第6章單片機(jī)系統(tǒng)的

輸入/輸出與擴(kuò)展6.1輸入／輸出信息的傳送方式6.2外部擴(kuò)展概述6.3單片機(jī)外部存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展6.4可編程并行接口芯片8255A與8155教學(xué)目的與要求：輸入輸出信息的傳送方式；并行擴(kuò)展與串行擴(kuò)展；程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方式、并行擴(kuò)展芯片的使用。教學(xué)難（重）點(diǎn)：系統(tǒng)擴(kuò)展的方式方法，擴(kuò)展芯片8255。教學(xué)方法：講授教學(xué)手段：傳統(tǒng)方式、多媒體方式6.1輸入／輸出信息的傳送方式6.1.1輸入／輸出的概念 單片機(jī)常用的輸出設(shè)備有：顯示器、指示燈、微型打印機(jī)等。6.1.2輸入／輸出信息種類 計(jì)算機(jī)與輸入／輸出設(shè)備之間交換信息，有三種信息形式：數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息。6.1.3輸入／輸出設(shè)備與CPU的連接 計(jì)算機(jī)的CPU與外設(shè)，并不直接相連，而是通過(guò)接口電路進(jìn)行連接。它們的連接關(guān)系如圖6-1所示。圖6-1CPU與外設(shè)的連接圖1、鎖存功能接口電路用數(shù)據(jù)鎖存器，解決雙方速度匹配問(wèn)題。2、隔離作用CPU既可以與存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)，也可以與任一外設(shè)交換數(shù)據(jù)。但任一時(shí)刻，只能與其中的一個(gè)設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

3、變換作用 當(dāng)外設(shè)的電平幅度不符合計(jì)算機(jī)的要求時(shí)，需要接口電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。4、聯(lián)絡(luò)作用 只有在外設(shè)準(zhǔn)備就緒時(shí)，才能與CPU交換數(shù)據(jù)，既可避免出錯(cuò)，又可提高CPU的工作效率。外設(shè)準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。因此，接口電路必須具有聯(lián)絡(luò)作用。6.1.4CPU對(duì)外設(shè)的兩種編址方式 1、端口與主存儲(chǔ)器單元統(tǒng)一編址 統(tǒng)一編址，把主存儲(chǔ)器的一部分地址空間分給端口，把每一個(gè)端口作為一個(gè)存儲(chǔ)單元。 2、端口單獨(dú)編址 對(duì)端口單獨(dú)編址時(shí)，端口不占主存地址空間，但必須設(shè)置專門的輸入／輸出指令訪問(wèn)端口。6.1.5CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式 CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式通常有以下3種方式：無(wú)條件傳送方式、查詢方式和中斷方式。 1、無(wú)條件傳送方式 2、查詢傳送方式（如圖6-2） 3、中斷傳送方式圖6-2查詢方式流程圖6.2外部擴(kuò)展概述6.2.1單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的內(nèi)容與方法1．單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)（圖6-3）

圖6-3單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)2．系統(tǒng)擴(kuò)展的內(nèi)容與方法(1)系統(tǒng)的擴(kuò)展一般有以下幾方面的內(nèi)容：①外部程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。②外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。③輸入/輸出接口的擴(kuò)展。④管理功能器件的擴(kuò)展(如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、鍵盤/顯示器、中斷優(yōu)先級(jí)編碼器等)。(2)系統(tǒng)擴(kuò)展的基本方法：一般來(lái)講，所有與計(jì)算機(jī)擴(kuò)展連接芯片的外部引腳線都可以歸屬為三總線結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展連接的一般方法實(shí)際上是三總線對(duì)接。要保證單片機(jī)和擴(kuò)展芯片協(xié)調(diào)一致地工作，即要共同滿足其工作時(shí)序。3)擴(kuò)展常用器件1、8D鎖存器74LS373圖6-474LS373結(jié)構(gòu)示意圖圖6-574LS373用作地址鎖存器2、3-8譯碼器74LS138圖6-674LS138的引腳與功能6.2.2外部并行擴(kuò)展性能

外部并行擴(kuò)展：?jiǎn)纹瑱C(jī)與外圍擴(kuò)展單元采用并行接口的連接方式，數(shù)據(jù)傳送為并行傳送方式。特點(diǎn)：傳送速度高，但擴(kuò)展電路較復(fù)雜。適用于高速場(chǎng)合。方法：線選法（圖6-7）全地址譯碼法（圖6-8）。圖6-7線選法

