第九章 接口扩展技术.doc

第九章 MCS-51 接口扩展技术 9.1 微型机I/O接口技术概述所谓I/O即计算机数据的输入输出。计算机系统的数据输入输出有两类数据传送操作：1. CPU和存储器之间的传送操作，如前章所述。2. CPU与外围设备接口的数据输入输出操作：由于外部设备情况复杂，例如速度的快慢差异很大，外围设备的数据信号格式各不相同，有电流信号、电压信号、数字信号、脉冲信号等。这些复杂的情况使CPU无法以固定的时序与外围设备同步协调工作，这就需要用一定的接口电路连接CPU与外围设备，使CPU与外围设备之间的数据输入输出能有效地进行。一. I/O接口电路的作用：1. 速度协调：CPU的速度很快，外围设备的速度较慢。输入：当外围设备数据准备好后，CPU再执行输入操作，由I/O接口电路提供准备好信号再输入。输出：需当外围设备准备好才能执行输出操作，由I/O接口电路将外围设备的准备状态传送给CPU。I/O接口电路充当了协调CPU与外围设备速度差异的角色。2. 输出接口电路应具有锁存功能：CPU向外输出数据是通过P0口数据通道输出的，P0口是分时传送低8位地址和数据信息的复用口，数据在数据总线上停留的时间很短，因此输出接口应将该输出数据锁存起来，等待这一数据被外围设备接收。3. 输入接口电路应具备三态缓冲功能：外围设备向CPU输入数据仍需通过P0口数据通道，在该数据通道上挂着多个数据源，除了多种输入接口外，所有存储器的数据线也与P0口数据通道相连，CPU的一次输入操作只允许一个数据源的数据线与数据通道相连，其余数据源的数据线必须以高阻与数据通道隔离。 所谓三态即指高电平、低电平、高阻三种状态。4. 数据转换：CPU传送的信号必须是数字信号，并且是并行信号，外围设备的信号与此不符则需通过接口电路转换。例如模拟信号与数字信号、串行与并行之间的转换等。9.2 I/O接口的扩展一. 单片机I/O口的直接应用，用P1口直接输入输出单片机的P1口可直接作为8条输入输出线使用。 +5VP1.0P1.1P1.2P1.38031P1.4P1.5P1.6P1.7地一 地 由上图，P1口的高4位是输入线，低4位作为输出线用其高电平可点亮接在该线的发光二极管，P1.7P1.4的开关依次对应P1.3P1.0的灯，哪个开关合上，则其对应的灯点亮。程序如下： ORG 0000HMAIN：MOV P1 , #0F0H ;置P1口高4位为输入，灭4个灯MOV A , P1 ;输入开关状态，合上者输入为0CPL AANL A , #0F0H ;求反后切取高4位SWAP A ;移入低4位MOV P1 , A ;点亮对应的发光二极管LJMP MAINEND二. 用TTL芯片扩展简单的I/O口采用TTL电路或CMOS电路的锁存器、三态门等通过P0口常可构成各类简单的输入输出接口，它电路简单、成本低、配置灵活方便。1. 扩展简单的8位输出口扩展输出口选择芯片要点是必须具有锁存功能。这是因为输出的数据在数据线上保持的时间是很短暂的，必须锁存起来用以控制外围设备。 例如用两片74LS377扩展两个8位输出口：ALEP0.7P0.0WR8031.8D G1D 74LS3732Q1Q ECLK 1D 8D G 2# 74LS377 1Q 8QCLK 1D 8D G 1#74LS3771Q 8Q 8位输出 8位输出如图，74LS377是带有允许输出端的8D锁存器，它的控制逻辑为：当G = 0时，CLK的上升沿(电平由低变高)使数据锁存，即8Q输出与8D输入呈高阻隔开，8Q输出保持由8D输入的信息。 CPU的输出操作： 首先建立有效地址，使G = 0： 对于1#74LS377，G接在1Q，即A0上，输出地址只要A0 = 0即可使其 G = 0 ，因此其地址为FFFEH 同理，2#74LS377的地址为FFFDH 用MOVX写指令产生WR = 0的低电平有效信号，欲输出的数据从P0口数据线送出，从D端通向Q端，建立8位输出数据。当写指令周期结束时，WR变高产生上沿，CLK脚的上跳沿使Q与D隔开，数据锁存输出。输出软件如下：MOV DPTR , #0FFFEH ；建立有效地址，A0 = 0，即1#377 G = 0MOV A , #DATA1 ：待输出数据送AMOVX DPTR , A ；产生WR = 0有效信号，数据DATA从P0口通过D送往Q输出。 当写周期结束时，WR变高，使CLK产先上跳沿，数据锁存输出。MOV DPTR , #0FFFDH ；建立有效地址，A1 = 0，即2#377 G = 0MOV A , #DATA2MOVX DPTR , A2. 扩展简单的8位输入口：输入接口芯片选择的要点是必须具有三态缓冲功能。即被选通的输入接口可与系统的数据总线接通输入数据，未被选通的输入接口应以高阻与数据线隔离。常用芯片是74LS244，三态门。如下例扩展8位输入口：1Q 1D 2#8Q 8D 74LS244 1C 2C1Q 1D 1#8Q 8D 74LS244 1C 2C P0.0 P0.7 P2.1 RD P2.2 或门当74LS244的控制逻辑为：当1C、2C为低电平时，D与Q接通，数据从P0口输入CPU。当1C、2C为高电平时，D与Q隔开，Q呈高阻状态，接在D端的外部信号被隔离。由上图，只有当有效地址P2.1 = 0，且同时执行一条MOVX读指令产生RD = 0时，或门的输出才会为0，亦即1C、2C才会为0，D与Q才可以接通，从1#244输入数据。由上图可知1#244的地址为FDFFH。2#244的地址位 FBFFH。输入软件如下：MOV DPTR , #0FDFFH ；P2.1 = 0建立1#有效地址MOVX A , DPTR ；读指令产生RD = 0低电平有效信号 或门输出为0，1C、2C为0 D通向Q输入数据 读周期结束后RD变高则使1C、2C为高电平，使D与Q隔开，呈高阻与数据线隔离。MOV DPTR , #0FBFFH ；P2.2 = 0建立2#有效地址MOVX A , DPTR 从2#244输入数据三. 扩展可编程并行接口82558255可扩展三个8位并行输入输出口，可编程设定各口为输入或输出。