扩展输入输出

1、整理课件1 第第9 9章章 AT89S51AT89S51单片机单片机 的的I/OI/O扩展扩展 1 整理课件2 2 第第9章章 目录目录 9.1 I/O接口扩展概述接口扩展概述 9.1.1 扩展的I/O接口功能 9.1.2 I/O端口的编址 9.1.3 I/O数据的传送方式 9.1.4 I/O接口电路 9.2 AT89S51扩展扩展I/O接口芯片接口芯片82C55的设计的设计 9.2.1 82C55芯片简介 9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字 9.2.3 82C55的3种工作方式 9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计 整理课件3 9.3 AT89S51扩

2、展扩展I/O接口芯片接口芯片81C55的设计的设计 9.3.1 81C55芯片介绍 9.3.2 81C55的工作方式 9.3.3 AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程 9.4 利用利用74LSTTL电路扩展并行电路扩展并行I/O口口 9.5 用用AT89S51单片机的串行口扩展并行口单片机的串行口扩展并行口 9.5.1 用74LS165扩展并行输入口 9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 9.6 用用I/O口控制的声音报警接口口控制的声音报警接口 9.6.1 蜂鸣音报警接口 9.6.2 音乐报警接口 整理课件4 9.1 I/O接口扩展概述接口扩展概述 扩展I/O接口与扩展

3、存储器一样，都属于系统扩展系统扩展的内 容。扩展的I/O接口应该具有哪些功能？ 9.1.1 扩展的扩展的I/O接口功能接口功能 扩展的I/O接口电路主要应满足以下功能要求。 1实现和不同外设的速度匹配实现和不同外设的速度匹配 大多数外设大多数外设的速度很慢速度很慢，无法和s量级的单片机速度量级的单片机速度 相比。单片机在与外设间进行数据传送时，只有在确认外 设已为数据传送做好准备做好准备的前提下才能进行数据传送才能进行数据传送。外 设是否准备好，就需要I/O接口电路与外设之间传送状态传送状态 信息信息，以实现单片机与外设之间的速度匹配。 4 整理课件5 2单片机输出数据锁存单片机输出数据锁存

4、与外设比，单片机的工作速度快，与外设比，单片机的工作速度快，数据在数据总线上保数据在数据总线上保 留的时间十分短暂留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。所以，无法满足慢速外设的数据接收。所以 在扩展的在扩展的I/O接口电路中接口电路中应有输出数据锁存器应有输出数据锁存器，以保证输，以保证输 出数据能出数据能为慢速的接收设备为慢速的接收设备所接收。所接收。 3单片机输入数据三态缓冲单片机输入数据三态缓冲 数据总线数据总线上可能上可能“挂挂”有多个数据源有多个数据源，为使传送数据，为使传送数据 时时不发生冲突不发生冲突，只允许当前时刻，只允许当前时刻正在接收数据的正在接收数据的I/O接口接

5、口 使用数据总线使用数据总线，其余的其余的I/O接口接口应处于隔离状态应处于隔离状态，为此要，为此要 求求I/O接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。 5 整理课件6 9.1.2 I/O端口的编址端口的编址 I/O接口和接口和I/O端口的概念端口的概念。 I/O接口：接口：是单片机与外设间的连接电路的总称。 I/O端口端口: 简称I/O口,是指I/O接口电路中具有单元地 址的寄存器或缓冲器。 一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口，如 数据口，命令口，状态口数据口，命令口，状态口。 I/O端口的编址端口的编址: 每个I/O接口中的端口接口中的端口都要有地址

6、都要有地址，以便AT89S51通 过读写端口来和外设交换信息和外设交换信息。常用的I/O端口编址端口编址有两 种方式，独立编址方式独立编址方式与统一编址方式统一编址方式。 6 整理课件7 1独立编址独立编址 I/O端口地址空间和存储器地址空间分开编址。 优点: I/O地址空间和存储器地址空间相互独立，界限分明。 不足：不足：但要设置一套专门的读写I/O端口的指令和控制信号。 2统一编址统一编址 I/O端口和外部数据存储器RAM统一编址统一编址。 优点优点:不需专门的I/O指令。 缺点缺点:需要把数据存储器单元地址与需要把数据存储器单元地址与I/O端口的地址划分清端口的地址划分清 楚楚， 避免数

