么是单片机和其它设备之间的数器之间的数据读写操作；另一类那么是单片机和其它设备之间的数据输入输出据输入输出I/O操作。操作。 存储器是半导体电路，与单片机具有一样的电路方式和信号方式，存储器是半导体电路，与单片机具有一样的电路方式和信号方式，能相互兼容直接运用。存储器与单片机之间的衔接非常简单，主要能相互兼容

2、直接运用。存储器与单片机之间的衔接非常简单，主要包括地址线、数据线、读写选通讯号。包括地址线、数据线、读写选通讯号。 单片机与控制对象或外部设备之间的数据传送却非常复杂。其复单片机与控制对象或外部设备之间的数据传送却非常复杂。其复杂性主要表如今以下几个方面：杂性主要表如今以下几个方面： 1、速度差别大、速度差别大 慢速设备如开关、继电器、机械传感器等，每秒钟传送不了一个慢速设备如开关、继电器、机械传感器等，每秒钟传送不了一个数据；而高速采样设备，每秒钟要传送成千上万个数据位。面对速数据；而高速采样设备，每秒钟要传送成千上万个数据位。面对速度差别如此之大的各类设备，单片机无法以一个固定的时序同它

3、们度差别如此之大的各类设备，单片机无法以一个固定的时序同它们按同步方式协调任务。按同步方式协调任务。 2、设备种类繁多、设备种类繁多单片机运用系统中的控制对象或外部设备种类繁多，它们既能够是单片机运用系统中的控制对象或外部设备种类繁多，它们既能够是机械式的，又能够是机电式的，还能够是电子式的。由于不同设备机械式的，又能够是机电式的，还能够是电子式的。由于不同设备之间性能各异、对数据的要求互不一样，因此无法按一致格式进展之间性能各异、对数据的要求互不一样，因此无法按一致格式进展数据传送。数据传送。 3、数据信号方式多种多样、数据信号方式多种多样单片机运用系统所面对的数据方式也是多种多样的，例如既

4、有电压单片机运用系统所面对的数据方式也是多种多样的，例如既有电压信号，也有电流信号；既有数字方式，还有模拟方式。信号，也有电流信号；既有数字方式，还有模拟方式。 二、扩展二、扩展I/O接口电路的功能接口电路的功能 在单片机运用系统中，扩展在单片机运用系统中，扩展1/O接口电路主要是针对如下几项功能：接口电路主要是针对如下几项功能： 1.速度协调速度协调 由于速度上的差别，使得单片机的由于速度上的差别，使得单片机的I/O数据传送只能以异步方式进数据传送只能以异步方式进展。设备能否预备好，需求经过接口电路产生或传送设备的形状信展。设备能否预备好，需求经过接口电路产生或传送设备的形状信息，以此实现单

5、片机与设备之间的速度协调。息，以此实现单片机与设备之间的速度协调。 2.输出数据锁存输出数据锁存 在单片机运用系统中，数据输出都是经过系统的公用数据通道在单片机运用系统中，数据输出都是经过系统的公用数据通道数据总线进展的，单片机的任务速度快，数据在数据总线上保数据总线进展的，单片机的任务速度快，数据在数据总线上保管的时间非常短暂，无法满足慢速输出设备的需求。在扩展管的时间非常短暂，无法满足慢速输出设备的需求。在扩展I/O接口接口电路中应具有数据锁存器，以保管输出数据直至能为输出设备所接电路中应具有数据锁存器，以保管输出数据直至能为输出设备所接纳。纳。 3.输入数据三态缓冲输入数据三态缓冲 数据

6、输入时，输入设备向单片机传送的数据要经过数据总线，但数据输入时，输入设备向单片机传送的数据要经过数据总线，但数据总线是系统的公用数据通道，上面能够数据总线是系统的公用数据通道，上面能够“挂着多个数据源，挂着多个数据源，任务比较忙碌。为了维护数据总线上数据传送的任务比较忙碌。为了维护数据总线上数据传送的“次序，因此只次序，因此只允许当前时辰正在进展数据传送的数据源运用数据总线，其他数据允许当前时辰正在进展数据传送的数据源运用数据总线，其他数据源都必需与数据总线处于隔离形状。为此要求接口电路能为数据输源都必需与数据总线处于隔离形状。为此要求接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。入提供三态缓冲功能。

