第八章IO接口扩展设计及应用

1、8.1 I/O扩展扩展 8.2 MCS-51单片机与可编程并行单片机与可编程并行I/OI/O芯片芯片8255A8255A的接口的接口8.3 MCS-51与可编程芯片与可编程芯片8155的接口的接口8.4 TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口8.5 键盘键盘/显示器接口芯片显示器接口芯片8279教学目的和要求 本章主要介绍本章主要介绍MCS-51系列单片机接口电路、系列单片机接口电路、简单接口和可编程接口简单接口和可编程接口8255、8155、8279的结构原的结构原理及应用。要求重点掌握理及应用。要求重点掌握MCS-51系统单片机接口系统单片机接口电路、简单电路和可编程接口电路、简

2、单电路和可编程接口8255、8155内部结构内部结构及应用方法。及应用方法。I/O扩展概述扩展概述v I/O扩展概述扩展概述v 在多数应用系统中，在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩输入输出单片机都需要外扩输入输出(I/O)接口芯片。接口芯片。v MCS-51单片机的外部数据存储器单片机的外部数据存储器RAM和和I/O是统一编址的，是统一编址的，用户可以把外部用户可以把外部64K字节的数据存储器字节的数据存储器RAM空间的一部分空间的一部分作为扩展作为扩展I/O接口的地址空间，每一个接口芯片中的一个接口的地址空间，每一个接口芯片中的一个功能寄存器口地址就相当于一个功能寄存器口地址就相

3、当于一个RAM存储单元，存储单元，CPU可可以向访问外部存储器以向访问外部存储器RAM那样访问外部接口芯片，对其功那样访问外部接口芯片，对其功能寄存器进行读、写操作。能寄存器进行读、写操作。 I/O扩展概述扩展概述v Intel公司常用的外围接口芯片有：公司常用的外围接口芯片有：v 8255：可编程的通用并行接口电路：可编程的通用并行接口电路(3个个8位位I/O口口)。v 8155：可编程的：可编程的RAM/IO扩展接口电路扩展接口电路(256个个RAM字节单字节单元，元，2个个8位位I/O口，口，1个个6位位I/O口，口，1个个14位的减法定时器位的减法定时器计数器计数器)。v 8279：可

4、编程键盘、显示接口。：可编程键盘、显示接口。v 它们都可以和它们都可以和MCS-51单片机直接相接，且接口逻辑十分单片机直接相接，且接口逻辑十分简单。另外简单。另外74LS系列的系列的LSTTL电路也可以作为电路也可以作为MCS-51的的扩展扩展I/O口，如口，如74LS373、74LS377等。等。 I/O扩展概述扩展概述v 常用的常用的I/O编址有两种方式：独立编址方式和统编址有两种方式：独立编址方式和统一编址方式。一编址方式。v 所谓独立编址，就是把所谓独立编址，就是把I/O和存储器分开进行编址，亦即各编各和存储器分开进行编址，亦即各编各的地址。这样在计算机系统中就形成了两个独立的地址空

5、间：存的地址。这样在计算机系统中就形成了两个独立的地址空间：存储器地址空间和储器地址空间和I/O地址空间。地址空间。 因此在使用独立编址方式的计算机指令系统中，除存储器读写指因此在使用独立编址方式的计算机指令系统中，除存储器读写指令外，还有专门的令外，还有专门的I/O指令以进行数据输入输出操作。指令以进行数据输入输出操作。v 统一编址就是把系统中的统一编址就是把系统中的I/O和存储器统一进行编址。在这种编和存储器统一进行编址。在这种编址方式中，把址方式中，把I/O接口中的寄存器（端口）与存储器中的存储单接口中的寄存器（端口）与存储器中的存储单元同等对待。元同等对待。 采用这种编址方式的计算机只

6、有一个统一的地址空间，该地址空采用这种编址方式的计算机只有一个统一的地址空间，该地址空间既供存储器编址使用，也供间既供存储器编址使用，也供I/O编址使用。编址使用。I/O扩展概述扩展概述v MCS-51单片机使用统一编址方式。单片机使用统一编址方式。因此在接口因此在接口电路中的电路中的I/O编址也采用编址也采用16位地址，同存储单元位地址，同存储单元地址长度一样。对片外地址长度一样。对片外I/O的输入输出指令就是的输入输出指令就是访问访问RAM的指令。的指令。v MCS-51单片机进行扩展单片机进行扩展IO接口设计时，要注意以下几接口设计时，要注意以下几个问题：个问题： (1)熟悉熟悉MCS-

7、51本身的本身的POP3口特性及指令功能。口特性及指令功能。 (2)分析清楚要扩展的接口芯片的功能、结构及能力。分析清楚要扩展的接口芯片的功能、结构及能力。 (3)在进行硬件设计时要注意接口电平及驱动能力。在进行硬件设计时要注意接口电平及驱动能力。 (4)设计驱动程序要注意，防止总线上的数据冲突。应根据设计驱动程序要注意，防止总线上的数据冲突。应根据 实际情况采用不同的数据传送控制方式实际情况采用不同的数据传送控制方式 。8255A芯芯片片介介绍绍v 8255A芯片介绍芯片介绍v 8255A8255A是是IntelIntel公司生产的可编程输入输出接口芯公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有