7、据冲突。 7 整理课件8 9.1.3 I/O数据的传送方式数据的传送方式 为了实现和不同外设的速度匹配速度匹配，必须根据不同外设选择 恰当的I/O数据传送方式数据传送方式。I/O数据传送方式有：同步传送、异 步传送和中断传送。 1同步传送同步传送（无条件传送）（无条件传送） 当外设速度和单片机的速度相比拟时，常采用同步传 送方式，典型的同步传送是单片机和外部数据存储器单片机和外部数据存储器 之间之间的数据传送数据传送。 2查询传送查询传送（有条件传送、异步传送） 通过查询外设“准备好”后，再进行数据传送。 优点：通用性好，硬件连线和查询程序简单，但工作效 率不高。 8 整理课件9 3中断传送中

8、断传送 为了提高提高单片机对外设的工作效率工作效率，通常采用中断传 送方式，来实现I/O数据的传送。 单片机只有在外设准备好后，才中断主程序的执行只有在外设准备好后，才中断主程序的执行， 进入与中断服务子程序，进行数据传送。 中断服务完成后又返回主程序断点处继续执行。采用 中断方式可大大提高工作效率提高工作效率。 9 整理课件10 9.1.4 I/O接口电路接口电路 常用的外围I/O接口芯片： （1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）。 （2）81C55：可编程的IO/RAM扩展接口电路（2个8 位I/O口，1个6位I/O口，256RAM单元， 1个14位的减法计数器）。 接口

9、设计接口设计：可以和AT89S51直接连接，接口逻辑简单。 10 整理课件11 9.3 AT89S51扩展扩展I/O接口芯片接口芯片81C55的设计的设计 81C55可直接与AT89S51相连，不需增加任何硬件逻辑 电路。 11 256B的SRAM, 81C55 存取时间400ns 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 可工作于可工作于基本基本和和选通选通两种工作方式两种工作方式 一个可编程的一个可编程的6位并行口位并行口PC 一个一个14位的减位的减1计数器计数器 整理课件12 181C55的结构的结构 逻辑结构如图图9-11。 图图9-11 81C55的逻辑结构 9.3.

10、1 81C55芯片介绍芯片介绍 整理课件13 281C55的引脚功能的引脚功能 40引脚，采用双列直插式封装，如图图9-12所示所示。 图图9-12 81C55的引脚图的引脚图 13 整理课件14 引脚说明： （1）AD7AD0，为地址/数据线，与AT89S51单片机的P0 口相连，用于分时传送地址/数据信息。 （2）I/O总线（总线（22条）条） PA7PA0为通用I/O线，数据传送方向传送方向/工作方式工作方式由写入 81C55 的命令字决定； PB7PB0为通用I/O线，用于传送PB口上的外设数据， 数据传送方向传送方向/工作方式工作方式也由写入81C55的控制字决定。 PC5PC0为数

11、据/控制线，共有6条，在通用I/O方式下 ，用作传送I/O数据；在选通I/O方式下，用作传送命令/ 状态信息 。 14 整理课件15 （3）控制引脚）控制引脚 nRESET：复位输入线，在RESET线上输入一个大于 600ns宽的正脉冲时，81C55即可处于复位状态，PA、 PB、PC三口也定义为输入方式。三口也定义为输入方式。 n 、IO/ ： 为片选线，若 =0，单片机选中本81C55工作；否 则，本81C55未被选中。 IO/ 为I/O端口或RAM存储器选择线，若IO/ =0，则 单片机选中81C55片内的RAM存储器；若IO/ =1，则 AT89S51单片机选中81C55的某一I/O端

12、口。 n 和和 ：当 =0且 =1时，81C55被读出数据 状态；当 =1且 = 0时，81C55被写入数据状态。 15 CE M CECE M M RDWR RDWR RDWR M 整理课件16 nALE：允许地址输入线，高有效。81C55的ALE常和 AT89S51的ALE相连。 nTIMERIN和和 ： TIMERIN是计数器脉冲输入线，输入的脉冲上跳沿上跳沿用于 对81C55片内的14位计数器减1。 为计数器输出线计数器输出线，当14位计数器减为0时 就可以在该引线上输出脉冲或方波输出脉冲或方波，输出脉冲或方波与 所选的计数器工作方式有关。 （4）电源线。VCC为+5V电源输入线，VS

