芯片与其编程方法

输入/输出接口扩展什么是输入/输出扩展MCS-51单片机为什么要扩展常用的扩展方法扩展实际应用当前1页，总共59页。什么是扩展单片机本身资源不足以满足应用需求的情况下,必须借助外部器件对系统进行扩展主要介绍:并口、RAM、ROM、键盘、LED、DAC、ADC

等接口的扩展与应用,其中涉及到6264、2764、74LS373、74LS244、74LS245、8255、8155、8279、8253、DAC0832、ADC0809

等芯片。当前2页，总共59页。问题的提出MCS-51系列单片机内部有4个双向的8位并行I/O端口：

P0、P1、P2和P3口。在实际的应用系统中，P0、P2、P3口往往用来代替系统总线使用，数据口仅剩下P1口了。另外，单片机内部I/O口的功能也过于简单，只有数据锁存和缓冲功能，而没有状态寄存和命令寄存功能，难以满足复杂的I/O操作的要求。鉴于单片机的I/O资源比较有限，在实际应用中不得不使用扩展的方法，以增加I/O口的数量，强化I/O的功能。当前3页，总共59页。常用的I/O扩展方法常用的I/O扩展有以下两种形式：简单I/O接口芯片的扩展可编程I/O接口电路的扩展当前4页，总共59页。常用的I/O扩展方法简单芯片：是指那些虽具有数据缓冲或锁存功能，但自身仅有数据的输入或输出及选通端或时钟端，却没有地址线和读写控制线，如采用TTL或CMOS数字集成电路构成的三态门、寄存器、三态缓冲寄存器等中小规模的集成电路芯片。可编程逻辑器件：不仅具有数据的输入或输出、具有选通端或时钟端，而且还具有地址线和读写控制线的芯片，他们一般具有片内的状态字寄存器、命令字寄存器，允许通过软件编程来改变它的接口功能或状态。如：Intel8255、8155、8253、8279.当前5页，总共59页。简单I/O接口芯片的扩展简单的I/O口扩展通常是采用TTL或CMOS电路锁存器、三态门等作为扩展芯片（74LS244、74LS245、74LS273、74LS373、74LS377等），通过P0口来实现扩展的一种方案。它具有电路简单、成本低、配置灵活的特点。简单的I/O口扩展主要包括：缓冲器扩展输入口（三态门：74LS244、74LS245等）输入接口的主要功能：解决数据输入的缓冲问题，如74ls244(具有三态缓冲功能，这样才可以和数据总线相连)。锁存器扩展输出口（锁存器：74LS273、74LS373、74LS377等）输出接口的主要功能：进行数据的保持（数据锁存）。当前6页，总共59页。概述一、I/O系统的组成I/O系统I/O设备输入：键盘、磁盘、光盘、扫描仪…输出：显示、打印机、笔绘仪、磁盘…I/O接口：8155、8255、8253、8251、8279…I/O管理部件：IOP8089、DMAC8237I/O软件BIOS（基本I/O系统）CPU若没有一个强大的I/O系统的支持，CPU的高速度高性能就发挥不出来。当前7页，总共59页。苏青制作常用的接口器件有：8255：可编程通用并行接口电路8253/8254：可编程定时/计数器8155/8156：可编程多功能扩展芯片8251：可编程串行接口电路8279：可编程键盘显示接口电路当前8页，总共59页。Intel8155是一个具有RAM、I/O和计数器的通用可编程接口多功能芯片。其具有的资源为