8、片，它具有3 3个个8 8位的并行位的并行I/OI/O口，分别为口，分别为PAPA口、口、PBPB口和口和PCPC口，其中口，其中PCPC口又分为高口又分为高4 4位口（位口（PC7PC7 PC4PC4）和低）和低4 4位口（位口（PC3 PC3 PC0 PC0），它们都可以通），它们都可以通过软件编程来改变过软件编程来改变I/OI/O口的工作方式。口的工作方式。8255A8255A可以可以与与MCS-51MCS-51单片机直接接口。单片机直接接口。8255A芯芯片片介介绍绍v 8255A的引脚如图的引脚如图8-1所示。所示。8255A的结构框图如的结构框图如图图8-2所示。所示。 它由以下几

9、个部分组成：它由以下几个部分组成：(1)数据端口数据端口A、B、CPA口：一个口：一个8位数据输出锁存器位数据输出锁存器和缓冲器；一个和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。位数据输入锁存器。PB口：一个口：一个8位数据输出锁存器位数据输出锁存器和缓冲器；一个和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。位数据输入缓冲器。PC口：一个口：一个8位的输出锁存器；位的输出锁存器；一个一个8位数据输人缓冲器。位数据输人缓冲器。8255A芯芯片片介介绍绍v 8255A的结构框图的结构框图8255A芯芯片片介介绍绍 （2）A组和组和B组控制电路组控制电路这是两组根据这是两组根据CPU写入的写入的“命令字命令字”控制控制8

10、255A工作方式工作方式的控制电路。的控制电路。A组控制组控制PA口和口和PC口的上半部（口的上半部（PC7-PC4）；）；B组控制组控制PB口和口和PC口的下半部（口的下半部（PC3-PC0）。）。(3)双向三态数据缓冲器双向三态数据缓冲器 这是这是8255A和和CPU数据总线的接口，数据总线的接口，CPU和和8255A之间的之间的命令、数据和状态的传递都通过双向三态总线缓冲器传送命令、数据和状态的传递都通过双向三态总线缓冲器传送的，的，D7-D0接接CPU的数据总线。的数据总线。8255A芯芯片片介介绍绍(4)读写和控制逻辑读写和控制逻辑A0、A1、 CS 为为8255A的端口选择信号和片

11、选信号，的端口选择信号和片选信号， RD 、WR 为为8255A的读写控制信号，这些信号线分别和的读写控制信号，这些信号线分别和MCS-51的地址线和的地址线和读写信号线相连接，实现读写信号线相连接，实现CPU对对8255A的口选择和数据传送。的口选择和数据传送。CPU对对8255A的的A口、口、B口、口、C口和控制口的寻址如表口和控制口的寻址如表8-1所示。所示。 (5)复位控制复位控制引脚引脚RESET为复位信号输入脚，高电平有效。复位有效时，它把为复位信号输入脚，高电平有效。复位有效时，它把控制寄存器清零和控制寄存器清零和 置所有端口置所有端口(A、B、C)为输入方式。为输入方式。 82

12、55A芯芯片片介介绍绍v 表表8-1 8255A端口选择表端口选择表操作操作CSA1A0RDWR功能功能输入输入00001A口口数据总线数据总线(读端口读端口A)输入输入00101B口口数据总线数据总线(读端口读端口B)输入输入01001C口口数据总线数据总线(读端口读端口C)输入输入01101状态寄存器状态寄存器数据总线数据总线输出输出00010数据总线数据总线A口口(写端口写端口A)输出输出00110数据总线数据总线B口口(写端口写端口B)输出输出01010数据总线数据总线C口口(写端口写端口C)输出输出01110数据总线数据总线控制寄存器控制寄存器禁止禁止1数据总线为高阻态数据总线为高阻

13、态3种种工工作作方方式式及及选选择择 v 8255A的的3种工作方式及选择种工作方式及选择v 8255A有三种基本工作方式：有三种基本工作方式： 方式方式0一基本输入输出；一基本输入输出； 方式方式1一选通输入输出；一选通输入输出； 方式方式2一双向传送一双向传送(仅仅PA口口)。v 工作方式的选择由工作方式的选择由CPU输出的控制字决定。输出的控制字决定。1“方式方式”选择控制字选择控制字8255A的工作方式，它可由的工作方式，它可由CPU送出一个控制字到送出一个控制字到8255A的控制的控制字寄存器来选择。字寄存器来选择。 这个控制字的格式如图这个控制字的格式如图8-3所示，可以分别选择端

14、口所示，可以分别选择端口A和端口和端口B的工作方式，的工作方式，端口端口C分成两部分，上半部分随端口分成两部分，上半部分随端口A，下半部随端口，下半部随端口B。端口端口A有方式有方式0、1和和2三种，而端口三种，而端口B只能工作于方式只能工作于方式0和和1。最高位。最高位D7是是该控制字的标志位，其状态固定为该控制字的标志位，其状态固定为1，用于表明本字节是方式控制字。，用于表明本字节是方式控制字。3种种工工作作方方式式及及选选择择8255A8255A的的控控制制字字3种种工工作作方方式式及及选选择择v 例例8-1： 若对若对8255A作如下设置：作如下设置：A口方式口方式0输入，输入，B口方

15、式口方式1输出，输出，C口高位部分输出低位部分为输口高位部分输出低位部分为输入。设控制寄存器地址为入。设控制寄存器地址为0FFFBH。按各口的设置要求，工作方式控制字为按各口的设置要求，工作方式控制字为10010101B，即，即95H。则初始化程序段为：。则初始化程序段为：MOV DPTR，#0FFFBHMOV A，#95HMOVX DPTR，A3种种工工作作方方式式及及选选择择2C口按位置位口按位置位/复位功能复位功能端口端口C的的8位中的任一位，可用一个写入位中的任一位，可用一个写入8255A的控制口的置位复的控制口的置位复位控制字来置位或复位。这个功能主要用于控制。控制字的格式位控制字来

