第五章MCS-51单片机的并行接口

1、第五章第五章 MCS-51MCS-51单片机硬件资源的应用单片机硬件资源的应用5.1 MCS-515.1 MCS-51的并行口及其应用的并行口及其应用 5.2 MCS-515.2 MCS-51的并行接口扩展的并行接口扩展 5.3 5.3 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A 8255A 5.4 MCS-515.4 MCS-51单片机并行存储器扩展单片机并行存储器扩展MCS-51MCS-51单片机本身提供了单片机本身提供了4 4个个8 8位的并行端口，位的并行端口， 分别记做分别记做P0P0、P1P1、P2P2和和P3P3，共有，共有3232条条I/OI/O口线；口线；都是双向端口，每

2、个口包含一个锁存器都是双向端口，每个口包含一个锁存器( (即特即特 殊功能寄存器殊功能寄存器P0P0、P1P1、P2P2和和P3)P3)、一个输出驱、一个输出驱 动器和输入缓冲器；动器和输入缓冲器；端口和其中的锁存器都表示为端口和其中的锁存器都表示为P0P0、P1P1、P2P2、P3P3结构不同，功能各异。结构不同，功能各异。1. P0口口“读读- -改改- -写写”类指令；类指令；先读端口，然后对读入的数据进行修先读端口，然后对读入的数据进行修 改，最后再写回到端口；改，最后再写回到端口；不直接读取引脚上的数据而读锁存器不直接读取引脚上的数据而读锁存器 Q Q端内容，是为了消除错读引脚电平端

3、内容，是为了消除错读引脚电平 的可能性；的可能性；P0P0既可用作地址既可用作地址/ /数据总线，又可用作通用数据总线，又可用作通用 I/OI/O端口；端口；用作输出端口时，输出级为开漏电路，在用作输出端口时，输出级为开漏电路，在 驱动驱动NMOSNMOS电路时应外接上拉电阻；作输入电路时应外接上拉电阻；作输入 口用前，应先向锁存器写口用前，应先向锁存器写1 1，使输出级两个，使输出级两个 FETFET都截止，作为高阻抗输入；都截止，作为高阻抗输入；当当P0P0口用作地址口用作地址/ /数据总线时，不能把它当数据总线时，不能把它当 作通用作通用I/OI/O口使用。口使用。POPO口既可以作为通

4、用的口既可以作为通用的I/OI/O口进行数据的输口进行数据的输入入/ /输出，也可以作为单片机系统的地址输出，也可以作为单片机系统的地址/ /数据线使用。数据线使用。作为一般的作为一般的I/OI/O口使用时记作口使用时记作P0.7P0.7P0.0P0.0；作为数据口使用时记作作为数据口使用时记作D7D7D0D0；作为地址；作为地址线使用时要增加一个锁存器，锁存器的输线使用时要增加一个锁存器，锁存器的输出是地址线的低出是地址线的低8 8位，记作位，记作A7A7A0A0。2. P1口口5151单片机指令系统单片机指令系统P1P1口作为通用的口作为通用的I/OI/O口使用，具有输出、读口使用，具有输

5、出、读引脚、读锁存器三种工作方式。引脚、读锁存器三种工作方式。注意：是读引脚还是读锁存器，其过程注意：是读引脚还是读锁存器，其过程CPUCPU内部会自动处理，读者不必在意。但应注内部会自动处理，读者不必在意。但应注意，当作为读引脚方式使用时，应先对该意，当作为读引脚方式使用时，应先对该口写口写“1”1”。 P1P1口作为一般的口作为一般的I/OI/O口使用时记作口使用时记作P1.7P1.7P1.0P1.0。3. P2口口P2P2口既可以作为通用的口既可以作为通用的I/OI/O口使用也可以口使用也可以作为地址总线使用作为地址总线使用 。P2P2口作为一般的口作为一般的I/OI/O口使用时记作口使

