09.扩展IO接口电路设计

单片机 讲义

第九章

IO扩展接口设计及应用 IO扩展接口设计及应用

可编程并行I/O接口芯片8255A I/O接口芯片 9.1 可编程并行I/O接口芯片8255A MCS-51与可编程RAM/芯片8155接口 与可编程RAM/芯片8155 9.2 MCS-51与可编程RAM/芯片8155接口 74LS系列TTL电路扩展并行I/O口 系列TTL电路扩展并行I/O 9.3 用74LS系列TTL电路扩展并行I/O口 LED显示电路 9.4 LED显示电路

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I/O口扩展概述 I/O口扩展概述输入/输出接口是单片机与外设联系的通道.MCS-51单片 输入/输出接口是单片机与外设联系的通道.MCS-51单片 机有4个并行I/O口 系统扩展时, 机有4个并行I/O口,系统扩展时,可提供的输入输出口线并 I/O 不多,应用中常常需要扩展片外I/O口 不多,应用中常常需要扩展片外I/O口. I/O 并行I/O口的扩展方法有2 并行I/O口的扩展方法有2类:简单扩展和专用芯片扩展. I/O口的扩展方法有 简单扩展和专用芯片扩展.

I/O口扩展的相关技术 I/O口扩展的相关技术 数据总线的隔离技术 数据输入: 数据输入:外设的输出端通过三态门与数据总线相连 数据输出: 数据输出:数据总线的输出端通过锁存器与外设相连

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外设端口的编址方式对于接口芯片上的外部端口,MCS-51使用统一编址方式, 对于接口芯片上的外部端口,MCS-51使用统一编址方式, 使用统一编址方式 在这种编址方式中,把扩展的I/O口采取与数据存储器相同的 在这种编址方式中,把扩展的I/O口采取与数据存储器相同的 I/O 寻址方式,共用一个存储空间,同用一套指令和一组信号线. 寻址方式,共用一个存储空间,同用一套指令和一组信号线. 统一编址方式的优点是不需要专门的I/O指令,而直接使 统一编址方式的优点是不需要专门的I/O指令, I/O指令 用存储器指令进行I/O操作,不但简单,方便,功能强,而且 用存储器指令进行I/O操作,不但简单,方便,功能强, I/O操作 I/O地址范围大.但这种编址方式,16位的口地址太长, I/O地址范围大.但这种编址方式,16位的口地址太长,会使 地址范围大 位的口地址太长 地址译码变得复杂,此外,存储器指令比起专用的I/O指令, 地址译码变得复杂,此外,存储器指令比起专用的I/O指令, I/O指令 指令长而且执行速度慢. 指令长而且执行速度慢.

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单片机的I/O控制方式 单片机的I/O控制方式 I/O在单片机中,为了实现数据的输入/输出传送, 在单片机中,为了实现数据的输入/输出传送,通常使用 3种控制方式: 种控制方式: 无条件传送方式 查询方式 中断方式

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可编程并行I/O接口芯片8255A I/O接口芯片 9.1 可编程并行I/O接口芯片8255A

简单I/O扩展:实现数据缓冲和数据锁存 可编程I/O扩展:还具有状态寄存 命令寄存 状态寄存和命令寄存 状态寄存 命令寄存功能, 通过软件编程方式,确定扩展芯片的工

作方式.

典型芯片:8255A,8155

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8255A的逻辑结构 和引脚1)口电路 ) 三个8位口,PA,PB,PC. PA,PB是单纯的数据口, PC既可作数据口,也可作 控制口,用于对PA,PB的 控制. PC7~4,控制PA; PC3~0,控制PB PA , PC7~4称为A组; PB , PC3~0称为B组

PA 3 PA 2 PA1 PA 0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC 2 PC 3 PB 0 PB1 PB 2

1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

8255 A

40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21

PA 4 PA 5 PA 6 PA 7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vcc PB 7 PB 6 PB 5 PB 4 PB 3

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2)总线接口电路 ) 数据总线缓冲器:和单片机数据总线相连,8位双向三态 数据总线缓冲器 缓冲器,所有数据(包括控制字,状态信息)通过该缓冲 器传送. 控制逻辑: 控制逻辑

CS:片选信号(低电平有效);RD :读信号(低电平有效);WR:写信号(低电平有效);

A0,A1:端口选择信号; RESET:复位信号(高电平有效) 3)控制逻辑电路:A组,B组逻辑控制 )控制逻辑电路:

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8255A读/写控制表 读 写控制表选中端口

CS 0 0 0

A1 0 0 1 0 0 1 1 ×

A0 0 1 0 0 1 0 1 ×

RD 0 0 0 1 1 1 1×

WR 1 1 1 0 0 0 0×

操作 读A口 读 B口 读C口 写A口 写B口 写C口 写控制字 高阻抗

A B C A B C 控制寄存器 /

0 0 0 0 1

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8255A工作方式及数据I/O操作方式0:基本输入 输出方式 方式 :基本输入/输出方式 两个8位口PA,PB及两个4位口,输入/输出的任意组合. 适用于无条件数据传输.也可以对C口进行位操作.以C口 某一位状态,实现查询方式数据传送. 方式1:选通输入 输出方式 方式 :选通输入/输出方式 PA,PB用于数据输入/输出,PC,数据传送联络信号 方式2: 方式 :双向数据传送方式 只有PA,能选择该工作方式,适用PC5位口线作控制线. PA工作于方式2下,则PB只能工作在方式0.