16、置位或复位。这个功能主要用于控制。控制字的格式如图如图8-4所示。所示。D7是该控制字的标志，其状态固定为是该控制字的标志，其状态固定为0。v 例例8-2：如果想把：如果想把8255A的的C口的口的PC1置置1，PC7复位，该如复位，该如何对何对8255A编程。将编程。将03H写入控制口，置写入控制口，置“1”PC1；0EH写写入控制口，清入控制口，清“0”PC7。设控制寄存器地址为。设控制寄存器地址为0FFFBH。程序如下：程序如下：MOV DPTR，#0FFFBHMOV A，#03HMOVX DPTR，AMOV A，#0EH MOVX DPTR，A3种种工工作作方方式式及及选选择择3种种工

17、工作作方方式式及及选选择择3方式方式0的功能的功能两个两个8位端口位端口(A和和B)和两个和两个4位端口位端口(口口C)。任一个端口都可以作为输入或输出。任一个端口都可以作为输入或输出。输出是锁存的。输出是锁存的。输入是不锁存的。输入是不锁存的。在方式在方式0时，各个端口的输入、输出可有时，各个端口的输入、输出可有16种种不同的组合。不同的组合。 在这种工作方式下，由于是无条件的传送，所以不需要状在这种工作方式下，由于是无条件的传送，所以不需要状态端口，三个端口都可作为数据端口。在态端口，三个端口都可作为数据端口。在MCS-51系统中，系统中，只要执行只要执行MOVX类指令，便可完成输入输出操

18、作。类指令，便可完成输入输出操作。3种种工工作作方方式式及及选选择择4、方式、方式1的功能的功能v (1)方式方式1的基本功能的基本功能用作一个或两个选通端口。用作一个或两个选通端口。每一个端口包含有：每一个端口包含有：8位数据端口；三条控制线位数据端口；三条控制线(是固定是固定指定的，不能用程序改变指定的，不能用程序改变)；提供中断逻辑。；提供中断逻辑。任何一个端口都可以作为输入或输出。任何一个端口都可以作为输入或输出。若只有一个端口工作于方式若只有一个端口工作于方式1，余下的，余下的13位，可以工作位，可以工作在方式在方式0(由控制字决定由控制字决定)。若两个端口都工作于方式若两个端口都工

19、作于方式1，端口，端口C还留下两位，这两位还留下两位，这两位可以由程序指定作为输入或输出，也具有置位复位功能。可以由程序指定作为输入或输出，也具有置位复位功能。3种种工工作作方方式式及及选选择择v (2)方式方式1输入输入当任一端口工作于方式当任一端口工作于方式1输入时，其逻辑组态如图输入时，其逻辑组态如图85所所示。其各个控制信号的意义为：示。其各个控制信号的意义为： STB(Strobe)：选通脉冲（输入），低电平有效。：选通脉冲（输入），低电平有效。IBF（Input Buffer Full）输入缓冲器满信号（输出），）输入缓冲器满信号（输出），高电平有效。这是一个高电平有效。这是一个8

20、255A输出的状态信号。输出的状态信号。INTR(Interrupt Request)：中断请求信号（输出），高：中断请求信号（输出），高电平有效。这是电平有效。这是8255A的的个输出信号，可用于作为向个输出信号，可用于作为向CPU的中断请求信号，以要求的中断请求信号，以要求CPU服务。服务。INTEA和和INTEB为中断使能信号；为中断使能信号；3种种工工作作方方式式及及选选择择方式方式1 1输入组态输入组态3种种工工作作方方式式及及选选择择v (3)方式方式1输出输出方式方式1输出时，其逻辑组态如图输出时，其逻辑组态如图8-6所示，主要的控制信号所示，主要的控制信号如下：如下：OBF(O

21、utput Buffer Full)：输出缓冲器满信号，低电平：输出缓冲器满信号，低电平有效，这是有效，这是8255A输出给外设的一个控制信号。输出给外设的一个控制信号。ACK(Achowledge)：低电平有效。这是一个外设的响应：低电平有效。这是一个外设的响应信号，指示信号，指示CPU输出给输出给8255A的数据已经由外设接受。的数据已经由外设接受。INTR：中断请求信号，高电平有效。：中断请求信号，高电平有效。INTEA：由：由PC6的置位复位控制。的置位复位控制。INTEB: 由由PC2的置位复位控制。的置位复位控制。 3种种工工作作方方式式及及选选择择方方式式1输输出出组组态态3种种

22、工工作作方方式式及及选选择择5方式方式2的功能的功能该工作方式的主要功能该工作方式的主要功能:方式方式2只用于端口只用于端口A，端口，端口B无此种工作方式。无此种工作方式。 一个一个8位的双向总线端口位的双向总线端口(端口端口A)和一个和一个5位控制端口位控制端口(端端 口口C)。输入和输出是锁存的。输入和输出是锁存的。5位控制端口用作端口位控制端口用作端口A的控制和状态信息。的控制和状态信息。3种种工工作作方方式式及及选选择择v 8255A工作在方式工作在方式2时，其逻辑组态如图时，其逻辑组态如图87所示。各个信所示。各个信号的意义为：号的意义为：INTR(中断请求中断请求)：高电平有效。在

