8155的外部引脚及内部逻辑结构的阐述.docx

8155详细说明155可编程通用并行接口芯片 7.4.1 8155的外部引脚及内部逻辑结构 1. 外部引脚 8155芯片为40引脚双列直插封装，单一的，5V电源，其引脚排列如图7.16所示。其中: : A口的输入输出信号线。该口作输入还是输出，由软件决定。 : B口的输入输出信号线。该口作输入还是输出，由软件决定。 : C口信号线。该口可作输入、输出口外，还可以传送控制和状态信号，因此C口共有四种工作方式，即:输入方式(ALT1)，输出方式(ALT2)，A口控制端口方式(ALT3)以及A口 和B口控制端口方式(ALT4)。其工作方式由软件决定。 , :地址数据复用线。 :片选信号。低电平有效。 图7-16 8155外部引脚 :IO和RAM的选择信号。 ,0，选中RAM; ,1，选中IO口。 :地址锁存信号。除了进行 , 的地址锁存控制外，还用于把片选信号 和 等信号进行锁存。 :读选通信号。 :写选通信号。 :复位信号。复位后A口、B口和C口均为数据输入方式。 :定时器/计数器的计数脉冲输入端。 :定时器/计数器。 2. 内部逻辑结构 8155的内部逻辑结构如图7-17所示。由图可以看出，8155由三部分组成，即:存储单元为256字节的静态RAM;3个可编程的I/O，其中2个口(A口和B口)为8位口，1个口(C口)为6位口;1个14位的定时器/计数器 图7-17 8155的内部逻辑结构 由以上可知8155有A口、B口、C口和定时器/计数器低8位以及定时器/计数器高8位五个端口，另外8155内部还有一个命令/状态寄存器，所以8155内部共有6个端口。对它们只需要使用 即可实现编址，如表7-5所示。 表7-5 8155的端口地址编码 AD AD AD AD AD AD AD AD 对应端口 76543210命令/状态寄 0 0 0 存器 0 0 1 A口 0 1 0 B口 0 1 1 C口 定时器/计数 1 0 0 器低8位 定时器/计数 1 0 1 器高8位 7.4.2 8155的命令/状态字 1. 8155的命令字 由以上内容可知，8155的A口有输入和输出两种工作方式，B口也有输入和输出两种工作方式，而C口有输入方式(ALT1)，输出方式(ALT2)，A口控制端口方式(ALT3)以及A口 和B口控制端口方式(ALT4)四种工作方式。这些端口的工作方式是由8155内部的命令寄存器(命令字)来控制的。命令字除了规定端口的工作方式还规定了定时器/计数器的工作方式。命令字只能进行写操作。其格式如图7.18所示。 图7.18 8155的命令字 当以无条件方式进行数据输入输出时，由于不需要任何联络信号，因此这时A口、B口和C口都可以进行数据的输入输出操作。 当A口或者B口以中断方式进行数据传送时，所需要的联络信号由C口提供，其中 为A口提供， 为B口提供。各联络信号的定义如表7-6所示。 表7-6 联络信号 C口 对A口控制(ALT3) 对A口和B口控制(ALT4) AINTR AINTR ABF ABF 输出 BINTR 输出 BBF 输出 联络信号共有三个，其中: INTR:中断请求信号(输出)，高电平有效。送给MCS-51单片机的外中断请求 BF :缓冲器满状态信号(输出)，高电平有效。 :选通信号(输入)，低电平有效。数据输入时， 是外设送来的选通信号;数据输出时， 是外设送来的应答信号。 以中断方式进行数据输入输出时，其过程和8255基本相同，在此不作赘述。 2. 8155的状态字 状态字只能读不能写，所以8155的命令字和状态字共用一个地址。当对命令/状态字进行写操作时，写进去的是命令，当对命令/状态字进行读操作时，读出来的是状态。状态字用于寄存各端口及定时器/计数器的工作状态。其格式如图7.19所示。 图7.19 8155的状态字 7.4.3 8155的扩展逻辑电路 8155与MCS-51单片机的连接比较简单，因为8155的许多信号与MCS-51单片机兼容，可以直接连接。表7-7列出了这些信号的对应关系。 表7-7 8155与MCS-51单片机兼容的信号 MCS-51单MCS-51单8155 8155 片机 片机 , 口 ALE ALE RESET RST , 时数据地址复用线，之所以能与 口线直接相连而不需地址锁存器，是因为8155内部已有锁存器，可以进行地址锁存，因此连接时不需要再加锁存器。 8155与MCS-51单片机连接的主要麻烦在 信号上。因为是8155特有的信号，MCS-51单片机中没有相应的信号。因此要设法形成这个信号，提供给8155使用。 信号的形成有多种方法，不同的形成的方法对应着不同的编址方法。下面介绍比较常用的一种方法。用高位地址线作 信号 这种方法实际就是编址技术中的线选法。