6、用时记作P2.7P2.7P2.0P2.0；作为地址口使用时是地址的高；作为地址口使用时是地址的高8 8位，位，记作记作A15A15A8A8。 n在使用外部程序存储器的系统中，由于访问外在使用外部程序存储器的系统中，由于访问外部部 程序存储器的操作连续不断程序存储器的操作连续不断( (每一机器周期都有每一机器周期都有 取指操作取指操作) )，P2P2口不断送出高口不断送出高8 8位地址，这时位地址，这时P2P2不不 可能再作通用可能再作通用I/OI/O口使用。口使用。4. P3口口P3 P3 口为多功能口。作为第二功能口使用时是口为多功能口。作为第二功能口使用时是提供一个全双工的串行口、提供一个

7、全双工的串行口、2 2个外部中断源的个外部中断源的中断输入、中断输入、2 2个计数器的计数脉冲输入、两个个计数器的计数脉冲输入、两个对外部对外部RAMRAM及及I/OI/O的读的读/ /写控制信号。写控制信号。 在应用中，在应用中，P3P3口的各位如不设置为第二功能，口的各位如不设置为第二功能，则自动处于第一功能。则自动处于第一功能。P3P3口作为一般的口作为一般的I/OI/O口使用时记作口使用时记作P3.7P3.7P3.0 P3.0 5. 并行接口的应用并行接口的应用 1. 1. 电路如图电路如图所示，编程将所示，编程将开关开关K0K0K3K3的的状态通过指示状态通过指示灯灯L0L0L3L3

8、表示表示出来，开关闭出来，开关闭合时灯亮。合时灯亮。 ORG 0000H ORG 0000H AJMP MAIN AJMP MAIN ORG 0030H ORG 0030HMAIN:MAIN: ORL P1 ORL P1，#0F0H#0F0H MOV A,P1 MOV A,P1 SWAP A SWAP A MOV P1 MOV P1，A A SJMP L SJMP L2. 2. 电路如所示电路如所示, , 编制一个灯光循环闪烁编制一个灯光循环闪烁程序，通过程序，通过P3P3口连接口连接8 8个发光二极管。其个发光二极管。其中一个发光二极管中一个发光二极管闪烁闪烁3 3 次后，转移次后，转移到下

9、一个发光二极到下一个发光二极管闪烁管闪烁3 3 次，如此次，如此循环不止。循环不止。 ORG 0000H ORG 0000H MOV A,#0FEHMOV A,#0FEHSHIFT:SHIFT: LCALL FLASH LCALL FLASH RL A RL A SJMP SHIFT SJMP SHIFTFLASH:FLASH: MOV R5 MOV R5，#03H#03HFLASH1FLASH1： MOV P3MOV P3，A A LCALL DELAY LCALL DELAY MOV P3 MOV P3，#00H#00H LCALL DELAY LCALL DELAY DJNZ R5 DJ

10、NZ R5，FLASH1FLASH1 RET RET3. 3. 设计一电路，监视某按键设计一电路，监视某按键S S，用发光二，用发光二极管极管LEDLED显示按键状态。如果按键闭合，显示按键状态。如果按键闭合，则则LEDLED亮，并发出声亮，并发出声音报警信号；如果音报警信号；如果按键按键S S断开，则断开，则LEDLED熄灭，无声音报警熄灭，无声音报警信号。信号。 ORG 0000H ORG 0000H MOV P1,#0FFHMOV P1,#0FFHKEY:KEY: SETB P1.2 SETB P1.2 JNB P1.2 JNB P1.2，ALARMALARM SETB P1.1 SET

11、B P1.1 AJMP KEY AJMP KEYALARMALARM： CLR P1.1CLR P1.1 CPL P1.0 CPL P1.0 ACALL DELAY ACALL DELAY AJMP KEY AJMP KEYDELAY:DELAY: RET RET 单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的单片机内资源少，容量小，在进行较复杂过程的控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应控制时，它自身的功能远远不能满足需要。为此，应扩展其功能。扩展其功能。 51单片机的扩展性能较强，按需要，可扩展：单片机的扩展性能较强，按需要，可扩展： ROM、RAM； 定时定时 / 计数器；计数器；