23、输入和输出方式时，：高电平有效。在输入和输出方式时，都可用来作为向都可用来作为向CPU的中断请求信号。的中断请求信号。OBF(输出缓冲器满输出缓冲器满)：低电平有效。它是对外设的一种：低电平有效。它是对外设的一种选通信号，表示选通信号，表示CPU已把数据输出至端口已把数据输出至端口A。 ACK(响应信号响应信号)：低电平有效。它启动端口：低电平有效。它启动端口A的三态输的三态输出缓冲器，送出数据；否则，输出缓冲器处在高阻状态。出缓冲器，送出数据；否则，输出缓冲器处在高阻状态。3种种工工作作方方式式及及选选择择INTEl(与输出缓冲器相关的中断屏蔽触发器与输出缓冲器相关的中断屏蔽触发器)：由：由

24、PC6的的置位复位控制。置位复位控制。STB(选通输入选通输入)：低电平有效。这是外设供给：低电平有效。这是外设供给8255A的选的选通信号，它把输人数据选通至通信号，它把输人数据选通至8255A的输人锁存器。的输人锁存器。IBF(输入缓冲器满输入缓冲器满)：高电平有效。它是一个状态信息，：高电平有效。它是一个状态信息，指示数据已进入输入锁存器。指示数据已进入输入锁存器。INTE2(与输入缓冲器相关的中断屏蔽触发器与输入缓冲器相关的中断屏蔽触发器)：由：由PG4的置位复位控制。的置位复位控制。3种种工工作作方方式式及及选选择择v 接口应用举例接口应用举例v 例例8-3：在：在8051单片机上扩

25、展一片单片机上扩展一片8255A芯片，设端口芯片，设端口A为为方式方式0输入，端口输入，端口B方式方式0输出，端口输出，端口C（上半部）（上半部）PC7PC4输入，端口输入，端口C（下半部）（下半部）PC3PC0输出。要求从输出。要求从A口口读入的数据从读入的数据从B口输出。试设计扩展接口电路，并给出初口输出。试设计扩展接口电路，并给出初始化程序。始化程序。完成上述功能的接口电路如图完成上述功能的接口电路如图8-8所示。所示。3种种工工作作方方式式及及选选择择v 8255A的扩展接口图的扩展接口图3种种工工作作方方式式及及选选择择v 根据题目要求，根据题目要求，8255A的控制字为的控制字为1

26、0011000B=98H(控制字的格式见图控制字的格式见图8-3)。初始化程序清单如下：初始化程序清单如下：MOV A，#98HMOV DPTR，#7FFFHMOVX DPTR, A MOV DPTR, #7FFCHMOVX A, DPTRINC DPTRMOVX DPTR,A8155芯芯片片介介绍绍v MCS51与可编程芯片与可编程芯片8155的接口的接口v Intel 8155/8156芯片内包含有芯片内包含有256个字节的个字节的RAM存储器存储器(静静态态)、两个可编程的、两个可编程的8位并行口位并行口PA和和PB、一个可编程的、一个可编程的6位位并行口并行口PC、以及一个、以及一个1

27、4位定时器计数器。位定时器计数器。PA口和口和PB口口可工作于基本输入输出方式可工作于基本输入输出方式(同同8255A的方式的方式0)或选通输入或选通输入输出方式输出方式(同同8255A的方式的方式1)。 v 8155芯片介绍芯片介绍 18155的结构与引脚的结构与引脚8155芯片为芯片为40引脚双列直插封装，单一的引脚双列直插封装，单一的+5V电源，其引电源，其引脚排列如图脚排列如图8-9所示。其逻辑结构如图所示。其逻辑结构如图8-10所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v 8155A引脚图与引脚图与8155A逻辑结构图逻辑结构图8155芯芯片片介介绍绍v 各引脚的功能说明如下：各引脚的功能

28、说明如下：v RESET：8155内部复位信号输入端。高电平有效。内部复位信号输入端。高电平有效。8155被被初始复位后初始复位后I/O口变为输入方式。口变为输入方式。v AD0AD7：三态的地址数据线。地址可以是：三态的地址数据线。地址可以是8155的的RAM单元地址或单元地址或I/O口地址。口地址。v CE：片选信号线，低电平有效。：片选信号线，低电平有效。v IOM：8155的的RAM存储器和存储器和I/O口选择线，口选择线，IOM=0，AD0AD7的地址为的地址为8155RAM单元的地址，对单元的地址，对RAM进行读进行读写。写。IO/M=1，AD0AD7的地址为的地址为8155 I/

29、O口的地址，对口的地址，对I/O口进行读写。口进行读写。 8155芯芯片片介介绍绍v RD：读选通信号，低电平有效。：读选通信号，低电平有效。v WR：写选通信号，低电平有效。：写选通信号，低电平有效。v ALE：地址锁存允许端，高电平有效。：地址锁存允许端，高电平有效。v PA0PA7：端口：端口A的通用的通用I/O线，由程序控制的命令寄存器线，由程序控制的命令寄存器选择输入输出方向。选择输入输出方向。v PB0PB7：端口：端口B的通用的的通用的I/O线，由程序控制的命令寄存线，由程序控制的命令寄存器选择输入器选择输入/输出方向。输出方向。v PC0PC5：端口：端口C的的I/O线或作为线