13、S接地。 16 TIMEROUT TIMEROUT 整理课件17 3CPU对对81C55 I/O端口的控制端口的控制 对对I/O口两种工作方式的认识：口两种工作方式的认识： 基本方式：基本方式： 输出：输出： 输入：输入： 0 1 0 1 0 1 0 1 地址 数据 控制 0 1 0 1 0 1 0 1 PA口 0 1 0 1 0 1 0 1 地址 控制 数据 0 1 0 1 0 1 0 1 PA口 整理课件18 选通方式：选通方式： 输出：输出： 输入：输入： 0 1 0 1 0 1 0 1 地址 数据 控制 0 1 0 1 0 1 0 1 PA口 PC口 选通 中断 满提示 0 1 0 1

14、 0 1 0 1 地址 控制 数据 0 1 0 1 0 1 0 1 PA口 PC口 选通 中断 满提示 整理课件19 （1）81C55各端口及各端口及RAM单元的地址分配单元的地址分配 内部有7个端口个端口，需要3位地址位地址A2A0上的不同组合 代码来加以区分。 19 IO/ A7A6A5A4A3A2A1A0 选中的端口选中的端口 01000 控制/状态寄存器 01001PA口 01010PB口 01011PC口 01100计数器低8位 101计数器高8位 CEM 整理课件20 图图9-13 81C55的控制字格式的控制字格式 20 （2）81C55的控制字的控制字 整理课件21 （3）81

15、C55的状态字的状态字 状态标志寄存器，用来存入PA口和PB口的状态标志。它的地址地址 与控制寄存器地址相同与控制寄存器地址相同，只能对其读出，不能写入只能对其读出，不能写入。 图图9-14 81C55状态字格式状态字格式 整理课件22 1存储器方式存储器方式 存储器方式用于对片内256B RAM单元进行读/写，若IO/ =0且 =0，则AT89S51可通过AD7AD0上的地址选择 RAM存储器中任意单元读/写。 2I/O方式方式 分基本基本I/O和选通选通I/O两种方式。 在I/O方式下，81C55可选择片内任意端口寄存器读/写， 端口地址由A2、A1、A0三位决定。 （1）基本）基本I/O

16、方式方式。 当控制字的D3、D2为为00或或11时，时， PA、PB、PC用作 基本I/O方式。00时时PC为输入，为输入，11时时PC为输出。为输出。 22 M CE 9.3.2 81C55的工作方式的工作方式 整理课件23 PA、PB口是输入还是输出由控制字的D0和D1位决定。 例例: 若把02H的命令字送到81C55命令寄存器，则81C55的 PA口和PC口各位设定为输入方式（D0=0,D2D3=00) ，PB口设定为输出方式(D1=1)。 （2）选通）选通I/O方式。方式。 D3D2=01，仅PA口为选通方式（数据口），PC口低三位 做联络应答信号线。 D3D2=10， PA口、PB口

17、均为选通方式（数据口）， PC 口做联络应答信号线。 PC口各位应答联络线的定义是在设计81C55时规定的，其 分配和命名见表表9-3。 23 整理课件2424 ASTBASTBBSTB 选通I/O方式下PA口和PB口的输入、输出选择依然是由 控制字的D0和D1位决定。 选通选通I/O数据输入数据输入 PA口和口和PB口口都可设定为本方式。若命令字中D0=0且D3、 D2=01，则仅PA口设定为选通输入工作方式； 整理课件25 若命令字中若命令字中D1D0= 00且D3D2=10，则PA、PB口均设 定为选通输入工作方式。 25 整理课件2626 选通选通I/O数据输出数据输出 PA口和口和P

18、B口口都可设定为本方式。 命令字命令字D0=1且且D3D2=01，则仅PA口设定为本工作方式； 命令字命令字D1D0=11且D3D2=10，则PA、PB口均设定为本工作方 式。 整理课件27 3内部计数器内部计数器/计数器及使用计数器及使用 计数器的格式如图：图： 图图9-16 81C55计数器的格式计数器的格式 其中，T13T0为计数器的计数位，通过对计数位的赋 初值可设定计数器的计数长度；M2、M1用来设置计数器 的输出方式。 81C55计数器的4种工作方式种工作方式及对应的引脚输出波形引脚输出波形如 图图9-17所示。 27 整理课件2828 图图9-17 81C55计数器工作方式及计数

