《片机的IO扩展》PPT课件.ppt
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1、第第8 8章章 单片机的单片机的I/OI/O扩展扩展本章内容n系统扩展的含义系统扩展的含义nI/OI/O口的扩展口的扩展n利用利用I/OI/O接口芯片:接口芯片:82C5182C51、81C5181C51的的I/OI/O口扩展口扩展8.1 单片机的系统扩展概述1.1.系统扩展的含义系统扩展的含义n在在单单片片机机芯芯片片外外加加相相应应的的芯芯片片、电电路路,使使得得有有关关功功能能得得以以扩扩充,称为系统扩展。充,称为系统扩展。n系系统统扩扩展展包包括括:外外部部存存储储器器扩扩展展,I/OI/O接接口口扩扩展展,总总线线扩扩展展等等2.2.系统扩展分类系统扩展分类n单一功能的扩展单一功能的
2、扩展n综合功能的扩展综合功能的扩展8.1 单片机I/O扩展概述4.4.扩展扩展I/OI/O接口电路的功能:接口电路的功能:n速度协调速度协调n输出数据锁存输出数据锁存n输入数据三态缓冲输入数据三态缓冲n数据转换数据转换3.3.为什么要扩展为什么要扩展I/OI/O口口n单片机本身接口功能有限单片机本身接口功能有限n单片机控制应用中的复杂接口要求单片机控制应用中的复杂接口要求n常用编址方法有:常用编址方法有:独立编址独立编址和和统一编址统一编址。nMCS51单单片片机机采采用用与与外外部部RAM统统一一编编址址方方法法,即即每每一一个个扩展的扩展的I/O口相当于一个扩展的口相当于一个扩展的RAM单
3、元;单元;n访问外部访问外部I/O口的指令同访问外部数据存储器指令。口的指令同访问外部数据存储器指令。5.5151单片机扩展单片机扩展I/OI/O接口编址方法接口编址方法例如:例如:MOVXMOVXDPTR,ADPTR,AMOVXMOVXA,DPTR A,DPTR MOVXMOVXRI,ARI,AMOVXMOVXA,RI A,RI ;其中,其中,DPTRDPTR、RIRI中装中装I/OI/O对应的地址对应的地址(1)无条件传送方式n无条件传送也称为同步程序传送。无条件传送也称为同步程序传送。n只有那些能一直为数据只有那些能一直为数据I/OI/O传送作好准备的设备,才能使用传送作好准备的设备,才
4、能使用无条件传送方式。因为在进行无条件传送方式。因为在进行I/OI/O操作时,不测试设备的状操作时,不测试设备的状态,可以根据需要随时进行数据传送操作。态,可以根据需要随时进行数据传送操作。n该方式适用于两类设备的数据输入输出:该方式适用于两类设备的数据输入输出:具有常驻的数据信号具有常驻的数据信号变化缓慢的数据信号的设备。变化缓慢的数据信号的设备。n 无条件传送接口逻辑示于图无条件传送接口逻辑示于图8-18-16.单片机单片机I/OI/O控制方式控制方式图图8-1 8-1 无条件传送的接口逻辑无条件传送的接口逻辑n在在I/O操操作作之之前前,要要先先检检浏浏设设备备的的状状态态,以以了了解解
5、设设备备是是否否已已为为数数据据I/O作好了准备;作好了准备;n只只有有在在确确认认设设备备已已“准准备备好好”的的情情况况下下,单单片片机机才才能能执执行行数数据据I/O操操作。操作流程见图作。操作流程见图8-2n为为了了实实现现查查询询方方式式的的数数据据传传送送,需需要要由由接接口口电电路路提提供供设设备备状状态态,并并以以软软件件方方法法进进行行状状态态测测试试。这这是是一一种种软硬件方法结合的数据传送方式。软硬件方法结合的数据传送方式。n程程序序查查询询方方式式,电电路路简简单单,查查询询软软件也不复杂,而且通用性强。件也不复杂,而且通用性强。(2 2)查询方式(有条件传送方式)查询
6、方式(有条件传送方式)图图8-2 8-2 查询传送流程查询传送流程n中断方式又称程序中断方式、它与查询方式的主要区别在于中断方式又称程序中断方式、它与查询方式的主要区别在于知何知道设备是否为数据传送作好了准备,查询方式是单片知何知道设备是否为数据传送作好了准备,查询方式是单片机的主动形式,而中断方式则是单片机等待通知(中断请求)机的主动形式,而中断方式则是单片机等待通知(中断请求)的被动形式。的被动形式。n采用中断方式进行数据传送时,当设备为数据传送作好准备采用中断方式进行数据传送时,当设备为数据传送作好准备之后,就向单片机发出中断请求;之后,就向单片机发出中断请求;n单片机接收到中断请求之后