256B的静态RAM；两个可编程的8位并行I/O口PA和PB；一个可编程的6位并行I/O口PC；一个可编程14位减计数器TC；8位地址锁存器。可编程多功能芯片8155的扩展当前9页，总共59页。定时/计数器输入端PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB0PC1PC2PC3PC4PC5PC0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD0TIMEINTIMEOUTALEIO/MRESETRDWRCE芯片引脚功能：RAM及IO选择地址锁存线三态地址/数据复用线端口A，I/O线端口B，I/O线端口C，I/O线读选通信号线写选通信号线片选线定时/计数器输出端复位端1IO0MCPU外设当前10页，总共59页。CBA256字节静态RAM14位定时计数器TIMERINTIMEROUTVCC(＋5V)VSS(GND)PA0～PA7IO/MCEALERDWRRESETAD0～AD7PB0～PB7PC0～PC78155的内部结构当前11页，总共59页。8155各引脚的功能为：地址/数据线AD0～AD7（8条）：是低8位地址线和数据线的共用输入总线，常和单片机的P0口相连，用于分时传送地址和数据；PA0～PA7、PB0～PB7：为A、B口线，用于和外设之间传递数据；PC0～PC5为C端口线，既可与外设传送数据，也可以作为A、B口的控制联络线；CS：片选线，低电平有效。8155的各引脚的功能当前12页，总共59页。8155的各引脚的功能RESET：复位线，通常与单片机的复位端相连。ALE：地址锁存线，高电平有效。IO/M：RAM或I/O口的选择线。当为0时，选中8155的256B

RAM；当为1时，选中8155片内3个I/O端口以及命令/状态寄存器和定时/计数器。RD和WR：读/写线，控制8155的读、写操作。TMRIN（TI）：定时/计数器的脉冲输入端。TMROUT（TO）：定时/计数器的输出信号端。VCC：电源端。GND：接地端。当前13页，总共59页。8155当IO/M为0时，单片机对8155的RAM进行操作，共256B，低八位的地址为：00H—0FFH。8155当IO/M为1时，单片机对8155的I/O口进行操作。8155的RAM和I/O口地址编码当前14页，总共59页。芯片8155的I/O口和定时器/计数器的工作方式可以通过对8155的命令寄存器写入控制字来实现。

8155的命令寄存器和状态寄存器使用同一个地址。

8155的命令字

命令字主要规定了8155的I/O口和定时器的工作方式。

8255的状态字

状态字的内容包含8155的I/O口的工作状态标志。8155的命令字和状态字当前15页，总共59页。TM1TM2IEBIEAPC2PC1PAPAPBA口方式B口方式B口A口计数器方式00:空操作01:停止计数10:计满后停止11:开始计数0:输入1:输出0:禁止中断1:允许中断00110110

方式1:A、B口基本I/O；C口输入方式2:A、B口基本I/O；C口输出方式3:A口选通I/O；B口基本I/O方式4:A、B口选通I/O8155的命令字格式当前16页，总共59页。8155的命令字格式

D7

D6

D5

D4D3D2

D1D0TM2

TM1IEBIEAPC2

PC1PB

PA0输入1输出1

开中断D0PAD1PBD3D20输入1输出PC2PC1A、B、C口为基本I/O口A、B入/出由D1D0确定，C口入00A、B、C口为基本I/O口A、B入/出由D1D0确定，C口出1101A口为选通方式，B口为基本I/OPC0～PC2口为PA口联络线PC3～PC5为基本I/O口10A口、B口为选通I/OPC0～PC2口为PA口联络线PC3～PC5为PB口联络线0关中断00空操作01停止计数10时间到，停止计数11