例如以 接 ，则8155与8051的连接如图7.20所示。 这种 信号产生方法中，对8155需要使用16位地址进行编址。这种方法适应于有多片I/O扩展及存储器扩展的较大单片机系统中，因此要使用片选信作为片选信号与 直接相连。 号。例如图中使用 图7.20 高位地址直接作为 信号 假设没有用到的地址位其值为系统复位后的值，即为1。则 时，端口地址范围为:0FDF8H,0FDFDH; 时，8155内部RAM地址范围是:0FC00H,0FCFFH。 7.4.4 8155的定时器/计数器 1. 8155定时器/计数器的计数结构 8155的定时器/计数器是一个14位的减法计数器，由两个8位寄存器构成，如图7.21所示。以其中的低14位组成计数器，剩下的两个高位( ， )用于定义计数器输出的信号形式。 图7.21 8155定时器/计数器的计数结构 2. 定时器/数器的使用 8155的定时器/计数器与MCS-51单片机芯片内部的定时器/计数器，在功能上是完全相同的，同样具有定时和计数两种功能。但是在使用上却与MCS-51单片机的定时器/计数器有许多不同之处。具体表现在: 8155的定时器/计数器是减法计数，而MCS-51单片机的定时器/计数器?却是加法计数，因此确定计数初值的方法是不同的。 ? MCS-51单片机的定时器/计数器有多种工作方式，而8155的定时器/计数器只有一种固定的工作方式，即14位计数。通过软件方法进行计数初加载。 ? MCS-51单片机的定时器计数器有两种计数脉冲。定时功能时，以机器周期为计数脉冲;计数功能时，从芯片外部引入计数脉冲。但8155的定时器/计数器，不论是定时功能还是计数功能都是由外部提供计数脉冲，其信号引脚是TIMERIN。 ? MCS-51单片机的定时器/计数器，计数溢出时，自动置位TCON寄存器的计数溢出标志位(TF),供用户查询或中断方式使用;但8155的定时器/计数器，计数溢出时向芯片外部输出一个信号(TIMEROUT)。而且这一信号还有脉冲和方波两种形式，可由用户进行选择。具体由 ， 两位定义: =00 单个方波 =01 连续方波 =10 单个脉冲 =11 连续脉冲 这四种输出形式如图7.22所示。 图7.22 8155信号输出形式 3. 定时器/计数器的控制 8155定时器/计数器的工作方式由命令字中的最高两位 进行控制(见图7.18)。具体说明如下: D7D6=00 不影响计数器工作。 D7D6=01 停止计数。如计数器未启动则无操作，如计数器正运行则停止计数。 D7D6=10 达到计数值(计数器减为0)后停止。 D7D6=11 启动，如果计数器没运行，则在装入计数值后开始计数;如果计数器已运行，则在当前计数值计满后，再以新的计数值进行计数。 7.4.5 8155的初始化 要求使用8155定时器/计数器对计数脉冲进行千分频，即计数1000后，TIAMEROUT端电平状态发生变化，并重新置数以产生连续方波。此外假定A口为输出方式，允许中断;B口为输入方式，不允许中断;C口为对A口控制方式(ALT3)。请编写初始化程序。 解:要求输出连续方波，所以定时器/计数器的最高两位M2 M1,01。计数器的其它14位装入计数初值。8155为减法计数，所以计数初值为1000，化为16进制数为03E8H。则定时器/计数器的高8位为:43H，低8位为:0E8H。 命令名字的设置如下: 计数器 B口 A口 C口 B口 A口 装入后启动 不允许中断 允许中断 ALT3 输入 输出 1 1 0 1 1 0 0 1 因此，命令字的内容为0D9H。假定命令/状态寄存器的地址为0FDF8H。则初始化程序为: MOV DPTR， #0FDF8H ;命令/状态寄存器地址 MOV A， #0D9H ;命令字 MOVX DPTR， A ;装入命令字 MOV DPTR， #0FDFEH ;计数器低8位地址 MOV A， #0E8H ;低8位计数值 MOVX DPTR， A ;写入计数值低8位 INC DPTR ;计数器高8位地址 MOV A， #43H ;高8位计数值 MOVX DPTR， A ;写入计数值高8位 7.4.6 8155的应用举例 8155有很强的功能，在此以8155作单片机键盘接口为例进行说明。在讲此例之前首先说明单片机的键盘接口和键功能的实现。 1. 单片机的键盘接口处理 单片机的键盘接口处理的内容包括以下几个方面: 键扫描 首先是判定有没有键被按下。如图7.23所示，键盘的行线一端经电阻接，5V电源，另一端接单片机的输入口线。各列线的一端接单片机的输出口线，另一端悬空。为判定有没有键按下，可先经输出口向所有列线输出低电平，然后再输入各行线状态。若行线全为高电平，则表明无键按下;若行线状态中有低电平，则表明有键被按下。 