30、或作为PA口和口和PB口的控制信号。口的控制信号。通过命令寄存器实现程序控制。通过命令寄存器实现程序控制。8155芯芯片片介介绍绍v 当当PC0PC5用作控制信号时，作用如下：用作控制信号时，作用如下：PC0一一AINTR(口口A的中断请求的中断请求)PC1一一ABF(口口A缓冲器满缓冲器满)PC2一一ASTB(口口A选通脉冲选通脉冲)PC3一一BINTR(口口B的中断请求的中断请求)PC4一一BBF(口口B的缓冲器满的缓冲器满)PC5一一BSTB(口口B选通脉冲选通脉冲)v TIMERIN：定时器计数器输入端。：定时器计数器输入端。v TIMEROUT：定时器计数器输出端。：定时器计数器输出

31、端。v Vcc：+5Vv Vss：地：地8155芯芯片片介介绍绍2CPU对对8155的的RAM单元和单元和IO的寻址的寻址IO/M=0时，时，CPU对对8155的的256个字节的个字节的RAM寻址。寻址。IO/M=1时，时，CPU对对8155的的IO寻址，寻址，8155的的I/O口编址如口编址如表表8-所示。所示。表表8-3 8155I/O口编址口编址A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1 A0A0选中选中I/OI/O口及寄存器口及寄存器0 00 00 0命令及状态口命令及状态口0 00 01 1PAPA口口0 01 10 0PBPB口口0 01 11 1PCPC口口1 10

32、 00 0TLTL定时器低定时器低8 8位位1 10 01 1THTH定时器高定时器高6 6位位8155芯芯片片介介绍绍38155的命令字和状态字以及的命令字和状态字以及IO的工作方式的工作方式v 8155内部的命令寄存器和状态寄存器使用同一个端口地址内部的命令寄存器和状态寄存器使用同一个端口地址(见表见表8-3)。命令寄存器只能写入不能读出，状态寄存器只。命令寄存器只能写入不能读出，状态寄存器只能读出不能写入。能读出不能写入。v 8155I/O口的工作方式由口的工作方式由CPU写入命令寄存器的控制字确写入命令寄存器的控制字确定。定。v 8位命令寄存器的低位命令寄存器的低4位定义位定义A口、口

33、、B口和口和C口的操作方式，口的操作方式，D4、D5位确定位确定A口、口、B口以选通输入输出方式工作时是否口以选通输入输出方式工作时是否允许申请中断，允许申请中断，D6、D7位为定时器位为定时器/计数器运行控制位。计数器运行控制位。命令字的格式如图命令字的格式如图8-11所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍8155A工工作作方方式式控控制制字字格格式式8155芯芯片片介介绍绍(1)I/O的工作方式的工作方式基本基本I/O当当8155编程为基本输入输出方式时，可用于无条件编程为基本输入输出方式时，可用于无条件I/O操操作。类似与作。类似与8255的工作方式的工作方式0。选通选通I/O 当当815

34、5的的PA口编程为选通口编程为选通I/O工作方式时，工作方式时，PC口低口低3位作位作PA口联络线，口联络线，PC口其余位作口其余位作I/O线，线，B口定义为基本口定义为基本I/O；当当PA口和口和PB口均定义为选通口均定义为选通I/O方式时，方式时，PC口作口作PA口、口、PB口联络线。其逻辑组态如图口联络线。其逻辑组态如图8-12所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v 8155选通选通I/O逻辑结构图逻辑结构图8155芯芯片片介介绍绍v INTR：中断请求输出线，作为：中断请求输出线，作为CPU的中断源，的中断源，高电平有效。高电平有效。v BF：I/O口缓冲器状态标志输出线。缓冲器存有口

35、缓冲器状态标志输出线。缓冲器存有数据（满）时，数据（满）时，BF为高电平，否则为低电平。为高电平，否则为低电平。v STB：设备选通信号输入线，低电平有效。：设备选通信号输入线，低电平有效。A口、口、B口选通口选通I/O口方式时波形如图口方式时波形如图8-13所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍(2)状态字状态字8155有一个状态寄存器，锁存有一个状态寄存器，锁存8155I/O口和定时器口和定时器/计数器计数器的当前状态，供的当前状态，供CPU查询。状态寄存器只能读出，不能写查询。状态寄存器只能读出，不能写入，而且和命令寄存器共用一个口地址。入，而且和命令寄存器共用一个口地址。CPU对该地址写

36、对该地址写入的是命令字，对该地址读出的是入的是命令字，对该地址读出的是8155的状态。状态寄存的状态。状态寄存器的格式如图器的格式如图8-14所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v 8155状态寄存器格式状态寄存器格式8155芯芯片片介介绍绍48155内部定时器内部定时器81558155的定时器为的定时器为1414位的减法计数器，对输入脉冲进行减法位的减法计数器，对输入脉冲进行减法计数，外部有两个定时器引脚端计数，外部有两个定时器引脚端TIMERINTIMERIN、TIMEROUTTIMEROUT。TIMERINTIMERIN为定时器时钟输入端，可接系统时钟脉冲，作定为定时器时钟输入端，可接系

37、统时钟脉冲，作定时方式；也可接外部输入脉冲，作记数方式。时方式；也可接外部输入脉冲，作记数方式。TIMEROUTTIMEROUT为定时器输出，输出各种脉冲信号波形。为定时器输出，输出各种脉冲信号波形。1414位定位定时器由时器由04H04H（低（低8 8位）和位）和05H05H（高（高6 6位）两个字节组成，其格位）两个字节组成，其格式如图式如图8-158-15所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1 T0T7T6T5T4T3T2T1T0计数长度低位计数长度低位T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1 T0M2M1T13T12T11T10T9T8定时器方