置入方式控制字和计数初值后，立即启动计数。若正在计数，溢出后则按新的方式和初值计数。由CPU写入当前17页，总共59页。

基本I/O方式：联络线由程序指定，对计数器输入输出不起控制作用，没有中断能力，输出联络线由软件程序来控制。选通I/O方式：由PC口的低三位作联络线使用，其余位作I/O线；输入联络线可以起选通数据锁存作用；中断时有中断请求信号产生；各个联络线为：INTRA：中断请求输出标志。BFA：PA口缓冲器/空输出信号。STBA：数据选通输入信号。8155的I/O的工作方式当前18页，总共59页。1，8155基本I/O方式8I/O8I/O6I/O外设CPU8155PAPBPCAD0~AD7WRRDALEIO/MCE8基本输入时序MOVXA，＠DPTRRDDB数据有效WR基本输出时序MOVX＠DPTR，A当前19页，总共59页。88端口数据线8端口数据线AINTRABFASTBBINTRBBFBSTB至CPU至外设自外设至CPU至外设自外设8155PAPBAD0~AD7WRRDALEIO/MCEPC0PC1PC2PC3PC4PC52，8155选通I/O方式逻辑结构CPUINPUT端口数据BFINTRRDSTBMOVXA，@DPTR缓冲器满缓冲器空选通输入时序：A口外设B口外设打入缓冲器联络线联络线CPU外设当前20页，总共59页。88端口数据线8端口数据线AINTRABFASTBBINTRBBFBSTB至CPU至外设自外设至CPU至外设自外设8155PAPBAD0~AD7WRRDALEIO/MCEPC0PC1PC2PC3PC4PC5逻辑结构

CPU选通输出时序：A口外设B口外设OUTPUT端口数据BFINTRWRSTBMOVX@DPTR，A缓冲器满缓冲器空MOVX@DPTR，A端口数据打入外设带联络信号的应答式输出时序CPU外设当前21页，总共59页。TM1TM2IEBIEAPC2PC1PAPAPBA口方式B口方式B口A口计数器方式00:空操作01:停止计数10:计满后停止11:开始计数0:输入1:输出0:禁止中断1:允许中断00110110

方式1:A、B口基本I/O；C口输入方式2:A、B口基本I/O；C口输出方式3:A口选通I/O；B口基本I/O方式4:A、B口选通I/O8155的状态字格式当前22页，总共59页。0

无中断1

有中断

D7D6

D5

D4

D3

D2

D1

D00

空TIMER1满未用中断标志由CPU读出AAAINTRBFINTEBBBINTRBFINTE缓冲器满空标志中断允许0

关中断1

开中断定时器中断标志1

计数溢出时0

读出状态或复位时“只读不写”8155的状态字格式当前23页，总共59页。8155片内的定时器/计数器是一个14位的减计数器。计数器分为高6位和低8位寄存器，它的计数初值有程序预置。它的格式为：8155的定时器/计数器TIMERIN：定时器时钟输入端TIMEROUT：为定时器输出，输出各种波形可接系统时钟，作定时器也可接外部输入，作计数器当前24页，总共59页。高字节寄存器低字节寄存器8155的定时器/计数器（M2和M1是工作方式码，T0—T13为计数器的初值

）当前25页，总共59页。M2M1方式波形00011011单次方波连续方波单个脉冲连续脉冲8155定时器/计数器四种操作方式和输出波形当前26页，总共59页。8155内部定时器定时器14位计数器由04H和05H两个地址组成。输出四种波形：a单次方波b连续方波c单次脉冲d连续脉冲e连续方波若常数为奇数，则方波不对称。例如954当前27页，总共59页。首先将计数常数及定时器输出方式送入定时器口计数常数在0002H～3FFFH之间

D7

D6

D5

D4D3

D2D1

D0T13T12

T11T10T9

T8

T7T6T5T4T3T2T1T000单次方波01连续方波10单次脉冲11连续脉冲

D7D6

D5

D4D3

D2D1

D004H计数器低8位TL05H计数器高6位TH工作方式M2M1地址04H地址05H8155内部定时器当前28页，总共59页。MCS-51与8155的接口方法和应用实例例1：8031与8155接口并确定RAM和I/O口地址8031的P0.0～P0.7与8155的AD0～AD7相连51单片机与8155接口连接，不需要任何附加逻辑即可增加：256BRAM14位定时器22根

I/O

口线8031的P2.7与

8155

的CE相连8031的P2.0与8155的IO/M相连当前29页，总共59页。上页下页回目录P2.7P2.0CEP00P01P02P03P04P05P06P07AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7IO/M80318155ALEALE当前30页，总共59页。地址分配：7F00H命令状态寄存器7F01HPA口7F02HPB口7F03HPC口7F04H定时器低8位7F05H定时器高6位7E00H～7EFFH上页下页回目录P2.7••••••P2.0P0.7••••••P0.000××××××RAM0000000000000001••••••••11111111CEIO/M111111AD7••••••AD08155RAM

地址为:地址00H~FFH803181557E01I/O000命令状态口001A口010B口011C口100TL8101TH61111117F8155I/O地址为:当前31页，总共59页。

①将8155片内RAM的7E30H单元内容读入A累加器中程序段如下：也可以:MOV

DPTR，#7E30HMOVXA，@DPTR例2当前32页，总共59页。设A中的数据为5，并写入8155的RAM中7EF0H单元程序段如下：例3方法2？？？当前33页，总共59页。例4

将A口定义为基本输入方式，B口定义为基本输出方式，

C口定义为输入方式，定时器作为方波发生器对输入脉冲24分频（注意8155定时器最高计数频率为4MHz），读A口数据送B口输出。则8155I/O口初始化程序如下：

TM2

TM1IEBIEAPC2

PC1PB

PA命令字010000110C2H当前34页，总共59页。MOVDPTR，#7F04H；指向定时器低8位MOVA，#18H ；计数常数18H=24MOVX@DPTR，A ；送计数常数INC DPTR ；指向定时器高8位MOVA，#40H ；设定时器输出连续方波MOVX@DPTR，A ；送定时器高8位M2M1=01MOVDPTR，#7F00H；指向命令口MOVA，#0C2H ；命令字设为A口，C口入

；B口出，启动T/CMOVX@DPTR，A ；并启动定时器MOVDPTR，#7F01H；指向A口MOVXA，@DPTR ；读A口数据INC DPTR ；指向B口MOVX@DPTR，A ；送B口输出初始化程序如下当前35页，总共59页。

程序为：

………………..

RAMWR:MOVR0,#30HMOVDPTR,#7E00H

MOVR2,#50

RAMW:MOVA,@R0

MOVX@DPTR,A

INCR0

INCDPTRDJNZR2,RAMW

…思考：如果要把8155RAM中，从地址为7E00H开始的50个数据存入单片机的30H开始的数据存储单元中，应该如何处理？假定在MCS-51单片机的内部RAM中，从30H开始存放一组数据，字节数为50，要求将该组数据存入8155RAM中，起始地址为7E00H。例5当前36页，总共59页。程序为：

ORG0000H

MOVDPTR,#7E00H

MOVA,#02H

MOV@DPTR,A

LOOP:MOVDPTR,#7F01H

MOVXA,@DPTR

INCDPTR

MOVX@DPTR,A

SJMPLOOP

END写命令字，送入命令/状态寄存器8155的A口数据送入ACCACC数据写入8155的B口循环执行假定8155的PA口接8个乒乓开关，8155的PB口接8个指示灯，要求PB显示PA口的开关状态。（PA和PB为基本I/O方式）。例6当前37页，总共59页。9.3串行通信的基本概念9.3.1串行数据传送方式9.3.2波特率和发送/接收时钟9.3.3串行通信的基本方式9.3.4信号调制与解调9.3.5串行接口的任务当前38页，总共59页。9.3.1串行数据传送方式1．全双工2．半双工

当前39页，总共59页。1．全双工当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工（FullDuplex）制。发送器发送器接收器接收器B站A站图9-9全双工方式示意图当前40页，总共59页。2．半双工若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工（HalfDuplex）制。

A站B站发送器发送器接收器接收器图9-10半双工方式示意图当前41页，总共59页。9.3.2波特率和发送/接收时钟1．波特率2．发送/接收时钟

当前42页，总共59页。并行通信中，传输速度以每秒传输的字节（B/s）表示。在串行通信中，传输速率用波特率来表示。所谓波特率，是指单位时间内传送二进制数据的位数，单位为位/秒（b/s）。每秒钟所传输的字符数（字符速率）和波特率是两种概念