7、 4.数据转换数据转换 单片机只能输入和输出数字信号，但是有些设备所提供或所需求单片机只能输入和输出数字信号，但是有些设备所提供或所需求的并不是数字信号方式。为此，需求运用接口电路进展数据信号的的并不是数字信号方式。为此，需求运用接口电路进展数据信号的转换，其中包括：模转换，其中包括：模/数转换和数数转换和数/模转换。模转换。 三、三、MCS一一51单片机常用的扩展器件单片机常用的扩展器件 MCS一一51单片机常用的扩展器件有如下三类：单片机常用的扩展器件有如下三类： 常规逻辑电路、锁存器，如常规逻辑电路、锁存器，如74LS377，74LS245。 MCS80/85并行接口电路，如并行接口电路

8、，如8255。 RAM/IO综合扩展器件，如综合扩展器件，如8155。 第二节第二节 简单简单I/O接口的扩展接口的扩展 当所需扩展的外部当所需扩展的外部1/O口数量不多时，可以运用常规的逻辑电路、口数量不多时，可以运用常规的逻辑电路、锁存器进展扩展。这一类的外围芯片普通价钱较低而且种类较多，常锁存器进展扩展。这一类的外围芯片普通价钱较低而且种类较多，常用的如：用的如：74LS377、74LS245、74LS373、74LS244、74LS273、74LS577、74LS573。 一、一、74LS377芯片及扩展举例芯片及扩展举例 以以下图是以以下图是74LS377的引脚图和功能表。的引脚图和

9、功能表。74LS377是一种是一种8D触触发器，它的发器，它的/E端是控制端、端是控制端、CLK端是时钟端，当它的端是时钟端，当它的/E端为低电端为低电平常只需在平常只需在CLK端产生一个正跳变，端产生一个正跳变，D1D7将被锁存到将被锁存到QOQ7端输出，在其他情况下端输出，在其他情况下Q0Q7端的输出坚持不变。端的输出坚持不变。 如图运用了一片如图运用了一片74LS377扩展输出口，假设将未运用到的地址扩展输出口，假设将未运用到的地址线都置为线都置为1那么可以得到该片那么可以得到该片74LS377的地址为的地址为7FFFH。假设要从。假设要从该片该片74LS377输出数据到单片机中可以执行

10、如下指令：输出数据到单片机中可以执行如下指令： MOV DPTR，7FFFH MOVX DPTR，A 二、二、74LS245芯片及扩展举例芯片及扩展举例 图是图是74LS245的引脚图和功能表。的引脚图和功能表。74LS245是一种三态输出的是一种三态输出的8总总线收发驱动器，无锁存功能。它的线收发驱动器，无锁存功能。它的G端和端和DIR端是控制端，当它的端是控制端，当它的G端为低电平常，假设端为低电平常，假设DIR为高电平，那么为高电平，那么74LS245将将A端数据传送至端数据传送至B端；假设端；假设DIR为低电平，那么为低电平，那么74LS245将将B端数据传送至端数据传送至A端。在其端

11、。在其他情况下不传送数据，并输出高阻态。他情况下不传送数据，并输出高阻态。 如图运用了一片如图运用了一片74LS245扩展输人口，假设将未运用到的地址线都扩展输人口，假设将未运用到的地址线都置为置为1，那么可以得到该片，那么可以得到该片74LS245的地址为的地址为7FFFH。假设单片机要。假设单片机要从该片从该片74LS245输人数据，可以执行如下指令：输人数据，可以执行如下指令： 三、三、74LS244芯片及扩展举例芯片及扩展举例 74LS244芯片的引脚陈列：芯片的引脚陈列： 该芯片内部有该芯片内部有2 2个个4 4位的三态缓冲器，一片位的三态缓冲器，一片74LS24474LS244可以

12、扩展一个可以扩展一个8 8位输入位输入口，其电路衔接如图口，其电路衔接如图7 71010所示。运用时以所示。运用时以/CE/CE作为数据选通讯号。作为数据选通讯号。 运用举例：运用举例： 1、运用多片、运用多片74LS244实现多个输入口扩展的电路衔接如以下图，实现多个输入口扩展的电路衔接如以下图，运用或门运用或门74LS32的输出作为输入口的选通讯号。或门的两个输入端的输出作为输入口的选通讯号。或门的两个输入端一个是读选通讯号一个是读选通讯号/RD，另一个那么为，另一个那么为P2口的一条口线线选法。口的一条口线线选法。当它们都为低电平常，才干得到一个有效的输入选通，使一片当它们都为低电平常，