12、并行并行I / O口、口、 串行口；串行口； 中断系统扩展等。中断系统扩展等。1.1.系统扩展总线结构图系统扩展总线结构图 常用锁存器常用锁存器IC 74LS27374LS273真值表真值表 74LS37374LS373真值表真值表 74LS27474LS274真值表真值表 2.2.并行输入接口扩展并行输入接口扩展 从原理上来讲，只要是能三态输出并行数从原理上来讲，只要是能三态输出并行数据的器件都可用作并行输入接口据的器件都可用作并行输入接口74LS24574LS245真值表真值表 74LS24474LS244真值表真值表 74LS37774LS377真值表真值表 3.3.并行输出接口扩展并行

13、输出接口扩展 从原理上来讲，只要是能锁存并行数据的从原理上来讲，只要是能锁存并行数据的器件都可用作并行输出接口器件都可用作并行输出接口可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8255A P2.7 P0 ALE /RD /WR RST /EA1D 8D 2Q 1QG /OC/CS PA0PA7A1A0 PC7 PC0D0 D7/RD/WRRESETDB0DB7BUSY/STB8分三部分：分三部分： 总线接口部分；内部逻辑部分总线接口部分；内部逻辑部分 ；外设接口部分外设接口部分 （1）总线接口部分）总线接口部分 /CS 片选线片选线A1、A0 端口选择线（选片内四个端口寄存器）端口选择线（

14、选片内四个端口寄存器） /RD 读信号线读信号线 /WR 写信号线写信号线 （2）内部逻辑部分）内部逻辑部分PAPC7 PC4PBPC3 PC0输输入入A组控制电路组控制电路控制控制8255A工作方式工作方式二者合一成为端口控制寄存器。二者合一成为端口控制寄存器。B组控制电路组控制电路（3）外设接口部分）外设接口部分可由编程决定三个端口的功能可由编程决定三个端口的功能 输入输入 输出输出 其它其它A口口 8位锁存位锁存 / 缓冲缓冲 8位锁存位锁存 双向双向B口口 8位锁存位锁存 / 缓冲缓冲 8位缓冲位缓冲C口口 8位锁存位锁存 / 缓冲缓冲 8位缓冲位缓冲 可分成两组分别作可分成两组分别作

15、A 口、口、B口的选通联络线口的选通联络线 2、8255A的端口操作的端口操作 A1 A0 选中选中0 0 PA口口0 1 PB口口1 0 PC口口1 1 控制控制 寄存寄存 器器 3、8255A的方式控制字的方式控制字 用编程方法向用编程方法向8255A的控制口写控制字，可决定它的工作的控制口写控制字，可决定它的工作 方式。方式。 有两个控制字：有两个控制字： （1）方式选择控制字）方式选择控制字 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0“ “ 1”1”方式控制标志位方式控制标志位D6、D5决定决定A组的工作方式，组的工作方式，0 0 方式方式0 0 1 方式方式1 1 方式方式2 D4

16、 A口的传输方向，口的传输方向，1 入，入，0 出。出。 D3 PC7 PC4的传输方向，的传输方向，1 入，入，0 出。出。 D2 决定决定B组的工作方式，组的工作方式，0 方式方式0，1 方式方式1。 D1 B口的传输方向，口的传输方向，1 入，入，0 出。出。 D0 PC3 PC0传输方向，传输方向，1 入，入，0 出。出。 （2 2）PCPC口置位口置位/ /复位控制字复位控制字 0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0“0” 标志位。标志位。D6、D5 不使用位。不使用位。 D3、D2、D1 位选择位，位选择位，000 111 分别对应分别对应PC7 PC0。 D0 位状态位，位