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PC口联络信号定义 口联络信号定义

C口PC 7 PC 6 PC 5PC 4 PC 3 PC 2 PC1 PC 0

方式 1输入输出 OBFA ACKA

方式 2输入输出 OBFA ACKA

IBFASTBA INTRA STBB IBFB INTRB INTRA ACKB OBFB INTRB

IBFASTBA INTRA INTRA

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数据输入STB :选通脉冲(输入),低电平有效.IBF:输入缓冲器满信号(输出),高电平有效.此信号 有效,数据已装入8255A锁存器.状态信号 状态信号 INTR:中断请求信号(输出),高电平有效.当IBF为高 电平,STB 信号由低变高,中断请求信号有效.STB

IBFINTR

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数据输出ACK :外设响应信号(输入),低电平有效.当外设取走

数据,并处理完,向单片机发回响应信号.OBF :输出缓冲器满信号(输出),低电平有效.状态信 状态信

息.输出数据写入8255A锁存器后,信号有效. INTR:中断请求信号(输出),高电平有效.ACKOBF

INTR

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8255A控制字及初始化C口高半字节输入1,输出0

工作方式控制字

A口:输入1,输出0方式选择 00方式0,01方式1, 1×方式2

A1 A 0 = 11B组

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0C口低半字节 输入1 ,输出0

A组B口:输入1 ,:输出

0

设定工作方式标志,1有效

方式选择 0:方式0,1:方式1

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C口位置位 复位控制字 口位置位/复位控制字 口位置位

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

任意

置位:1置1,0置0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 0 1 0 1 B0 B1 B2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

置位标志:0有效

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8255A初始化 初始化系统要求:PA口:工作方式0,输入;PB口:工作方式1, 输出;PC4~PC7为输出;PC2~PC0用于PB口方式1选通控制 信号,尚余PC3线为输入. 假定8255A的地址为:5FFCH~5FFFHA组方式1 输出 输入

确定控制字

1

0

0

1输入

0输出

1

0

1

控制字 95H

方式0控制字设置

B组

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初始化程序: MOV MOV MOVX DPTR,#5FFFH A,#95H @DPTR,A ;8255A控制字地址 ; ;方式控制字写入

PC口用于置位/复位方式,PC5置位. 初始化程序: MOV MOV MOVX DPTR,#5FFFH A,#0BH @DPTR,A ;8255A控制字地址 ; ;方式控制字写入

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CS

D7 ~ D0

8255A 8051RDWR

PAPBPC

RDWR

RESET

RESET A1 A 0

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MCS-51与可编程RAM/芯片8155接口 与可编程RAM/芯片8155 9.2 MCS-51与可编程RAM/芯片8155接口1. 8155简介 IO / M 8155简介AD 0 ~ AD 7 CE ALE

PA

A256字节 静态RAMPB

BPC

RDWR RESET

定时器

C

8155具有 三各可编程I/O口: A口(8位) B口(8位) C口(6位); 256字节RAM; 一个14位定时器定时器输入

定时器输出

8155逻辑结构

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PC 3 PC4 TIMERIN RESET PC5 TIMEOUT IO / M CE RD WR ALE AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 Vss

1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

8155

40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21

Vcc PC 2 PC1 PC0 PB 7 PB 6 PB 5 PB 4 PB 3 PB 2 PB1 PB 0 PA 7 PA 6 PA 5 PA 4 PA 3 PA 2 PA1 PA 0

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PA/PB/PC: PA/PB/PC:2个8位1个6位口 AD0~AD7:地址/ AD0~AD7:地址/数据复用线 ALE:地址锁存使能, ALE:地址锁存使能, 控制地址/ 控制地址/数据复用 CE:8155的片选端, CE:8155的片选端,低电平有效 的片选端 IO/M:I/O口或RAM选择线 IO/M:I/O口或RAM选择线 口或RAM RD是读信号;WR是写信号 RD是读信号;WR是写信号 是读信号;WR RESET:复位信号, RESET:复位信号,高电平有效 TIMERIN, TIMEROUT:定时器/ TIMERIN, TIMEROUT:定时器/ 计数器的脉冲输入, 计数器的脉冲输入,输出线 VCC,VSS: VCC,VSS:电源端

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8155的RAM或I/O口编址 2. 8155的RAM或I/O口编址8155在单片机应用系统中是按外部数据存储器统一编址的, 8155在单片机应用系统中是按外部数据存储器统一编址的, 在单片机应用系统中是按外部数据存储器统一编址的 地址为16 16位 位地址由CE提供, CE提供 位地址为片内地址. 地址为16位,高8位地址由CE提供,低8位地址为片内地址. IO/M为RAM或I/O口选择线 口选择线. IO/M为RAM或I/O口选择线. IO/M=0:选中8155的片内RAM,RAM的低8位地址为00H~FFH. IO/M= 选中8155的片内RAM RAM的低 位地址为00H FFH. 8155的片内RAM, 的低8 00H~ IO/M IO/M=1:选中8155片内3个I/O口及命令/状态寄存器和定时器 IO/M= 选中8155片内3 I/

O口及命令 8155片内 口及命令/ IO/M AD0~AD7为I/O口地址,其分配如表所示. AD0~ 口地址, AD0 AD7为I/O口地址 其分配如表所示.AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 PA口 口 PB口 口 PC口 口 定时器低8位 定时器低 位 定时器高6位 定时器高 位 端 口 命令状态寄存器(命令 状态口 命令状态寄存器 命令/状态口 命令 状态口)

× 1

8155内部端口编址 表9-1 8155内部端口编址

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