13、才干得到一个有效的输入选通，使一片74LS244的的8位数据进展输入。位数据进展输入。 2、一个拨盘可产生一个、一个拨盘可产生一个BCD码方式的十进制数码方式的十进制数4位。现有位。现有A、B、C、D4个拨盘，要求把它们产生的个拨盘，要求把它们产生的BCD码数依次输入到通用存码数依次输入到通用存放器放器R4B、A、R5D、C中去。每个中去。每个BCD码需码需4条输入线，条输入线，4个个BCD码那么共需码那么共需16条愉入线，即条愉入线，即2个个8位口位口1口和口和2口，因口，因此用两片此用两片74LS244就可构成其输入接口，电路衔接如图就可构成其输入接口，电路衔接如图7.12所示。所示。 P

14、2.7、P2.6分别作为分别作为1#口和口和2#口的地址选通线线选法。假定口的地址选通线线选法。假定其它地址线为其它地址线为1，那么，那么1#输入口地址为输入口地址为7FFFH，2#输入口地址为输入口地址为0BFFFH。 数据输入程序：数据输入程序： MOV DPTR，7FFFH；1口地址口地址 MOVX A，DPTR；从拨盘取数；从拨盘取数 MOV R4，A MOV DPTR，0BFFFH；2口地址口地址 MOVX A，DPTR；从拔盘取数；从拔盘取数 MOV R5，A 第三节第三节 81558155可编程接口及扩展技术可编程接口及扩展技术 81558155具有具有3 3个可编程个可编程I/

15、OI/O口，其中口，其中2 2个口个口A A和和B B为为8 8位口，位口，1 1个口个口C C为为6 6位口，位口，256256单元的单元的RAMRAM和和1 1个个1414位计数构造的定时器计数器。位计数构造的定时器计数器。 一、一、81558155芯片构造芯片构造 在与单片机接口的方向，在与单片机接口的方向，81558155提供如下信号：提供如下信号： n AD7 AD0 n AD7 AD0 地址数据复用线。地址数据复用线。 nALEnALE地址锁存信号。除进展地址锁存信号。除进展AD7 AD0AD7 AD0的地址锁存控制外，还用的地址锁存控制外，还用于把片选信号于把片选信号/CE/CE

16、和和IOIOM M等信号进展锁存。等信号进展锁存。 n /RDn /RD读选通讯号。读选通讯号。 n/WRn/WR写选通讯号。写选通讯号。 n/CEn/CE片选信号。片选信号。 nIOnIOM I/OM I/O与与RAMRAM选择信号。选择信号。IO/M=0IO/M=0对对RAMRAM进展读写；进展读写； IOIOM=lM=l时时I/OI/O口进展读写。口进展读写。 nRESETnRESET复位信号。复位信号。81558155以以600 ns600 ns的正脉冲进展复位，复位后的正脉冲进展复位，复位后A A、B B、C C口均置为输入方式。口均置为输入方式。 二、二、I/OI/O口及其任务方式

17、口及其任务方式 PAPA和和PBPB是是8 8位通用输入输出口，主要用于数据的位通用输入输出口，主要用于数据的I/OI/O传送，传送，是数据口，只需输入输出两种任务方式。是数据口，只需输入输出两种任务方式。 PCPC口为口为6 6位口，它既可作数据口用于数据的位口，它既可作数据口用于数据的I/OI/O传送，也可作传送，也可作控制口，用于传送控制信号和形状信号。控制口，用于传送控制信号和形状信号。PCPC口共具有口共具有4 4种任务方式，种任务方式，即：输入方式、输出方式、即：输入方式、输出方式、PAPA口控制端口方以及口控制端口方以及PAPA和和PBPB口控制端口控制端口方式。口方式。 当当P

18、APA或或PBPB以中断方式进展数据传送时，所需的联络信号由以中断方式进展数据传送时，所需的联络信号由PCPC提供，各联络信号如表：提供，各联络信号如表： 联络信号共有联络信号共有3 3个，其中：、个，其中：、 INTRINTR中断恳求信号输出，高电平有效。送给中断恳求信号输出，高电平有效。送给MCS- 51MCS- 51单片机的外中断恳求信号。单片机的外中断恳求信号。 BFBF缓冲器满形状信号输出，高电平有效。缓冲器满形状信号输出，高电平有效。 STBSTB选通讯号输入，低电平有效。数据输入操作选通讯号输入，低电平有效。数据输入操作时时STBSTB是外设送来的选通讯号；数据输出时是外设送来的