17、状态位，1 置位，置位，0 复位。复位。 二、二、8255A的工作方式及方式选择的工作方式及方式选择1、8255A的工作方式的工作方式（1）方式）方式0 基本输入基本输入/输出方式输出方式 A口、口、B口、口、C口均有此方式，无选通，口均有此方式，无选通， 是单片机与外部设备之间的直接数据通道。是单片机与外部设备之间的直接数据通道。（2）方式）方式1 选通输入选通输入/输出方式输出方式 仅仅PA口、口、PB口有此方式，口有此方式， PC口中若干位作联络信号线，联络信号的组口中若干位作联络信号线，联络信号的组 合情况见合情况见各联络信号线的意义各联络信号线的意义： /STB 输入选通信号，外设发

18、来。输入选通信号，外设发来。 IBF 输入缓冲器满信号，发给外设（通知外输入缓冲器满信号，发给外设（通知外 设数据未被取走，暂不能接收新数据）设数据未被取走，暂不能接收新数据）INTR 中断请求信号，外部设备发给单片机中断请求信号，外部设备发给单片机INTE 中断允许信号中断允许信号/OBF 输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数据已送输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数据已送 到指定口，外部设备可以取走）到指定口，外部设备可以取走）/ACK 外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部 设备）设备） （3）方式）方式3 双向方式双向方式 仅仅PA

19、口有此方式。口有此方式。PC3 PC7作联络线作联络线此时，此时， PB口可以是方式口可以是方式0；也可以是方式；也可以是方式1（PC0 PC1作联络线）。作联络线）。 利用利用8255A8255A可编程芯片扩展并行可编程芯片扩展并行I/OI/O口口MCS-51单片机内部一般有一定容量的程序存储器单片机内部一般有一定容量的程序存储器51子系列有子系列有4KB52子系列有子系列有8KB某些厂家产品中配备了某些厂家产品中配备了32KB甚至甚至64KB程序存储器程序存储器在制造交付使用的应用系统时在制造交付使用的应用系统时为了缩小印刷电路板的面积、提高可靠性为了缩小印刷电路板的面积、提高可靠性通常不

20、需外部扩展程序存储器通常不需外部扩展程序存储器8051/8751硬件最小系统硬件最小系统对于片内有对于片内有ROM型单片机，其自身可以构成最小系统型单片机，其自身可以构成最小系统 8031硬件最小系统硬件最小系统片内没有片内没有ROM型单片机，其自身可以构成最小系统型单片机，其自身可以构成最小系统 访问外部程序存储器的时序访问外部程序存储器的时序(非非MOVX)访问外部程序存储器的时序访问外部程序存储器的时序(MOVX)外接程序存储器需考虑的问题外接程序存储器需考虑的问题1.存储器芯片类型的选择存储器芯片类型的选择2.存储器芯片与单片机速度的匹配存储器芯片与单片机速度的匹配3.存储容量的确定存

21、储容量的确定4.地址的分配地址的分配EPROM芯片引脚外芯片引脚外外扩展程序存储器的典型电路外扩展程序存储器的典型电路分析以下电路：分析以下电路：MCS-51MCS-51单片机内部有单片机内部有128128字节或字节或256256字节的字节的RAMRAM， 在实际应用中可能远远不够；在实际应用中可能远远不够；常见的有静态常见的有静态RAMRAM和动态和动态RAMRAM两种形式；两种形式； 前者集成度低、功耗大，后者集成度高、功耗前者集成度低、功耗大，后者集成度高、功耗 低，但需要定时刷新，控制电路复杂。低，但需要定时刷新，控制电路复杂。单片机系统中，正常的数据存储空间为单片机系统中，正常的数据

