第七章(新)并行输入输出接口

1、.,第七章 并行I/O接口技术,主要内容 1、接口技术概述 2、MCS-51内部并行I/O端口 3、简单并行I/O口的扩展 4、8155可编程外围并行接口芯片的扩展 5、LED/键盘接口的扩展,.,7. 1 系统扩展、接口概述,1、系统扩展 单片机虽然各功能部件齐全，但容量较小，如：片内ROM、RAM、I/O口，不够用时需要扩展，扩展三总线、ROM、RAM、I/O口。 2 、系统接口 微机与外设连接因速度不匹配、信号类型不同（脉冲、模拟）、传输方式不同（串、并），需要有接口电路实现电路连接和逻辑联接。 接口是计算机与外设信息交换的桥梁。 3、接口电路应具备的功能 （1） 输入有缓冲、输出有锁存

2、； （2）有应答联络信号； （3）有片选、控制信号； （4）有编程选择工作方式功能。,.,7. 1 系统扩展、接口概述,4、单片机系统的扩展与接口原理结构（如下图）,.,7.1 扩展三总线的产生,一、三总线 地址、数据、控制总线 二、三总线的扩展 用74LS373作为地址锁存器，使数据和地址信号分开。 74LS373是三态8D触发器。,.,7.1 扩展三总线的产生,地址总线扩展电路及地址锁存器74LS373,.,7.2MCS-51内部并行I/O端口,MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O端口，即P0P3。P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，

3、口线被拉成高电平，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。,.,1P0口的结构,图2-3 P0口的一位结构图,下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。,.,1)P0口作为普通I/O口,输出时 CPU发出控制电平“0”封锁“与”门，将输出上拉场效 应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出,.,驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其 它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8

4、个LSTTL负载。,., 输入时-分读引脚或读锁存器 读引脚：由传送指令(MOV)实现； 下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。,., 输入时-分读引脚或读锁存器 读锁存器：有些指令 如：ANL P0，A称为“读-改-写” 指令，需要读锁存器。 上面一个缓冲器用于读端口锁存器数据。,.,*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，

5、上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*,.,P0口必须接上拉电阻； 三态输入缓冲器的作用：,.,准双向口： 从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，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。这就是所谓的准双向口。,在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口；,.,2)P0作为地址/数据总线,在系统扩展时，P0端口作为地址/数据总线使用时，分为： P0引脚输出地址/数据信息。,.,CPU发

6、出控制电平“1”，打开“与”门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。,2)P0作为地址/数据总线,.,P0引脚输出地址/输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。 此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。,2)P0作为地址/数据总线,-真正的双向口,.,2、P2的内部结构,1)P2口作为普通I/O口,CPU发出控制电平“0” ，使多路开关MUX倒向锁存器 输出Q端，构成一个准双向口。其

7、功能与P1相同。,.,2.P2口作为地址总线 在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B (用MOVX DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关MUX倒内部地址线。此时，P2输出高8位地址。,.,3. P1口、P3口的内部结构,P1口的一位的结构 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。,.,P3的内部结构,D Q CLK Q,P3.n,读锁存器,内部总线,写锁存器,读引脚,VCC,R,T,P3口引脚,第二输入功能,第二输出功能,一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1),W,.,P3的内部结构,二、P3第二功能(Q=1) 此时

8、引脚部分输入(Q=1、W=1) ,部分输出(Q=1、W输出) 。,D Q CLK Q,P3.n,读锁存器,内部总线,写锁存器,读引脚,VCC,R,T,P3口引脚,第二输入功能,第二输出功能,W,.,.,综上所述：当P0作为I/O口使用时，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；如果作为输入，必须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，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。,.,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,

9、 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1”, 然后才能进入输入操作。 P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 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。 对于 8031 而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。 I/O口的直接输入输出：即P0、P1、P2、P3作为输入输出口使用（见P244，例7.1）,.,4. 简单并行I/O口的扩展,在稍微大的系统，单片机片的并行口便不够用，需要扩展。 所谓简单扩展，就是使用通用的74系列的T

10、TL或4000系列的CMOS芯片扩展，在此再次声明：扩展的输出接口必须具备锁存功能；输入接口必须具备缓冲功能。,.,7.4 简单并行I/O口的扩展,简单I/O接口的扩展方法 常用74LS244作输入接口芯片，起缓冲作用，/G有效，244直通，否则高阻；用74LS273作输出接口芯片，起锁存作用，CLK下降沿锁存。,.,扩展的输入输出口地址均为： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 0 除了P2.0以外均取1，则扩展的输入输出口地址写成 16进制数均为： FEFFH 上面电

11、路的功能是：按下某键，对应的LED发光。 其程序为： MOV DPTR，#0FEFFH LP：MOVX A，DPTR MOVX DPTR，A SJMP LP,.,7.4 扩展8155可编程外围并行接口芯片,关于Intel的8155/8156：是一多功能的可编程外围接口芯片，内部资源有256B的RAM，2个8位、1个6位的I/O口和1个14位的“减1”计数器。40脚双列直插封装。,.,7. 4. 1 8155的结构与引脚,.,7. 4. 2 8155的RAM和I/O口地址 其地址按片外RAM统一编址（16位）。CE、IO/M接单片机的高8位地址。 一、I/O口（即片内寄存器）地址 CE=0、IO

12、/M=1，低3位选择寄存器,.,二、256B RAM的地址 CE=0、IO/M=0，由高8位地址控制；低8位选择RAM的256个存储单元。 7. 4. 3 8155的寄存器（6个）,.,一、命令寄存器 地址：*000B,.,二、状态寄存器 1、地址：*000B 2、格式及各位的意义,.,三、PA寄存器 是PA口引脚PA0PA7的映射 地址：*001B 四、PB寄存器 是PB口引脚PB0PB7的映射 地址：*010B 五、PC寄存器 是PC口引脚PC0PC7的映射 地址：*011B,.,六、定时器/计数器寄存器 是一14位计数器，对应有两个寄存器，最高两位设定输出波形。 1、地址：两个寄存器的地

13、址分别为：*100B 2、寄存器格式 *101B,.,M2M1的意义（决定输出波形）：,计数器减1回零时自动装入初值，所以能输出连续波形,.,7. 4. 4 8155芯片的使用 一、作片外256B RAM用 低8位地址范围为：00HFFH 二、作扩展I/O口用 PA口、PB 口、PC 口 注意：工作方式、地址 三、作定时器扩展用 一般先写计数常数，再写命令字。,.,7. 4. 5 8031与8155的接口及简单编程 一、8031与8155的连接方法,.,7.4 扩展8155可编程外围并行接口芯片,8155的具体地址,.,7.4 扩展8155可编程外围并行接口芯片,二、8155的基本操作程序段

14、1、对8155中的RAM进行操作 例1 （1）向8155RAM中的5FH单元写入数据32H； （2）从8155RAM中的98H单元读取数据。 程序段如下： （1）写数据： MOV DPTR，#7E5FH MOV A，#32H MOVX DPTR，A （2） 读数据： MOV DPTR，#7E98H MOVX A ，DPTR,.,7.4 扩展8155可编程外围并行接口芯片,2、对8155中的I/O口和定时器进行操作 例2 设置8155，使用I/O口和定时器：使A口为基本输入方式，B口为基本输出方式；定时器作方波发生器，对输入的脉冲进行24分频。试编程实现之。 思路：先对定时器赋初值和设定输出波形，向定时器/计数器寄存器中写；再设定A、B口的工作方式和传输方向，并启动定时器工作，向命令寄存器中写。 程序段如下：,.,