1.8255的内部结构如118页图7-1 说明其结构及引脚作用。 120页端口地址信号及操作2.8255的工作方式：方式0：基本输入输出方式，每个口的可被编程设定为输入或输出，输出时具有锁存功能，输入时为三态。方式1：选通输入输出方式，A、B口用于数据传送，C口作为与外设联络信号。方式2：双向传送方式，只有A口可以使用这种方式。只要求掌握方式0。3. 8255控制字方式控制字P123页列出了方式控制字各位的意义，注意D7位一定是1，它是方式控制字的特征位。例：方式控制字为9AH： 1 0 0 1 1 0 1 0 方式控制字 C口低4位输出特征位 B口输入 B口方式选择0方式 A口方式： C口高4位输入 00：方式0 A口输入 01：方式1 10：方式2 C口置/复位控制字 将一个置/复位控制字送入8255控制寄存器，即可将C口某一位置为1或0，而且不影响其它位的状态。 例如向控制口送入07H： 0 0 0 0 0 1 1 1C口置/复位 1表示置1，0表示清0控制字特征位 确定对C口中哪一位进行置/复位操作 000：PC0 001：PC1 依次类推 该控制字确定PC3置1。4. 8255与CPU的连接举例：RDWRA0A1CS8255D0D7RESET RD WR ALE P0.0 P0.78031 RESET A口 1D G 1Q 2Q8D 373 E 8Q B口 C上口 C下口各端口地址： P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 A口： 0 1 1 1 1 1 0 0 FF7CH B口： 0 1 1 1 1 1 0 1 FF7DH C口： 0 1 1 1 1 1 1 0 FF7EH控制口： 0 1 1 1 1 1 1 1 FF7FH上图中当无关地址送0时，A口、B口、C口、控制口的地址也可为0000H、0001H、0002H、0003H。注：8255内部不带有地址锁存器，上图中用373锁存地址。编程要点：MOV DPTR , #0FF7FH ;选控制口MOV A , #8AH ;方式控制字 1 0 0 0 1 0 1 0 MOVX A , DPTR ;方式控制字特征位 C口低4位出 A口方式0 B口输入 A口输出 B口方式0 C口高4位输入 MOV DPTR , #0FF7DHMOVX A , DPTR ;从B口 输入数据，并存入50H单元MOV 50H , AMOV DPTR , #0FF7CHMOV A , #0FFHMOVX DPTR , A ;从A口输出FFHMOV DPTR , #0FF7FH ;选控制口MOV A , #03HMOVX DPTR , A ;送C口置/复位控制字0 0 0 0 0 0 1 1C口置/复位控制字特征位 置1 PC.1 该控制字规定PC.1输出为1四. 扩展可编程并行接口81551. 8155内部结构：P133页图7-18 8155内部有两个8位并行I/O口，即A口、B口，一个6位并行I/O口，即C口。256字节数据存储器RAM一个14位定时器计数器2. 8155的引脚信号说明：P133页3. 8155的端口地址：P134页 表7-34. 8155的控制命令字：P135页5. 8155的状态字 P136页注意8155的控制命令字寄存器只写不读，状态字寄存器只读不写，它们共用一个地址。6. 8155的基本用法： 可扩展256字节片外RAMIO/M引脚低电平时，只能用作片外RAM扩充，其低8位地址为00HFFH，共256字节，对其读写时用MOVX指令。 作扩展I/O口使用IO/M引脚高电平时，可根据命令字的规定从A、B、C口输入输出，共有20条输入输出线， 扩充一个14位定时器计数器8155提供一个14位减1计数器，它的功能主要用于计数，从TIMER IN端输入计数脉冲，计数满时由TIMER OUT输出脉冲或方波。使用步骤：写入控制命令字的D7、D6位控制启停。写入计数长度：端口地址04H的8位为计数器的低8位端口地址05H的低6位为计数器的高6位，共14位。05H的高2位确定当计数器时减到0时的输出方式。P137页7. 8155与8031CPU的连接方法：AD0AD7ALEWRRDRESETCEIO/M8155P0.0P0.7ALEWRRDRESETP2.7P2.08031一小小一人小一一一8155片内带有地址锁存器，可在ALE的下降沿锁存地址，不必在外部另接锁存器。由上图得到8155各端口的地址为：P2.7 = 0 ,片选CE有效；P2.0 = 1，则为端口地址P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 命令状态口7F00H0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 PA口 7F01H0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 PB口 7F02H0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 PC口 7F03H0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 定时器低位7F04H0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 定时器高位 7F05HP2.7 = 0，片选CE = 0，且P2.0 = 0则为8155片内RAM地址：7E00H7EFFH 共256字节。8155的基本操作软件：I/O口及8155RAM的操作软件：MOV DPTR , #7F00H ;选命令状态口MOV A, #0C2H ;送命令字 1 1 0 0 0 0 1 0 MOVX DPTR , A ;A口输入、B口输出、C口输入MOV DPTR , #7F01H ;选A口MOVX A , DPTR ;从A口输入数据MOV DPTR ,