38、式定时器方式计数长度高位计数长度高位图图8 8151581558155定时器格式定时器格式8155芯芯片片介介绍绍v 定时器有四种输出方式，由定时器有四种输出方式，由M2、M1两位定义，每一种方两位定义，每一种方式的输出波形如图式的输出波形如图8-16所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v 定时器编程定时器编程v 首先把计数长度和定时器输出方式装入定时器的两个相应首先把计数长度和定时器输出方式装入定时器的两个相应单元单元04H和和05H。计数长度为。计数长度为0002H3FFFH之间的任意之间的任意值。计数器的启动和停止由值。计数器的启动和停止由8155命令寄存器的最高两位命令寄存器的最高两位

39、(D6，D7)控制，见图控制，见图8-11。 v 如果定时器正在计数，那么，只有在写入启动命令之后，如果定时器正在计数，那么，只有在写入启动命令之后，定时器才接收新的计数长度并按新的工作方式计数。定时器才接收新的计数长度并按新的工作方式计数。v 若写入定时器的初值为奇数，若写入定时器的初值为奇数，方波输出是不对称的，例如初方波输出是不对称的，例如初值为值为9时，定时器输出的时，定时器输出的5个脉个脉冲周期内为高电平，冲周期内为高电平，4个脉冲周个脉冲周期内为低电平，如图期内为低电平，如图8-17所示。所示。8155芯芯片片介介绍绍v 8155复位后并不预置定时器的方式和长度，但是停止计数复位后

40、并不预置定时器的方式和长度，但是停止计数器计数。另外，器计数。另外，8155的定时器在计数过程中，计数器的值的定时器在计数过程中，计数器的值并不直接表示外部输入的脉冲，计数器的终值为并不直接表示外部输入的脉冲，计数器的终值为2，初值，初值为为23FFFH之间。之间。v 若作为外部事件计数，由计数器的状态求输入脉冲的方法若作为外部事件计数，由计数器的状态求输入脉冲的方法如下：如下：(1)停止计数器计数；停止计数器计数；(2)分别读出计数器的两个字节；分别读出计数器的两个字节；(3)取低取低14位的计数值；位的计数值；(4)若为偶数，右移一位即得输入脉冲数；若为奇数，则右若为偶数，右移一位即得输入

41、脉冲数；若为奇数，则右移一位加上计数初值的二分之一的整数部分。移一位加上计数初值的二分之一的整数部分。单单片片机机与与8155的的接接口口及及应应用用v 8051单片机与单片机与8155的接口及应用的接口及应用 v 8051和和8155接口的一种接口方法如图接口的一种接口方法如图8-18所示。所示。8155RAM地址为地址为7E00H7EFFH，IO口的地址为口的地址为7F00H7F05H。若若A口定义为基本输入方式，口定义为基本输入方式，B口定义为基本输出方式，定口定义为基本输出方式，定时器作为方波发生器，对输入脉冲进行时器作为方波发生器，对输入脉冲进行24分频分频(需注意需注意8155的最

42、高计数频率约的最高计数频率约4MHz)，读，读PA口数据送口数据送PB口输出。则口输出。则8155的的I/O口初始化程序如下：口初始化程序如下：单单片片机机与与8155的的接接口口及及应应用用单单片片机机与与8155的的接接口口及及应应用用例例8-4：图：图8-18的初始化程序的初始化程序INITI：MOV DPTR，#7F04H ；指向定时器低；指向定时器低8位位MOV A，#18H ；记数常数送累加器；记数常数送累加器AMOVX DPTR，A ；送记数常数；送记数常数 INC DPTR ；指向定时器高；指向定时器高8位位MOV A，#40H ；设定时器输出连续方波；设定时器输出连续方波MO

43、VX DPTR，A ；送定时器高；送定时器高8位位MOV DPTR，#7F00H ；指向命令口；指向命令口MOV A，#0C2H ；命令字设为；命令字设为A口、口、C口口输入，输入，B口输出口输出MOVX DPTR，A ；启动定时器；启动定时器MOV DPTR，#7F01HMOVX A，DPTRINC DPTRMOVX DPTR , ATTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 简单输入接口扩展简单输入接口扩展v 简单输入扩展实际上就是扩展数据缓冲器。其作用是当输简单输入扩展实际上就是扩展数据缓冲器。其作用是当输入设备被选通时，使数据

44、源能与数据总线直接沟通；而当入设备被选通时，使数据源能与数据总线直接沟通；而当输入设备处于非选通状态时，把数据源与数据总线隔离，输入设备处于非选通状态时，把数据源与数据总线隔离，既缓冲器输出高阻抗状态。常用的扩展输入口的既缓冲器输出高阻抗状态。常用的扩展输入口的TTL芯片芯片有有74LS244、74LS373等。等。v 74LS244是一个三态输出八缓冲器及总线驱动器，以是一个三态输出八缓冲器及总线驱动器，以CE作作选通信号。其负载能力强，可直接驱动小于选通信号。其负载能力强，可直接驱动小于130的负载。的负载。它可以作为它可以作为8051外部的一个扩展输入口，接口电路如图外部的一个扩展输入口