然后再判定被按键的位置。因为键盘矩阵有键被按下时，被按键处的行线和列线被接通，使穿过闭合键的那条行线变为低电平。假定图中A键被按下，则判定键位置的扫描是这样进行的: 先使输出口输出0FEH，然后输入行线状态，测试行线状态中是否有低电平的(7.23a)。如果没有低电平，再使输出口输出0FDH，再测试行线状态(7.23b)。到输出口输出0FBH时，行线中有状态为低电平者，则闭合键找到(图7.23c)，通过此次扫描的列线值和行线值就可以知道闭合键的位置。至此扫描似乎可以结束，但是实际上扫描往往要继续进行下去，以发现出现的多键同时被按下。 图7.23 键扫描示意图 去抖动 当扫描表明有键被按下之后，紧接着应进行去抖动处理。因为常用键盘的键实际上就是一个机械开关结构，被按下时，由于机械触点的弹性及电压突然跳变等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压的抖动，如图7.24所示。抖动时间长短与键的机械特性有关，一般为5,10ms。而键的稳定闭合时间和操作者的按键动作有关，约为十分之几到几秒不等。 为保证键扫描的正确，需要进行去抖动处理。去抖动有硬件和软件两种方法。硬件方法就是在键盘中附加去抖动电路，从根上消除抖动产生的可能性;而软件方法则是采用时间延迟以躲过抖动(大约延迟20,30ms即可)，待行线上状态稳定之后，在进行行状态输入。一般为简单起见多采用软件方法。 图7.24 键闭合和断开时的电压抖动 键码计算 被按键确定下来之后，接下来的工作是计算闭合键的键码，因为有了键码，才好通过散转指令把程序执行转到闭合键对应的中断程序上去。 本来可以直接使用该闭合键的行列值组合产生键码，但这样做会使各子程序的入口地址比较散乱给JMP指令的使用带来不便。所以通常都是以键的排列顺序安排键号，例如图7.25所示的键号是按从左到右、从上向下的顺序编排的。 图7.25 键码图 这样安排，使键码既可根据行号列号以查表求得，也可通过计算得到。图7.25所示的键码编排规律，各行首号依次是00H、08H、10H、18H，如列号按0,7顺序，则键码的计算公式为: 等待键释放 计算键码后，再以延时后进行行扫描的方法等待键释放。等待释放是为了保证键的一次闭合仅进行一次处理。 2. 键盘接口的控制方式 在单片机的运行过程中，何时执行键盘扫描和处理，可有下列三种情况: l 随机方式，每当CPU空闲时执行键盘扫描程序 l 中断方式，每当有键闭合时才向CPU发出中断请求，中断响应后执行键盘扫描程序 l 定时方式，每隔一定时间执行一次键盘扫描程序，定时可由单片机的定时器完成。 3. 键处理子程序 在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转到相应的键处理子程序(分支以JMP等散转指令实现)，进行字符、数据的输入或命令处理。这样就可以实现该键设定的功能。 总结以上内容，键处理的流程如图7.26所示。 图7.26 键处理的流程图 4. 用8155作单片机键盘接口 ? 接口电路逻辑图 以8155作84键盘的接口为例。A口为输出口，接键盘列线。C口为输入口，以 接键盘的4条行线。如图7.27所示。 图7.27 8155作键盘接口 则A口地址为0FDF9H，C口地址为0FDFBH。 ?判定有无闭合键的子程序 判定有无闭合键的子程序为KSI，供在键盘扫描程序中调用。程序如下: KSI: MOV DPTR，#0FDF9H ;A口地址 MOV A， #00H MOVX DPTR，A ;A口送00H INC DPTR INC DPTR ;C口地址 MOVX A，DPTR ;读C口 CPL A ANL A，#0FH ;屏蔽高四位 RET 执行KSI子程序的结果是:有闭合键则 ，无闭合键则 。 ?键盘扫描程序 如前所述，在单片机应用系统中常常是键盘和显示器同时存在，因此可以把键盘扫描程序和显示程序配合起来使用，即:把显示程序作为键扫描程序的延时子程序。这样做既省去了一个专门的延时子程序，又能保证显示器常亮的可观效果。 假定本系统中显示程序为DIR，执行时间约为6ms。键盘扫描程序如下: KEY1: ACALL KSI ;检查是否有键闭合 JNZ LK1 ;A非“0”则转移 ACALL DIR ;显示一次(“延时6s) AJMP KEY1 LK1: ACALL DIR ;有键闭合二次延时 ACALL DIR ; 共12ms去抖动 ACALL KSI ;再检查是否有键闭合 JNZ LK2 ;有键闭合转移到LK2 ACALL DIR AJMP KEY1 ;无键闭合，延时6ms后转KEY1 LK2: MOV R， #0FEH ;扫描初值送R 22MOV R， #00H ;扫描列号送R 44LK4: