第7章IO设备与接口3ppt课件.ppt

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1、在此输入您的封面副标题第7章IO设备与接口328.1 计算机I/O接口技术概述计算机为什么需要计算机为什么需要I/O接口接口CPU存储器存储器CPUI/O设备设备3接口特点及功能CPU和外部设备之间数据传送有如下特点和外部设备之间数据传送有如下特点1）外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、继电器等；快速设备：磁盘等。CPU无法按固定时序协调各方的工作。2）外部设备种类繁多：机械式、机电式、电子式3）外部设备数据信号多样化：电压信号、电流信号数字量、模拟量等。4）外部设备数据传送有近距离、远距离。4接口电路接口电路对CPU和外部设备之间的数据传送数据传送进行协调接口电路主要功能接口电路主要功

2、能1）速度协调）速度协调CPU接口接口设设备备O/IREADY询问询问52）数据锁存）数据锁存CPU接口接口CS数据在数据总线上停留的时间十分短暂数据在数据总线上停留的时间十分短暂8051单片机的4个并行I/O口，都通过锁存器和外界联系63）三态缓冲）三态缓冲总线隔离技术总线隔离技术：任一时刻，只允许一个数据源使用数据总线。其余数据源都和数据总线隔离隔离。片选的含义片选的含义4）数据转换）数据转换A/D、D/A转换7用作接口电路的基本电路用作接口电路的基本电路锁存器锁存器三态缓冲电路三态缓冲电路控控制制信信号号集电极开路集电极开路OC门门&两个以上两个以上OC门输出端并门输出端并联，实现联，实

3、现“线与线与”功能功能使用时，需外接上拉电阻使用时，需外接上拉电阻VccR8外设的编址方式独立编址独立编址将I/O和存储器分开进行编址。计算机形成两个独立的地址空间，也就有各自独立的读写操作指令。统一编址统一编址将I/O和存储器统一进行编址。只需一套存储器指令，直接对存储器和I/O操作。98.1.2 CPU与外设之间数据传送方式 1、程序方式1）无条件传送方式外部设备总是处于“准备好”状态，无须测试。随时可以传送数据。例如指示灯、发光二极管等。&RD地地址址译译码码DBUS三三态态缓缓冲冲器器数数据据输输入入无条件输入传送无条件输入传送102）程序查询方式有条件数据传送，I/O操作之前，检查I

4、/O设备状态，确认已为输入输出作好准备，实行数据传送。&WR地地址址译译码码DBUS锁锁存存器器数据输出数据输出无条件输出传送无条件输出传送112、中断方式查询方式中，CPU处于主动形式，中断方式CPU处于被动形式，等待中断请求的到来。MCS-51的外部中断输入口，认为是外部设备中断请求的输入端。大大提高系统的工作效率大大提高系统的工作效率中断请求中断请求中断响应中断响应CPU接口接口O/I外设外设中断服务中断服务主主程程序序数数据据传传送送中断方式数据传送示意图中断方式数据传送示意图123、DMA方式方式DMA（Direct Memory Access）意为直接数据传送，它是在内存的不同区域

5、之间，或者在内存与外设端口之间直接进行数据传送，而不经过CPU中转的一种数据传送方式，可以大大提高信息的传送速度。DMA传送控制方式，解决了在内存的不同区域之间，或者内存与外设之间大量数据的快速传送问题，代价是需要增加专门的硬件控制电路，称为DMA控制器。138.2 MCS-51并行输入/输出口 8.2.1 P0口（口（80H）的结构和功能）的结构和功能P0口是一个三态双向I/O口，有两种功能，用于不同的工作环境。在不进行外部ROM、RAM等扩展时，作为通用的I/O口使用。在进行外部ROM、RAM等扩展时，采用分时复用的方式，通过地址锁存器后作为地址总线的低8位和8位数据总线。P0口的输出级具

6、有驱动8个LSTTL负载的能力。148.2.2 P2口（A0H）的结构和功能P2口是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是在不进行外部ROM、RAM等扩展时，作通用的I/O口使用，其功能和原理同P0口，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当进行外部ROM、RAM等扩展时，P2口作系统扩展的地址总线口使用，输出高8位的地址A15A8，与P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器（64KB）。158.2.3 P1口（90H）的结构和功能P1口也是一个准双向口，只作通用的I/O口使用，其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电

7、阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T止，然后才能读取数据。P1口能带34个TTL负载。168.2.4 P3口（B0H）的结构和功能P3口是一个多功能的准双向口。第一功能是作通用的I/O口使用，其功能和原理与P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时8条端口线所定义的功能各不相同。在应用中，第二功能应用较多。17P3引脚的第二功能引脚的第二功能P3口第二功能7 . 36 . 35 . 34 . 33 . 32 . 31 . 30 . 3PPPPPPPP口线口线RDWRTTINTINTRXDTXD1010第二功能第二功能读选通读选通外部外部写选通写选通外部外部计数输入

8、计数输入计数器计数器定时器定时器计数输入计数输入计数器计数器定时器定时器申请申请外部中断外部中断申请申请外部中断外部中断串行数据发送串行数据发送串行数据接收串行数据接收功能含义功能含义RAMRAM1/0/10188.3 并行I/O口的应用8.3.1 并行I/O口的应用说明1、 以字节为单位进行操作：以字节为单位进行操作：MOV P0， AMOV P0， #0FFHMOV A， P0MOV P1， AMOV P2， A2、以位为单位进行操作：、以位为单位进行操作：CLR P0.0SETB P0.1SETB P0.0MOV C，P0.0SETB P3.2198.3.2 【实训十七】多个灯的智能控制

9、实训目的实训目的1.学习单片机系统中并行I/O接口的使用方法。2.学会利用单片机并行口进行简单的输入及输出操作。实训内容实训内容利用单片机的P2口的P2.7及P2.6完成按键输入，采用上拉输入法，并利用P2.1及P2.0实现输出操作，并掌握上、下拉输入电路的设计方法。201.上拉输入电路 2.下拉输入电路 21373LS74ALE244LS741CE2CE数据输入数据输入外设外设27160PRD8031没有扩展RAM，当读外部RAM时，即选中244，进行数据输入8.4 并行并行I/O口的扩展口的扩展22CEAY32LS74373LS742764244CEAY32LS74244CEAY32LS7

10、4244CEAY32LS74244CEAY32LS74244RD0P7 . 2P6 . 2P5 . 2P4 . 2P3 . 2P8031ALE74LS32：或门：或门4085 4 . 20 . 2PP238.4.1 简单I/O口的扩展主要功能：主要功能：数据保持（锁存）377LS74GNDQ4D4D3Q3Q2D2D1Q1GCKQ5D5D6Q6Q7D7D8Q8Vcc8D1D：8位数据输入；8Q1D：8位数据输出；CK：时钟信号，上升沿数据锁存； ：使能信号G典型芯片：具有使能控制的8D锁存器2474LS377真值表真值表 001G0CK 01D00Q01QQGCKDQG25锁存器和缓冲器的特点及

11、使用锁存器和缓冲器的特点及使用组成锁存器单元电路：触发器（带时钟控制端触发器）组成缓冲器单元电路：门电路（三态传输电路）0D7D0Q7QCPDBUS0D7D0A7ACEDBUS锁存器缓冲器268.4.2 通用可编程并行接口8255A的结构简单I/O扩展：实现数据缓冲和数据锁存可编程I/O扩展：还具有状态寄存状态寄存和命令寄存命令寄存功能，通过软件编程方式，确定扩展芯片的工作方式。8255A芯片演示1、8255SA的内部结构的内部结构272、8255A的引脚信号 2019181716151413121110987655432121222324252627282930313233343536373

12、83940A825521032104567010123PBPBPBPCPCPCPCPCPCPCPCAAGNDCSRDPAPAPAPA34567765432107654PBPBPBPBPBVccDDDDDDDDRESETWRPAPAPAPA1）口电路）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。PC74，控制PA；PC30，控制PBPA 、 PC74称为A组；PB 、 PC30称为B组282）总线接口电路）总线接口电路数据总线缓冲器数据总线缓冲器：和单片机数据总线相连，8位双向三态缓冲器，所有数据（包括控制字、状态信息）通

13、过该缓冲器传送。控制逻辑控制逻辑： ：片选信号（低电平有效）； ：读信号（低电平有效）； ：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）CSRDWR3）控制逻辑电路：）控制逻辑电路：A组、B组逻辑控制298255A读读/写控制表写控制表10000000CS 1100100A1 1010010A0 1111000RD 0000111WR/CBACBA控制寄存器控制寄存器选中端口选中端口高阻抗高阻抗写控制字写控制字口口写写口口写写口口写写口口读读口口读读口口读读操作操作CBACBA30数据输入数据输入IBF：输入缓冲器满信号（输出），高电平有效。此信号有效，数

14、据已装入8255A锁存器。状态信号状态信号 ：选通脉冲（输入），低电平有效。STBINTR：中断请求信号（输出），高电平有效。当IBF为高电平， 信号由低变高，中断请求信号有效。STBSTBIBFINTR31数据输出数据输出 ：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。ACK ：输出缓冲器满信号（输出），低电平有效。状态信状态信息息。输出数据写入8255A锁存器后，信号有效。OBFINTR：中断请求信号（输出），高电平有效。ACKOBFINTR323、8255A的控制字工作方式控制字工作方式控制字11AA01 C口低半字节输入1 ，输出0B口：输入1 ，