19、选通讯号；数据输出时STBSTB是外设送来的应对信是外设送来的应对信号。号。 三、三、RAMRAM单元及单元及I/OI/O口编址口编址 81558155共有共有256256个个RAMRAM单元，加上单元，加上6 6个可编址的端口，这个可编址的端口，这6 6个端个端口是：命令形状存放器、口是：命令形状存放器、PAPA口、口、PBPB口、口、PCPC口、定时器计数器低口、定时器计数器低8 8位以及定时器计数器高位以及定时器计数器高8 8位。位。81558155引入引入8 8位地址位地址AD7-AD0AD7-AD0，无论是，无论是RAMRAM还是可编址口都运用这还是可编址口都运用这8 8位地址进展编

20、址。如表所示。位地址进展编址。如表所示。 四、四、81558155与与MCS-51MCS-51单片机的衔接单片机的衔接信号的对应关系如下：信号的对应关系如下： 举例：举例： 五、五、81558155的命令字及形状字的格式及用法的命令字及形状字的格式及用法 81558155的命令字和形状字存放器共用一个地址，命令字存放的命令字和形状字存放器共用一个地址，命令字存放器只能写不能读，形状字存放器只能读不能写。器只能写不能读，形状字存放器只能读不能写。 六、六、81558155的定时器计数器的定时器计数器 1.1.定时器计数器的计数构造定时器计数器的计数构造 81558155的定时器计数器是一个的定时

21、器计数器是一个1414位的减法计数器，由两个位的减法计数器，由两个8 8位存放器构位存放器构成，以其中的低成，以其中的低1414位组成计数器，两个高位位组成计数器，两个高位M2M2、M1M1用于定义计数器输出用于定义计数器输出的信号方式。的信号方式。 81558155定时器计数器的计数构造如下：定时器计数器的计数构造如下： 2.定时器计数器的运用定时器计数器的运用 8155的定时器计数器与的定时器计数器与MCS-51单片机芯片内部的定时器计数器在单片机芯片内部的定时器计数器在功能上是完全一样的，即同样具有定时和计数两种功能。但是在运用上却功能上是完全一样的，即同样具有定时和计数两种功能。但是在

22、运用上却与与MCS- 51的定时器计数器有许多不同之处。详细表如今：的定时器计数器有许多不同之处。详细表如今： 8155的定时器计数器是减法计数，的定时器计数器是减法计数，MCS-51的定时器计数器是加法的定时器计数器是加法计数。确定计数初值的方法是不同的。计数。确定计数初值的方法是不同的。 MCS - 51的定时器计数器有多种任务方式。的定时器计数器有多种任务方式。8155的定时器计数器那的定时器计数器那么只需一种固定的任务方式，即么只需一种固定的任务方式，即14位计数，经过软件方法进展计数值加载。位计数，经过软件方法进展计数值加载。 MCS- 51的定时器计数器有两种计数脉冲。当定时任务时

23、，由芯片内的定时器计数器有两种计数脉冲。当定时任务时，由芯片内部按机器周期提供固定频率的计数脉冲；当计数任务时，从芯片外部引入部按机器周期提供固定频率的计数脉冲；当计数任务时，从芯片外部引入计数脉冲。计数脉冲。8155的定时器计数器，不论是定时任务还是计数任务，都由的定时器计数器，不论是定时任务还是计数任务，都由外部提供计数脉冲，外部提供计数脉冲， 其信号引脚就是其信号引脚就是TIMER IN。 MCS- 51 MCS- 51的定时器计数器，计数溢出自动置位的定时器计数器，计数溢出自动置位TCONTCON存放器的计数存放器的计数溢出标志位溢出标志位TFTF，供用户以查询或中断方式运用；但，供用

24、户以查询或中断方式运用；但81558155的定时器计的定时器计数器，计数溢出时向芯片外边输出一个信号数器，计数溢出时向芯片外边输出一个信号TIMER OUTTIMER OUT。这一信号还。这一信号还有脉冲和方波两种方式，供用户进展选择。详细由有脉冲和方波两种方式，供用户进展选择。详细由M2M1M2M1，两位定义：，两位定义： M2M1=00M2M1=00单个方波单个方波 M2M1=01M2M1=01延续方波延续方波 M2M1=10M2M1=10单个脉冲单个脉冲 M2M1=11M2M1=11延续脉冲延续脉冲 这这4 4种输出方式如图种输出方式如图7.267.26所示。所示。 3.定时器计数器的控