22、存储空间为64KB64KB，容，容 量相对较小，因此通常使用静态量相对较小，因此通常使用静态RAMRAM。读取外部数据存储器指令及时序读取外部数据存储器指令及时序指令：指令：MOVX A, DPTR写外部数据存储器指令及时序写外部数据存储器指令及时序指令：指令：MOVX DPTR , A外部数据存储器的地址译码外部数据存储器的地址译码在扩展外部数据存储器时，可能会使用多个芯片，或者除在扩展外部数据存储器时，可能会使用多个芯片，或者除 了存储器芯片外，还扩展了了存储器芯片外，还扩展了I/O端口；端口；当单片机送出地址信号、执行读当单片机送出地址信号、执行读/写操作时，确保只有一写操作时，确保只有

23、一 个芯片被选中，只有一个芯片中的一个单元或端口被选个芯片被选中，只有一个芯片中的一个单元或端口被选 中；中；后一项要求可以通过芯片本身的地址线连接解决，前一项后一项要求可以通过芯片本身的地址线连接解决，前一项 要求就是所谓芯片选择信号的产生问题；要求就是所谓芯片选择信号的产生问题；片选信号通常使用地址总线高位的组合产生；片选信号通常使用地址总线高位的组合产生；地址总线低位一般连接至芯片地址线引脚，以使芯片内部地址总线低位一般连接至芯片地址线引脚，以使芯片内部 各单元地址连续各单元地址连续 。系统扩展的寻址方法系统扩展的寻址方法1.1.片外片外RAMRAM及及I/OI/O口口2.2.低位地址线

24、低位地址线 、剩余的高位地址线、剩余的高位地址线 3.3.线译码方式、译码器译码方式线译码方式、译码器译码方式 典型的存储芯片典型的存储芯片 线译码线译码译码器译码译码器译码片选信号产生的全地址译码法片选信号产生的全地址译码法扩展扩展128KB RAM128KB RAM的地址译码电路的地址译码电路程序存储器空间和数据存储器空间的混合程序存储器空间和数据存储器空间的混合存储器扩展技术存储器扩展技术 一、三总线的连接一、三总线的连接 1、数据线的连接、数据线的连接 P0口的八位线承担此任，此时不用外接上拉电阻。口的八位线承担此任，此时不用外接上拉电阻。2、地址线的连接、地址线的连接 P0口承担地址

25、低八位线，口承担地址低八位线，A0 A7； P2口承担地址高八位线。口承担地址高八位线。A8 A15。注意：注意：P0口线地址口线地址 / 数据分时复用，需用地址锁存器数据分时复用，需用地址锁存器 74LS373锁存地址。锁存地址。 A10 A8A7 A0D7 D0 CB 控制线的连接控制线的连接 对存储器来讲控制线无非是：芯片的对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通选通控制、控制、读写读写控制。控制。 单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则： 一是，地址唯一性，一个单元一个地址。一是，地址唯一性，一个单元一个地址。 二是，同一时刻，二是，同一时刻，

26、CPU只能访问一个地址，即只能与一只能访问一个地址，即只能与一 个单元交换数据。个单元交换数据。 不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。 读读 / 写写：CPU向外部设备发出的读向外部设备发出的读/写控制命令。写控制命令。 EPROM：/OE /PSEN SRAM： /WE /WR /OE /RD 选通选通：CPU与器件交换数据或信息，需先发出选通信号与器件交换数据或信息，需先发出选通信号 /CE或或/CS，以便选中芯片。，以便选中芯片。存储器地址编码存储器地址编码SRAM6116：“16” 2K8b = 2KB 21210 = 211即即6116有有11根地址线。根地址线。地址空间：地址空间： A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0最低地址：最低地址： 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0000H 最高地址：最高地址： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 07FFH MCS-51单片机寻址范围：单片机寻址范围：64KB 26210 = 216即即16位地址线位地址线地址空间：地址空间： A15A14A13A12A11A10A9A8A7A0 单片机单片机 A10A9A8A7A0 6116 25 = 322KB上式中：上式中：“”表示表示0或或1。即单片机地址空间中包含有即单片