圖6-8全譯碼法6.2.3外部串行擴(kuò)展性能外部串行擴(kuò)展：占用少量I/O線實(shí)現(xiàn)與外部擴(kuò)展單元的連接。特點(diǎn)：體積小，占用I/O資源少，電路簡(jiǎn)單，成本低，可靠性好，但速度慢。方法：IIC總線（interintegratedcircuitbus)、SPI串行外設(shè)接口（serialperipheralinterface)UART串行擴(kuò)展接口。

IIC總線（interintegratedcircuitbus)：PHILIPS公司推出的IIC串行擴(kuò)展總線為二線制（數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成）圖6-9外圍擴(kuò)展示意圖6.3單片機(jī)外部存儲(chǔ)器并行擴(kuò)展6.3.1程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1、常用的程序存儲(chǔ)器芯片

圖6-10常用程序存儲(chǔ)芯片圖6-11常用程序存儲(chǔ)芯片引腳

外部程序存儲(chǔ)器與單片機(jī)的電路連接，如圖6-12所示。圖6-12程序存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接6-13單片程序存儲(chǔ)芯片的擴(kuò)展6.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1、常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片6-14常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片邏輯圖6-14常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片引腳圖6-15單片機(jī)外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與單片機(jī)之間的連接6-16單片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片的擴(kuò)展6.4可編程并行接口芯片8255A與81556.4.18255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳8255A具有3個(gè)8位并行I/O口,稱為PA口、PB口和PC口。其中PC口又分為高4位和低4位,通過(guò)控制字設(shè)定可以選擇三種工作方式:①基本輸入/輸出;②選通輸入/輸出;③PA口為雙向總線。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-17所示圖6-178255內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2、8255A的引腳 （1）8255A與單片機(jī)相連的引腳 8255A采用NMOS工藝制造，有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝形式。其引腳如圖6-18所示。圖6-188255引腳(2)8255A各端口的操作表6-18255A各端口的操作(3)8255的控制字圖6-198255的方式控制字圖6-20端口C按位置位/復(fù)位控制字6.4.28255的工作方式

1、方式0-----基本輸入輸出方式

這種工作方式不需要任何選通信號(hào)。A口、B口及C口的兩個(gè)4位口中任何一個(gè)端口都可以由程序設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)被鎖存；作為輸入口時(shí)，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。2、方式1----選通輸入/輸出方式：在這種工作方式下，A、B、C三個(gè)口分為兩組。A組包括A口和C口的高4位，A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的高4位則用來(lái)作為A口輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)；B組包括B口和C口的低4位，B口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，C口的低4位則用來(lái)作為B口輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)。A口和B口的輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。方式1下的邏輯組態(tài)關(guān)系如圖所示6-218255A方式1下的邏輯組態(tài)關(guān)系8255的應(yīng)答信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系表6-28255A的應(yīng)答信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系3、方式2------雙向傳送方式6-228255A方式1下的邏輯組態(tài)關(guān)系8255A端口A方式2的聯(lián)絡(luò)信號(hào)表6-38255A端口A方式2的聯(lián)絡(luò)信號(hào)6.4.3MCS-51單片機(jī)與8255A的接口 【例8-3】試設(shè)計(jì)一個(gè)8051單片機(jī)與并行接口芯片8255A的接口電路。端口A接一組指示燈，顯示的內(nèi)容由A口輸出至指示燈；端口B接一組開(kāi)關(guān)，將開(kāi)關(guān)的內(nèi)容由B口輸入，并將此開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)A口由指示燈顯示出來(lái)。8255A的A口、B口、C口和控制字的地址分別為7F00H、7F01H、7F02H和7F03H。 8051單片機(jī)與8255A的接口電路如圖6-24所示。6-238051單片機(jī)與8255A的接口電路參考程序如下：ORG1000HMOVDPTR,#7F03HMOVA,#82HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#7F01HMOVA,@DPTRDECDPTRMOV@DPTR,ARET硬件實(shí)驗(yàn)五：8255輸入輸出實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步學(xué)習(xí)8255可編程芯片的結(jié)構(gòu)及編程方式。要求實(shí)現(xiàn)8255的PA、PB和PC口用于輸入輸出。讀取PA口實(shí)時(shí)輸入的信號(hào)，由PB口輸出；讀取PC口高四位按鈕信號(hào),由PC口低四位LED顯示輸出。PORTAEQU7C00HPORTBEQU7D00HPORTCEQU7E00HCADDREQU7F00HORG0000HLJMPSTARTORG0100HSTART：MOVR2,#0FEHMOVA,#98HMOVDPTR,#CADDRMOVX@DPTR,A;送控制字XH：MOV