19、器工作方式及 引脚输出波形引脚输出波形 整理课件29 计数初值与输出波形的关系：计数初值与输出波形的关系： 方波输出：方波输出： 计数值的前一半输出高电平，后一半输出低电平； 注意：若写入计数器的初值为初值为奇数奇数， 引脚的方波输出方波输出是 不对称不对称的。 例如例如：初值为初值为9时，计数器的输出，在5个计数脉 冲周期内为高电平高电平，4个计数脉冲周期内为 低电平。 仅在一个计数周期的最后一个计数值时输出宽度为 一个计数脉冲周期的低电平。 整理课件30 计数初值的设定及计数器启动：计数初值的设定及计数器启动： 任何时候任何时候都可设置计数器初值初值和工作方式，工作方式，将控制 字写入定时

20、器寄存器TL、TH即可。 若计数器没有计数若计数器没有计数，则写入启动命令（控制字高两 位TM2TM1=11）,则计数器按设定开始计数； 若计数器正在计数若计数器正在计数，在写入启动命令后，并且当前 计数完成后，计数器接收新计数长度并按新的工作方式计 数。 注意：注意：81C55计数初值的范围是计数初值的范围是02H3FFFH.若将若将0、1 作为初值，则与将初值送作为初值，则与将初值送2的结果一样。的结果一样。 30 整理课件31 9.3.3 AT89S51单片机与单片机与81C55的接口设计及软件编程的接口设计及软件编程 1硬件接口电路硬件接口电路 直接连接不需外加器件。 31 A15(P

21、2.7) A8(P2.0) A7-A0 0000-FFH A14-A9 111111 A15(P2.7) A8(P2.0) A7-A3 0100000 A14-A9 111111 A2-A0 0-5 整理课件3232 整理课件33 281C55的编程的编程 初始化程序设计。初始化程序设计。 【例例9-6】若PA口定义为基本输入方式，PB口定义为基 本输出方式，对输入脉冲进行24分频（81C55计数器的最高最高 计数频率计数频率为4MHz），则81C55的初始化程序初始化程序如下： 分析：分析：向计数器高八位写40H,即TH的M2M1=01H,即 连续方波输出方式； 向控制寄存器写C2H,寄存器

22、各位取值如下： 33 1 1 0 0 0 0 1 0 整理课件34 INC DPTR；指向计数器高；指向计数器高8位位 MOV A，40H；计数器为连续方波输出；计数器为连续方波输出 MOVX DPTR，A；计数初值高；计数初值高6位装入计数器位装入计数器 MOV DPTR，7F00H；指向命令；指向命令/状态口状态口 MOV A，#0C2H；设定命令控制字；设定命令控制字 MOVX DPTR，A；A口基本输入，口基本输入，B口基本输出，开启计数口基本输出，开启计数 START： MOV DPTR，7F04H；DPTR指针指向计数器低指针指向计数器低8位位 MOV A，18H ；计数初值；计数

23、初值24送送A MOVX DPTR，A；计数初值低；计数初值低8位装入计数器位装入计数器 整理课件35 【例例9-7】读81C55的7EF1H单元。程序如下：程序如下： MOV DPTR，#7EF1H；DPTR指针指向 81C55的7EF1H单元 MOVX A，DPTR ；7EF1H单元内容A 【例例9-8】将立即数41H写入81C55 RAM的7E20H单元。程序 如下： MOV A，#41H ；立即数；立即数A MOV DPTR，#7E20H ；DPTR指针指向指针指向 ； 81C55的的7E20H单元单元 MOVX DPTR，A ；立即数；立即数41H送送81C55 ； RAM的的7E2

24、0H单元单元 整理课件36 9.4 利用利用74LSTTL电路扩展并行电路扩展并行I/O口口 36 输出输出 输入输入 输出端口地址：输出端口地址： FEFFH（只写（只写) 输入端口地址：输入端口地址： FEFFH（只读（只读) 整理课件37 当某条输入口线的按钮开关按下时，该输入口线为低电为低电 平平，读入单片机后，其相应位为“0”，然后再将口线的 状态经74LS273输出，某位低电平时二极管发光，从而显 示出按下的按钮开关的位置。 该电路的工作原理电路的工作原理如下。 当P2.0=0， =0（ =1）时，选中74LS244芯片， 此时若无按钮开关按下，输入全为高电平。当某开关按下 时则对应位输入为“0”，74LS244的输入端不全为“1”， 其输入状态通过P0口数据线被读入AT89S51片内。 37 RDWR 整