25、制定时器计数器的控制 8155定时器计数器的任务方式由命令字中的高两位定时器计数器的任务方式由命令字中的高两位D7D6进展控制。进展控制。详细阐明知下：详细阐明知下： D7D6=00不影响计数器任务。不影响计数器任务。 D7D6=01停顿计数。如计数器未启动那么无操作，知计数器正运转那么停顿计数。如计数器未启动那么无操作，知计数器正运转那么停顿计数。停顿计数。 D7D6=10到达计数值计数器减为到达计数值计数器减为0后停顿。后停顿。 D7D6=11启动。如计数器没运转，那么在装入计数值后开场计数；如计启动。如计数器没运转，那么在装入计数值后开场计数；如计数器已运转，那么在当前计数值计满后，再以

26、新的计数值进展计数。数器已运转，那么在当前计数值计满后，再以新的计数值进展计数。 七、运用举例七、运用举例 例例 要求运用要求运用81558155定时器计数器对计数脉冲进展千分频，即计数定时器计数器对计数脉冲进展千分频，即计数10001000后，后，TIMER OUTTIMER OUT端电平形状变化，并重新送数以产生延续方波。此外假定端电平形状变化，并重新送数以产生延续方波。此外假定PAPA口为输入方式，口为输入方式，PBPB口为输出方式，口为输出方式，PCPC口为输入方式，制止中断。请编写初始口为输入方式，制止中断。请编写初始化程序。化程序。 解解 此题共两项义务：计数初值确实定和命令字确实

27、定。此题共两项义务：计数初值确实定和命令字确实定。计数器的最高两位计数器的最高两位M2M1=01M2M1=01，计数器的其它，计数器的其它1414位装入计数初值。由于位装入计数初值。由于81558155计计数器是减法计数，所以计数初值应为十进制数数器是减法计数，所以计数初值应为十进制数10001000，十六进制数为，十六进制数为03E8H03E8H。那么：计数器高位字节为那么：计数器高位字节为43H43H，计数器低位字节为，计数器低位字节为0E8H0E8H，按上述要求，按上述要求，81558155的命令字为的命令字为0C2H0C2H。各位形状为：。各位形状为： 由于命令字的高两位由于命令字的高

28、两位D7D6=11D7D6=11，因此在装入计数值后，计数器即开场计，因此在装入计数值后，计数器即开场计数。假定命令形状存放器地址为数。假定命令形状存放器地址为0FD00H0FD00H。那么初始化程序为：。那么初始化程序为： MOV DPTRMOV DPTR，#0FD00H#0FD00H；命令形状存放器地址；命令形状存放器地址 MOV AMOV A，0C2H0C2H；命令字；命令字 MOVX MOVX DPTRDPTR，A A；装入命令字；装入命令字 MOV DPTRMOV DPTR，#0FD04H#0FD04H；计数器低；计数器低8 8位地址位地址 MOV AMOV A，0E8H0E8H；低

29、；低8 8位计数位位计数位 MOVX MOVX DPTRDPTR，A A；写入计数值低；写入计数值低8 8位位 INC DPTRINC DPTR；计数器高；计数器高8 8位地址位地址 MOV AMOV A，#43H#43H；高；高8 8位计数值位计数值 MOVX MOVX DPTRDPTR，A A；写入计数值高；写入计数值高8 8位位 例：假设例：假设A A口定义为根本的输人方式，口定义为根本的输人方式，B B口定义为根本的输出方式，口定义为根本的输出方式，对输入脉冲进展对输入脉冲进展200200分频，写出分频，写出81558155的的1/O1/O初始化程序。初始化程序。 RAMRAM字节地址

30、：字节地址：7E00H-7EFFH7E00H-7EFFHP2.0=0P2.0=0 I/OI/O接口地址：接口地址： 命令形状口：命令形状口：7F00H7F00H PA PA口：口：7F01H7F01H PB PB口：口：7F02H7F02H PC PC口：口：7F03H7F03H 定时器低定时器低8 8位：位：7F04H7F04H 定时器高定时器高8 8位：位：7F05H 7F05H ORG 1000H START：MOV SP，60H MOV R6，0FFH DJNZ R6，START MAIN：MOV DPTR，7F04H；指向定时器低；指向定时器低8位位 MOV A，0C8H；计数常数；计数常数