7、,即作出响应,暂停正在执行的单片机接收到中断请求之后,即作出响应,暂停正在执行的原程序,而转去为设备的数据输入输出服务原程序,而转去为设备的数据输入输出服务n待服务完成之后,程序返回,单片机再继续执行被中断的原待服务完成之后,程序返回,单片机再继续执行被中断的原程序。中断传送逻辑见图程序。中断传送逻辑见图8-38-3。(3 3)中断方式)中断方式图图8-3 8-3 中断方式数据传送逻辑中断方式数据传送逻辑7.I/OI/O扩展的分类扩展的分类n利用锁存器、缓冲器进行并行口简单扩展利用锁存器、缓冲器进行并行口简单扩展n用可编程并行接口芯片进行扩展用可编程并行接口芯片进行扩展I/OI/O接口扩展常用
8、芯片接口扩展常用芯片n5151单片机常用单片机常用I/OI/O扩展芯片示于表扩展芯片示于表8-18-1。表表8-1 MCS-518-1 MCS-51单片机单片机I/OI/O扩展常用芯片扩展常用芯片8.2 简单I/O口扩展8.2.1 简单接口常用锁存器、缓冲器芯片nI/OI/O口的简单扩展口的简单扩展p输出口输出口-利用锁存器扩展利用锁存器扩展p输入口输入口-利用缓冲器扩展利用缓冲器扩展n74LS37774LS377、74LS27374LS273、74LS24474LS244、74LS24574LS2451.8位数据/地址锁存器74LS273/373(1)74LS273n74LS27374LS2
9、73是一种带清除功能的是一种带清除功能的8D8D触发器触发器n其内部结构如图其内部结构如图8-48-4所示所示n引脚分布如图引脚分布如图8-58-5所示所示n真值表见表真值表见表8-28-2所示所示1D1D8D8D为数据输入端为数据输入端1Q1Q8Q8Q为数据输出端,正脉冲触发,低电平清除,常用作为数据输出端,正脉冲触发,低电平清除,常用作8 8位地址锁存器位地址锁存器。表表8-2 74LS2738-2 74LS273真值表真值表图图8.4 74LS2738.4 74LS273内部结构图内部结构图图图8-5 74LS2738-5 74LS273封装图封装图 (2 2)74LS37374LS37
10、3n74LS373是一种带有三态输出门的是一种带有三态输出门的8D触发器触发器n其内部结构如图其内部结构如图8-6所示所示n引脚分布如图引脚分布如图8-7所示所示数据输入由允许端数据输入由允许端G G控制控制数据输出由数据输出控制端控制数据输出由数据输出控制端控制各触发器仅输出单一状态各触发器仅输出单一状态D1D1D8D8为数据输入端为数据输入端Q1Q1Q8Q8为数据输出端为数据输出端n触发器的功能如表触发器的功能如表8-3所示所示n常用作数据常用作数据/地址锁存器地址锁存器图图8-6 74LS3738-6 74LS373内部结构图内部结构图表表8-3 74LS3738-3 74LS373真值
11、表真值表图图8-7 74LS3738-7 74LS373引脚功能图引脚功能图(3 3)74LS24474LS244n74LS24474LS244是是三三态态八八缓缓冲冲器器/线线驱驱动动器器/线线接接收收器器(3S(3S,两两组组控控制制)n内部结构逻辑图(见图内部结构逻辑图(见图8-88-8):图图8-8 74LS2448-8 74LS244引脚功能图引脚功能图(3 3)74LS24474LS244(续)(续)n引出端符号引出端符号:1A11A41A11A4,2A12A42A12A4:输入端输入端1G#,2G#1G#,2G#:三态允许端三态允许端(低电平有效低电平有效)1Y11Y41Y11Y
12、4,2Y12Y42Y12Y4:输出端输出端n真值表真值表:(见表(见表8-48-4)表表8-4 74LS2448-4 74LS244真值表真值表(4 4)74LS24574LS245n74LS245:874LS245:8位双向位双向3 3态缓冲电路,主要用在数据的双向缓冲态缓冲电路,主要用在数据的双向缓冲n内部结构逻辑见图内部结构逻辑见图8-98-9图图8-9 74LS2458-9 74LS245引脚功能图引脚功能图(4 4)74LS24574LS245(续)(续)n74LS24574LS245的真值表见表的真值表见表8-58-5表表8-5 74LS2458-5 74LS245真值表真值表8.