15、：输出0方式选择0：方式0，1：方式1组组B2D1D0D7D6D5D4D3D方式选择00方式0，01方式1，1方式2C口高半字节输入1，输出0A口：输入1，输出0组组A设定工作方式标志，1有效33C口位置位口位置位/复位控制字复位控制字2D1D0D7D6D5D4D3D置位：1置1，0置00 1 2 3 4 5 6 70 1 0 1 0 1 0 1 B00 0 1 1 0 0 1 1 B10 0 0 0 1 1 1 1 B2置位标志：0有效任任意意348255A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；PC4PC7为输出；PC2PC0用于PB口方式1选通控制信号，

16、尚余PC3线为输入。假定8255A的地址为：5FFCH5FFFH 确定控制字确定控制字1控控制制字字设设置置组组A00100方式方式输入输入输出输出组组B1011方方式式输出输出 输入输入控制字控制字95H35初始化程序： MOV DPTR，#5FFFH ；8255A控制字地址 MOV A，#95H ； MOVX DPTR，A ；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 DPTR，#5FFFH ；8255A控制字地址 MOV A，#0BH ；00001011b MOVX DPTR，A ；方式控制字写入364、8255A的工作方式方式方式0：基本输入：基本输入/输

17、出方式输出方式两个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。方式方式1：选通输入：选通输入/输出方式输出方式PA、PB用于数据输入/输出，PC，数据传送联络信号方式方式2：双向数据传送方式：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。37PC口联络信号定义口联络信号定义01234567PCPCPCPCPCPCPCPCINTRBIBFBSTBBINTRASTBAIBFA输入输入INTRBOBFBACKBINTRAACKAOBFA输出

18、输出INTRASTBAIBFA输输入入INTRAACKAOBFA输出输出口口C1方方式式2方方式式388.4.3 MCS-51和8255A的接口方法398.4.4 【实训十八】8255A扩展的彩灯控制 实训目的实训目的1学习在单片机系统中扩展并行I/O接口的方法。 2学习使用地址锁存器解决51单片机地址/数据线复用问题。3学习8255A的初始化编程方法。实训内容实训内容以8255A作为8051单片机的扩展接口，设计通过8255A上的按键实现8255A上的彩色LED灯亮灭的控制系统，并通过KEIL工具进行软件设计，最后用PROTEUS完成系统调试。40引脚说明引脚说明AD0AD7：地址/数据线（

19、复用线）ALE下降沿触发锁存8位地址（ RAM单元地址）。ALE：地址锁存信号将8位地址锁存，同时锁存片选信号 和 信号。CEM/IO ：I/O与RAM选择信号0：对RAM进行读写；1：对I/O进行读写M/IO418.5 八段数码显示接口技术abcdefgdpabcdefgdpGNDGNDdpgfedcba8R 共阴极连接共阴极连接8.5.1 LED数码管工作原理及应用数码管工作原理及应用42十六进制数字型代码表十六进制数字型代码表876543210字型字型H80H8FH82H92H99H0BH4AH9FH0C共阳极代码共阳极代码FH7H07DH7DH6H66FH4BH5H06FH3共阴极代码

20、共阴极代码灭灭字型字型FEDCBA9FFHH84H86H1AH6CH83H88H90共阳极代码共阳极代码H00H71H79EH5H39CH7H77FH6共阳极代码共阳极代码43LED显示器接口显示器接口器器存存锁锁地地址址译译码码DBUS驱动器驱动器译码译码dpgfedcba硬件译码硬件译码器器动动驱驱dpgfedcba0PB7PB8255软件译码软件译码44LED静态接口电路静态接口电路MC14495：七段码显示器译码驱动器：七段码显示器译码驱动器abcdefgdpCS14495MCabcdefgdpCS14495MCabcdefgdpCS14495MC DBUS45LED动态接口电路动态接

21、口电路器器动动驱驱器器动动驱驱5C4C3C2C1C0C8155012345PCPCPCPCPCPC7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PA46一、实训目的一、实训目的1学习学习8段数码显示的基本原理及应用。段数码显示的基本原理及应用。2学会利用单片机并行口驱动一位数码显示的基本方法。学会利用单片机并行口驱动一位数码显示的基本方法。二、实训内容二、实训内容利用单片机的定时器中断对显示内容进行周期性加利用单片机的定时器中断对显示内容进行周期性加“1”操作，操作，并通过并通过P2口输出对应数字的字形码（即段码），使一位数码管口输出对应数字的字形码（即段码），使一位数码管的显示内容呈的显示内容