45、，接口电路如图8-19所示。所示。 TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 8051和和74LS244的接口图的接口图TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 8位并行输入口位并行输入口74LS244，由，由P2.6和和RD相相“或或”控制，地控制，地址为址为0BFFFH，当管脚，当管脚P2.6=0时，执行时，执行MOVX A，DPTR类指令可产生信号，将数据读入单片机。类指令可产生信号，将数据读入单片机。读入程序为：读入程序为：MOV DPTR，#0BFFFH ；指向；指向244输入口输入口MOVX A，DPTR ；输入数据；输入数据v 74LS373为一个带三态门的为

46、一个带三态门的8D锁存器，它可以作锁存器，它可以作为为8051外部的一个扩展输入口，接口逻辑如图外部的一个扩展输入口，接口逻辑如图8-20所示。所示。TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 外部设备向单片机传送数据时，产生一个选通信号外部设备向单片机传送数据时，产生一个选通信号XT连接连接到到373的打入端的打入端G上，在选通信号的下降沿将数据锁存，同上，在选通信号的下降沿将数据锁存，同时向单片机发中断请求。此时单片机响应中断。通过时向单片机发中断请求。此时单片机响应中断。通过P0口口在在373锁存器中读取数据。锁存器中读取数据。74

47、LS373的输出由的输出由P2.7和和相相“或或”控制。控制。373的口地址为的口地址为7FFFH(即即P2.7为为0)。v 373和和244作输入口的区别是作输入口的区别是244只有三态缓冲的功能，而只有三态缓冲的功能，而373还有一个接数控制端。因此，当外设的数据是暂态数还有一个接数控制端。因此，当外设的数据是暂态数据时，采用据时，采用373做输入扩展更方便。做输入扩展更方便。 RDTTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 简单输出接口扩展简单输出接口扩展v 输出接口的主要功能是进行数据保持，或者说是数据锁存。输出接口的主要功能是进行数据保持，或者说是数据锁存。所以简单输出接口扩

48、展的电路是锁存器。简单输出接口扩所以简单输出接口扩展的电路是锁存器。简单输出接口扩展通常使用展通常使用74LS377、74LS373等。等。 v 74LS377为带有允许输出端的为带有允许输出端的8D锁存器，有锁存器，有8个个D输入端，输入端，8个个Q输出端，一个时钟输入端输出端，一个时钟输入端CLK，一个锁存允许信号，一个锁存允许信号E。当当E=0时，时，CLK端信号的上升沿，把端信号的上升沿，把8D输入端的数据打入输入端的数据打入8位锁存器。位锁存器。 TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口v 通过通过8051的的P0口扩展一片口扩展一片74LS377锁存器作输出口，该锁锁存器作

49、输出口，该锁存器被视为存器被视为8051的一个外部的一个外部RAM单元。使用单元。使用MOVX DPTR，A类指令访问之，输出控制信号为类指令访问之，输出控制信号为WR，接口逻，接口逻辑如图辑如图8-21所示。图中所示。图中377的口地址为的口地址为7FFFH(即即P2.7=0)，其输出操作程序如下：其输出操作程序如下： MOV DPTR，#7FFFH ；指向；指向377口地址口地址MOV A，#DATA ；取数；取数MOVX DPTR, A ; 送送377锁存器锁存器TTL芯片扩展简单的芯片扩展简单的I/O接口接口LED显示器工作原理显示器工作原理v 键盘显示器接口芯片键盘显示器接口芯片82

50、79v LED显示器工作原理显示器工作原理 v LED显示器是单片机应用系统中常用的输出器件，也称为显示器是单片机应用系统中常用的输出器件，也称为数码管。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管数码管。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示二极管导通，就能显示09、AF等各种字符。等各种字符。v 常用的常用的LED显示器有显示器有7段和段和“米米”字段之分。字段之分。v 这种显示器有共阳极和共阴极两种，如图这种显示器有共阳极和共阴极两种，如图8-22所示。所示。共阴极共

51、阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起作为公显示器的发光二极管的阴极连接在一起作为公共端。共阳极共端。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起显示器的发光二极管的阳极连接在一起作为公共端。作为公共端。LED显示器工作原理显示器工作原理v 点亮显示器有静态和动态两种方法。点亮显示器有静态和动态两种方法。 LED显示器工作原理显示器工作原理v 所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。发光二极管恒定的导通或截止。v 这种显示方式每一位都需要有一个这种显示方式每一位都需要有一个8位输出口控制，亮度位输出

52、口控制，亮度大，耗电也大。大，耗电也大。3位静态显示器的接口逻辑，如图位静态显示器的接口逻辑，如图8-23所示。图中采用共阴所示。图中采用共阴极显示器。极显示器。 v 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位(扫扫描描)，对于显示器的每一位来说，每隔，对于显示器的每一位来说，每隔段时间点亮一次。段时间点亮一次。v 动态显示时将多个显示器的段码同名端连在一起，用一个动态显示时将多个显示器的段码同名端连在一起，用一个I/O端口驱动（称段码口）；位码用另一个端口驱动（称段码口）；位码用另一个I0端口分别控端口分别控制（称位扫描口）。显示器的亮度既与

53、导通电流有关，也制（称位扫描口）。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。与点亮时间和间隔时间的比例有关。 v 6位共阴极显示器和位共阴极显示器和8155的接口逻辑如图的接口逻辑如图8-24所示。所示。LED显示器工作原理显示器工作原理v 3位静态位静态LED显示接口图显示接口图LED显示器工作原理显示器工作原理v 动态显示接口图动态显示接口图键键盘盘接接口口原原理理v 键盘接口原理键盘接口原理v 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，通过键盘输人数据或命令，实现简单的人机机输入设备，通过键盘输人