1．波特率当前43页，总共59页。2．发送/接收时钟发送端使用的用于决定数据位宽度的时钟称为发送时钟。接收端使用的用于测定每一位输入数据位宽度的时钟称为接收时钟。接收/发送时钟频率＝n·波特率（n＝1，16，32，64）当前44页，总共59页。9.3.3串行通信的基本方式1．异步通信2．同步通信

当前45页，总共59页。1．异步通信00/10/10/1…

0/10/10/111100/1起始位奇偶校验位（可有可无）5～8位数据位（先送最低位）LSBMSB空闲位停止位（1，11/2或2位）第n个字符（8～12位）第n＋1个字符图9-11异步串行通信格式当前46页，总共59页。2．同步通信同步通信的特点是不仅字符内部保持“同步”，而且字符与字符之间也是同步的。在这种通信方式下，收/发双方必须建立准确的位定时信号，也就是收/发时钟的频率必须严格地一致。同步通信在数据格式上也与异步通信不同，每个字符不增加任何附加位，而是连续发送。当前47页，总共59页。9.3.4信号调制与解调MODEM与计算机连接的方式分成内接式和外接式。MODEM的调制方式有3种：振幅调制（ASK）：以两种振幅的大小来区别数字信号“0”与“1”；频率调制（FSK）：利用两个固定的频率来分别代表数字信号“0”与“1”；相位调制（PSK）：利用相位的差异来区别信号，当相位差180º时代表位值的变化。当前48页，总共59页。9.3.5串行接口的任务1．进行串－并转换2．实现串行数据格式化

3．可靠性检验

4．实施接口与通信设备之间的联络控制

当前49页，总共59页。9.4可编程串行接口8251A9.4.18251A的基本性能9.4.28251A内部结构及引脚功能9.4.38251A的控制字和状态字9.4.48251A的初始化编程9.4.58251A应用举例当前50页，总共59页。9.4.18251A的基本性能1．通过初始化编程，可以工作在同步通信或异步通信方式。2．同步方式时，可设定为内同步或外同步两种做法，同步字符允许采用单同步字符和双同步字符，由用户选定。3．异步方式时，数据位仍可在5～8位范围内选用，用1位作为奇偶校验位或不设置奇偶位。4．8251A具有奇偶校验、帧校验和溢出校验三种字符数据的校验方式，校验位的插入、检查和出错标志的建立均由芯片自动完成。5．8251A能与MODEM直接相连，接收和发送的数据均可存放在各自的缓冲器中，以便实现全双工通信。

当前51页，总共59页。9.4.28251A内部结构及引脚功能8251A内部结构8251A引脚功能当前52页，总共59页。1．8251A内部结构RESET状态缓冲器发送数据/命令缓冲器接收数据缓冲器外部数据总线内部数据总线读/写控制逻辑调制控制发送器（P→S）发送（控制）接收（控制）接收器（S→P）CLKC/DRDCSWRTxDTxRDYTxETxCDTRDSRRTSCTSRxCRxCRxRDYSYNDET00001CSC/DRDWR0101×0011×1100×功能CPU从8251A读数据CPU从8251A读状态CPU写数据到8251ACPU写命令到8251AUSART总线浮空（无操作）表9-28251A读/写操作当前53页，总共59页。2．8251A的引脚功能56789101112123428272625242322212019181714131615C/DRDWRCSTxCD4D7D6D5GNDRxDD3D2RxRDYD1D0Vcc(+5V)RxCDTRRTSDSRCTSRESETCLKTxDTxESYNDETTxRDY8251A当前54页，总共59页。9.4.38251A的控制字和状态字1．方式控制字2.操作控制字3．状态字

当前55页，总共59页。1．方式控制字D7D6D5D4D3D2D1D0

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