22、呈“09”的周期性变化。的周期性变化。8.5.2 【实训十九】八段数码管的显示控制【实训十九】八段数码管的显示控制 478.5.3 【实训二十】数码管动态显示的串行驱动一、实训目的一、实训目的1学习在单片机系统中并行学习在单片机系统中并行I/O接口的使用方法。接口的使用方法。2学习利用中断技术实现走时及汇编语言的编程方法。学习利用中断技术实现走时及汇编语言的编程方法。二、实训内容二、实训内容设计多位数码显示的电路连接方法，并通过汇编语言编写设计多位数码显示的电路连接方法，并通过汇编语言编写主程序及定时器初始化及中断程序，并通过主程序及定时器初始化及中断程序，并通过8位数码显示将位数码显示将计数

23、结果显示出来。计数结果显示出来。现设计一个用两个串行通信口线加上两根普通现设计一个用两个串行通信口线加上两根普通I/O口，设计口，设计一个一个4位位LED显示电路。显示电路。48三、预备知识：三、预备知识：串行口与并行口的转换用芯片串行口与并行口的转换用芯片74HC595符号引脚描述Q0Q715，17并行数据输出GND8地Q79串行数据输出MR10主复位（低电平）SHCP11移位寄存器时钟输入STCP12存储寄存器时钟输入OE13输出有效（低电平）DS14串行数据输入VCC16电源8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有三态特性，8位串行输入，8位串行或并行输出，存储状态寄存器。可以完成

24、串行到并行的数据转换。 498.6 键盘接口技术 编码键盘：编码键盘： 硬件方式产生编码硬件方式产生编码非编码键盘：非编码键盘：软件方式产生编码软件方式产生编码非编码键盘：结构简单、成本低廉键按行列构成矩阵，每一个交叉点对应一个键，实际是一个机械开关。非编码键盘的接口技术的主要内容是如何确定被按键的行列位置。键码的识别问题键码的识别问题501）测试有无键按下：检查输入端，是否有端口为低电平2）去抖动硬件方法：软件方法：采用延迟躲过抖动，待信号稳定后，再进行键扫描。延迟时间1020ms。3）确定按键物理位置，计算键码4）等待键释放通过时间延迟实现按键识别按键识别8.6.1 键盘接口技术及原理键盘

25、接口技术及原理 51按键识别：常用行扫描法按键识别：常用行扫描法111101111111011111111111011111111011V5 输出口输出口口口入入输输52键码编排键码编排H00H01H02H06H07H08H10H18FH0H17FH1EH0H16EH1H09AH0H11H12H19AH1键码计算公式：键码=行首键号+列号532、独立式按键及其接口、独立式按键及其接口 543、矩阵式键盘及其接口、矩阵式键盘及其接口01234567PAPAPAPAPAPAPAPA3PC2PC1PC0PCALERDWRM/IOCEALERDWRPP0 . 27 . 2803181550P07AD4

26、k1 . 5 V5 012345673031假设A口地址0101HC口地址0103H554、矩阵式键扫描子程序流程、矩阵式键扫描子程序流程键盘扫描程序一般包含延迟子程序延迟子程序和判断子程序判断子程序判断子程序（判断是否有键闭合判断是否有键闭合）KS1： MOV DPTR，#0101H；MOV A，#00H；MOVX DPTR，A；PA口送00HINCDPTR；INCDPTR；取得PC口地址MOV A，DPTR；读PC 口CPLA；无键按下，全0ANLA,#0FH；屏蔽A高半字节RET；KS1结果：有闭合键（结果：有闭合键（A）不为）不为0；无闭合键（；无闭合键（A）=056键键盘盘扫扫描描程

27、程序序有无按键？有无按键？N1KEYY去去抖抖动动，延延迟迟1LK有无按键？有无按键？NY2LK4LK2RB11111110)H004R（列号列号 口输出扫描值口输出扫描值PAAC口口读读A?0.ACC?0.ACC?0.ACC?0.ACC3210 ANYB确认送回确认送回计算键码计算键码B返回返回LKP4R14R 列列号号?1111,01112R Y1KEY循循环环左左移移一一位位2R4LKNNEXT57一、实训目的1学习在单片机系统中并行I/O接口的使用方法。2学习掌握矩阵式键盘键扫描的工作原理及编程方法。二、实训内容设计矩阵式键盘的电路连接方法，编写主程序及键扫描的子程序，并通过2位LED采用动态扫描的显示方式将所按键值以十进制形式显示出来。8.6.2 【实训二十一】矩阵式键盘的按键识别【实训二十一】矩阵式键盘的按键识别 58（1）LED及键盘接口演示（2）I/O应用实例