13、2.2 简单I/O口扩展1.简单输入口扩展图图8-10 74LS2448-10 74LS244扩展输入接口电路扩展输入接口电路2.简单输出口扩展图图8-11 74LS3778-11 74LS377扩展输出接口电路扩展输出接口电路3.简单并行口扩展应用举例 图图8-12 74LS8-12 74LS系列扩展输入系列扩展输入/输出接口电路输出接口电路n【例例8-18-1】如如图图8-128-12所所示示为为一一个个利利用用74LS24474LS244和和74LS27374LS273芯芯片片,将将P0P0口扩展成简单的输入口扩展成简单的输入/输出口的电路。输出口的电路。74LS24474LS244和和
14、74LS27374LS273的工作受的工作受AT89S51AT89S51的的、RD#RD#、WR#WR#3 3条控制线控制。条控制线控制。74LS24474LS244作为扩展输入口,作为扩展输入口,8 8个输入端分别接个输入端分别接8 8个按钮开关。个按钮开关。74LS27374LS273是是8D8D锁锁存存器器扩扩展展输输出出口口,接接8 8个个LEDLED发发光光二二极极管管,以以显显示示8 8个个按按钮钮开开关状态。关状态。当当某某条条输输入入口口线线的的按按钮钮开开关关按按下下时时,该该输输入入口口线线为为低低电电平平,读读入入单单片片机机后后,其其相相应应位位为为“0”0”,然然后后
15、再再将将口口线线的的状状态态经经74LS27374LS273输输出出,某某位位低低电电平平时时二二极管发光,从而显示出按下的按钮开关的位置。极管发光,从而显示出按下的按钮开关的位置。3.简单并行口扩展应用举例 n该电路的工作原理如下该电路的工作原理如下当当P2.0=0P2.0=0,RD#=0RD#=0(WR#=1WR#=1)时时,选选中中74LS24474LS244芯芯片片,此此时时若若无无按按钮钮开开关关按按下下,输输入入全全为为高高电电平平。当当某某开开关关按按下下时时则则对对应应位位输输入入为为“0 0”,74LS24474LS244的的输输入入端不全为端不全为“1 1”,其输入状态通过
16、,其输入状态通过P0P0口数据线被读入口数据线被读入AT89S51AT89S51片内。片内。当当P2.0=0P2.0=0,WR#=0WR#=0(RD#=RD#=1 1)时时,选选中中74LS27374LS273芯芯片片,CPUCPU通通过过P0P0口口输输出出数数据据锁存到锁存到74LS27374LS273,74LS27374LS273的输出端低电平位对应的的输出端低电平位对应的LEDLED发光二极管点亮。发光二极管点亮。总总之之,在在图图8-128-12中中只只要要保保证证为为“0”0”,其其他他地地址址位位或或“0”0”或或“1”1”即即可可。如如地址用地址用FEFFHFEFFH(无效位全
17、为(无效位全为“1”1”),或用),或用0000H0000H(无效位全为(无效位全为“0”0”)都可。)都可。【例8-1】分析输入程序段:输入程序段:MOV MOV DPTRDPTR,#0FEFFH#0FEFFH;I/OI/O地址地址DPTRDPTRMOVX MOVX A A,DPTR DPTR;RD#RD#为低,为低,74LS24474LS244数据被读入数据被读入A A中中输出程序段:输出程序段:MOV MOV A A,#data#data;数据;数据#dataA#dataAMOV MOV DPTRDPTR,#0FEFFH#0FEFFH;I/OI/O地址地址#0FEFFHDPTR#0FEF
18、FHDPTRMOVXMOVXDPTRDPTR,A A;WR#WR#为低,数据经为低,数据经74LS27374LS273口输出口输出【例8-1】输入、输出程序程序如下:程序如下:DDISDDIS:MOV MOV DPTRDPTR,#0FEFFH#0FEFFH;输入口地址;输入口地址DPTRDPTRLPLP:MOVX MOVX A A,DPTRDPTR;按钮开关状态读入;按钮开关状态读入A A中中 MOVX MOVX DPTRDPTR,A A;A A中数据送显示输出口中数据送显示输出口 SJMP LP SJMP LP ;反复连续执行;反复连续执行由程序可看出,对于扩展接口的输入由程序可看出,对于扩
19、展接口的输入/输出就像从外部输出就像从外部RAMRAM读读/写数据一样方写数据一样方便。图便。图8-128-12仅仅扩展了两片,如果仍不够用,还可扩展多片仅仅扩展了两片,如果仍不够用,还可扩展多片74LS24474LS244、74LS27374LS273之类的芯片。但作为输入口时,一定要求有三态功能,否则将影响之类的芯片。但作为输入口时,一定要求有三态功能,否则将影响总线的正常工作。总线的正常工作。【例8-1】程序编写程序把按钮开关状态通过图8-12的发光二极管显示出来。8.3 用51单片机的串行口扩展并行口n串串口口的的方方式式0 0用用于于I/OI/O扩扩展展。方方式式0 0为为同同步步移