DPTR,#PORTAMOVX

A,@DPTR;讀取A口信號(hào)送累加器A

MOV

DPTR,#PORTBMOVX

@DPTR,A;信號(hào)由B口輸出;ACALL

YSMOV

DPTR,#PORTCMOVX

A,@DPTR;讀取C口高四位所接按鈕信號(hào)

ANL

A,#0F0HSWAPAMOVX@DPTR,A;通過(guò)低四位所接LED顯示SJMPXH;YS：MOVR7,#0FFH;YS1：MOVR6,#0FFH;DJNZR6,$;DJNZR7,YS1;RETEND6.4.48155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳1、8155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6-248155的結(jié)構(gòu)框圖8155作I/O接口時(shí)的內(nèi)部寄存器地址及功能表6-48155作I/O接口時(shí)的內(nèi)部寄存器地址及功能2、8155的引腳Intel8155為HMOS型芯片，40個(gè)引腳采用雙列直插式封裝。其引腳如圖6-25所示。8155芯片內(nèi)具有256個(gè)字節(jié)的RAM，兩個(gè)8位、一個(gè)6位的可編程并行I/O接口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，與MCS-51單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。6-258155引腳圖

3、8155的寄存器 （1）命令寄存器 8155只有一個(gè)控制字，命令寄存器決定A口、B口、C口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及功能。其位格式為：

PA：決定A口的工作方式。PA=0，A口為輸入方式；PA=1，A口為輸出方式。 PB：決定B口的工作方式。PB=0，B口為輸入方式；PB=1，B口為輸出方式。 PC2、PC1：決定PC口的工作方式。 PC2PC1（ALT1）=00，A口、B口為基本輸入/輸出，C口為基本輸入口； PC2PC1（ALT2）=01，A口、B口為基本輸入/輸出，C口為基本輸出口； PC2PC1（ALT3）=10，A口為選通輸入/輸出口，B口為基本輸入/輸出口； PC2PC1（ALT4）=11，A口、B口為選通輸入/輸出口。

IEA：A口中斷允許位。IEA=1允許A口中斷，IEA=0禁止A口中斷。 IEB：B口中斷允許位。IEB=1允許B口中斷，IEB=0禁止B口中斷。 TM2、TM1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器命令。 TM2TM1=00，空操作，不影響計(jì)數(shù)器操作； TM2TM1=01，停止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)； TM2TM1=10，定時(shí)/計(jì)數(shù)器長(zhǎng)度減為0時(shí)停止計(jì)數(shù)； TM2TM1=11，連續(xù)方式，當(dāng)計(jì)數(shù)器賦予初值后，立即 啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；若正在計(jì)數(shù)，則置新的方式和長(zhǎng)度，計(jì)數(shù)結(jié)束后按新的方式和新的時(shí)間常數(shù)計(jì)數(shù)。

（2）狀態(tài)寄存器 狀態(tài)寄存器由7位寄存器組成，其中6位用于表示A口和B口的狀態(tài)，1位表示定時(shí)/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。此寄存器為只讀寄存器其位格式為：INTRA：A口中斷請(qǐng)求位。BFA：A口緩沖器滿標(biāo)志位。INTEA：A口中斷允許位。INTRB：B口中斷請(qǐng)求位。BFB：B口緩沖器滿標(biāo)志位。INTEB：B口中斷允許位。TIMER：定時(shí)中斷請(qǐng)求位。（3）PA寄存器（4）PB寄存器（5）PC寄存器PC0～5的工作方式及各位的作用如表8-5所示。PC口的工作方式及各位的作用表6-5PC口的工作方式及各位的作用(6)定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器8155內(nèi)部有一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器,分為低等位與高6位,其位格式如圖圖6-268155內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)格式

其中，T0～T14構(gòu)成14位計(jì)數(shù)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器是遞減計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到0時(shí)，可從定時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出端輸出一個(gè)脈沖或方波。M2M1決定定時(shí)器的輸出波形。當(dāng)： M2M1=00時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出波形為單個(gè)方波； M2M1=01時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出波形為連續(xù)方波； M2M1=10時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出波形為單個(gè)脈沖； M2M1=00時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出波形為連續(xù)脈沖。

6.4.58155的工作方式 8155的