54、数据或命令，实现简单的人机对话。对话。v 键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。靠软件实现的称为非编码键盘。v 键盘的结构有独立式按键和行列式键盘。由于独立式按键键盘的结构有独立式按键和行列式键盘。由于独立式按键电路每一个按键开关占一根电路每一个按键开关占一根I/O口线，当按键数多时，通口线，当按键数多时，通常采用行列式（也称矩阵式）键盘电路。常采用行列式（也称矩阵式）键盘电路。v 行列式键盘的结构及接口电路如图行列式键盘的结构及接口电路如图8-25所示。所示。 键键盘盘接接口口原原理理键键盘盘接接口

55、口原原理理v 行列式键盘的工作原理。行列式键盘的工作原理。v 首先要判断是否有键闭合，设定首先要判断是否有键闭合，设定8155的的PA口为输出方式，口为输出方式，PC口为输入方式。口为输入方式。 v 键盘中究竟哪一个键被按下，是由列线逐列置低电平后，键盘中究竟哪一个键被按下，是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态的方法来确定。检查行输入状态的方法来确定。 v 键扫描子程序流程图如图键扫描子程序流程图如图8-26所示。所示。 v 单片机对键盘的控制不外乎有以下三种方式：程序控制扫单片机对键盘的控制不外乎有以下三种方式：程序控制扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式。描方式、定时扫描方式和中断扫描方

56、式。1程序控制扫描方式程序控制扫描方式这种方式就是只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程这种方式就是只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，响应键盘的输入请求。序，响应键盘的输入请求。键键盘盘接接口口原原理理2定时扫描方式定时扫描方式单片机对键盘的扫描也可采用定时扫描方式，即每隔一定单片机对键盘的扫描也可采用定时扫描方式，即每隔一定的时间对键盘扫描一次。的时间对键盘扫描一次。3中断扫描方式中断扫描方式当键盘上有键闭合时产生中断请求，当键盘上有键闭合时产生中断请求，CPU响应中断，执行响应中断，执行中断服务程序，判别键盘上闭合键的键号，并作相应的处中断服务程序，判别键盘上闭合键的键号，并作相应

57、的处理。理。8279的的内内部部结结构构原原理理v 可编程键盘可编程键盘/显示接口显示接口8279v 8279内部结构原理内部结构原理图图8-27为为8279的内部结构框图。的内部结构框图。下面分别介绍各部分电路的作用和原理。下面分别介绍各部分电路的作用和原理。(1)IO控制和数据缓冲器控制和数据缓冲器双向的三态数据缓冲器将内部总线和外部总线双向的三态数据缓冲器将内部总线和外部总线DB0DB7连接，用于传送连接，用于传送CPU和和8279之间的命令、数据和状态。之间的命令、数据和状态。I/O控制线是控制线是CPU对对8279进行控制的引线。进行控制的引线。CS是是8279的片选信号，当其为的片

58、选信号，当其为0时，时，8279才被允许读出或才被允许读出或写入信息。写入信息。WR、 RD为来自为来自CPU的读、写控制信号。的读、写控制信号。A0为控制命令为控制命令/状态与数据选择信号。状态与数据选择信号。8279的的内内部部结结构构原原理理8279的的内内部部结结构构原原理理(2)控制逻辑控制逻辑控制与定时寄存器用来存储键盘及显示器的工作方式、命控制与定时寄存器用来存储键盘及显示器的工作方式、命令字和其他状态信息。令字和其他状态信息。(3)扫描计数器扫描计数器扫描计数器有两种输出方式。扫描计数器有两种输出方式。一种为外部译码方式一种为外部译码方式(也称编码方式也称编码方式)，计数器以二

59、进制方，计数器以二进制方式计数，式计数，4位计数状态从扫描线位计数状态从扫描线SL0SL3输出，经外部译输出，经外部译码器译出码器译出16位扫描线；位扫描线；另一种为内部译码方式另一种为内部译码方式(也称译码方式也称译码方式)，即扫描计数器的，即扫描计数器的低二位经内部译码器后从低二位经内部译码器后从SL0SL3输出。输出。(4)键盘输入控制键盘输入控制包括回复缓冲器、键盘去抖及控制。包括回复缓冲器、键盘去抖及控制。8279的的内内部部结结构构原原理理(5)FIFO /传感器传感器RAM及其状态寄存器及其状态寄存器8279具有容量为具有容量为88的先进先出的先进先出(FIFO)的输入缓冲的输入

60、缓冲RAM单单元。在键盘选通方式时，它存储键盘数据。元。在键盘选通方式时，它存储键盘数据。此时，此时，FIFO状态寄存器用来存放状态寄存器用来存放FIFO的工作状态。的工作状态。在传感器矩阵方式工作时，在传感器矩阵方式工作时，FIFO中存放传感器矩阵中的每中存放传感器矩阵中的每一个传感器状态。一个传感器状态。显示缓冲显示缓冲RAM和显示地址寄存器和显示地址寄存器显示显示RAM用来存储显示数据。容量为用来存储显示数据。容量为168位。位。 8279将段将段码写入显示缓冲码写入显示缓冲RAM，8279自动对显示器扫描，将其内部自动对显示器扫描，将其内部显示缓冲显示缓冲RAM中的数据送到显示器上显示