20、移位位寄寄存存器器工工作作方方式式,波波特特率率为为f foscosc/12/12。数数据据由由RXDRXD端端()输输入入,同同步步移移位位时时钟由钟由TXDTXD端()端()输出。输出。1.用74LS165扩展并行输入口n如图如图8-138-13,用,用5151单片机的串口单片机的串口扩展两个扩展两个8 8位并行输入口。位并行输入口。74LS16574LS165是是8 8位位并并行行输输入入串串行行输输出出的的寄寄存存器器。当当74LS16574LS165的的S/L#S/L#端端由由高高到到低低跳变,并行输入端的数据被置入寄存器;跳变,并行输入端的数据被置入寄存器;当当S/L#=1S/L#
21、=1,且且时时钟钟禁禁止止端端(1515脚脚)为为低低时时,允允许许TXDTXD()移移位位时时钟钟输输入入,在该脉冲作用下,数据由右向左方向移动。在该脉冲作用下,数据由右向左方向移动。1.用74LS165扩展并行输入口TXDTXD与所有与所有74LS16574LS165的的CPCP相连;相连;RXDRXD与与74LS16574LS165的串行输出端的串行输出端QHQH相连;相连;与与 S/L#S/L#相连,控制相连,控制74LS16574LS165的串行移位或并行输入;的串行移位或并行输入;1515脚接地,允许时钟输入。脚接地,允许时钟输入。当扩展多个当扩展多个8 8位输入口时,相邻两芯片的
22、首尾(位输入口时,相邻两芯片的首尾(Q QH H与与SINSIN)相连。)相连。图图8-13 8-13 利用利用74LS16574LS165扩展扩展1616位并行输入口位并行输入口【例例例例8-28-28-28-2】从从从从16161616位位位位扩扩扩扩展展展展口口口口读读读读入入入入5 5 5 5组组组组数数数数据据据据(每每每每组组组组2B2B2B2B),把把把把它它它它们们们们转转转转存存存存到到到到内部内部内部内部RAM 20HRAM 20HRAM 20HRAM 20H开始的单元。编程如下:开始的单元。编程如下:开始的单元。编程如下:开始的单元。编程如下:MOVMOVR7R7,#05
23、H#05H;设置读入组数;设置读入组数 MOVMOVR0R0,#20H#20H;设置内部;设置内部RAMRAM数据区首址数据区首址STARTSTART:CLRCLRP1.0P1.0;并行置入数据,;并行置入数据,S/L#=0S/L#=0SETBSETBP1.0P1.0;允许串行移位,;允许串行移位,S/L#=1S/L#=1MOVMOVR2R2,#02H#02H;设每组字节数,即;设每组字节数,即74LS16574LS165的个数的个数RXDATARXDATA:MOVMOVSCONSCON,#00010000H#00010000H;设置串口方式;设置串口方式0 0,允许,允许;接收,启动接收过程
24、;接收,启动接收过程WAITWAIT:JNBJNBRIRI,WAITWAIT;未接收完一帧,循环等待;未接收完一帧,循环等待 CLRCLRRIRI;RIRI标志清标志清“0”0”,准备下次接收,准备下次接收 MOVMOVA A,SBUFSBUF;读入数据;读入数据 MOVMOVR0R0,A A;送至;送至RAMRAM缓冲区缓冲区 INCINCR0R0;指向下一个地址;指向下一个地址 DJNZDJNZR2R2,RXDATARXDATA;未读完一组数据,;未读完一组数据,继续继续 DJNZDJNZR7R7,STARTSTART;5 5组数据未读完重新并行置入组数据未读完重新并行置入 ;对数据进行处
25、理;对数据进行处理串行接收过程采用查询等待的方式,如必要,可改中断方式。串行接收过程采用查询等待的方式,如必要,可改中断方式。2.用74LS164扩展并行输出口n图图8-148-14为为5151单单片片机机的的串串口口外外接接两两片片74LS16474LS164(8 8位位串串入入并并出出移位寄存器)扩展两个移位寄存器)扩展两个8 8位并行输出口的接口电路。位并行输出口的接口电路。图图8-14 8-14 利用利用74LS16474LS164扩展扩展1616位并行输出口位并行输出口当当串串口口工工作作在在方方式式0 0的的发发送送,串串行行数数据据由由(RXDRXD)送送出出,移移位位时时钟钟由
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