单片机IO口扩展.pptx

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1、 89C51 89C51单片机最小系统单片机最小系统一、8951硬件最小系统对于片内有ROM型单片机，其自身可以构成最小系统该系统的资源如下：4KBROM，256BRAM；五源中断系统；两个十六位加一定时/计数器；一个全双工串行UART；四个并行I/O口。第1页/共78页三总线的概念三总线的概念:地址总线AB，P0口提供（A7A0）；P2口提供（A15A8），共16位。数据总线DB，P0口提供（D7D0），共8位。控制总线CB，ALE、等。第2页/共78页复习：复习：存储器的扩展存储器的扩展一、三总线的连接 1、数据线的连接P0口的八位线承担此任，此时不用外接上拉电阻。2、地址线的连接P0口承

2、担地址低八位线，A0A7；P2口承担地址高八位线。A8A15。注意：P0口线地址/数据分时复用，需用地址锁存器74LS373锁存地址。第3页/共78页3、控制线的连接对存储器来讲控制线无非是：芯片的选通控制、读写控制。单片机与外部器件数据交换要遵循两个重要原则：一是，地址唯一性，一个单元一个地址。二是，同一时刻，CPU只能访问一个地址，即只能与一个单元交换数据。不交换时，外部器件处于锁闭状态，对总线呈浮空状态。第4页/共78页读/写：CPU向外部设备发出的读/写控制命令。EPROM：/OE/PSENSRAM：/WE/WR/OE/RD选通：CPU与器件交换数据或信息，需先发出选通信号/CE或/C

3、S，以便选中芯片。第5页/共78页二、存储器地址编码二、存储器地址编码SRAM6116：“16”2K8b=2KB21210=211即6116有11根地址线。地址空间：A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最低地址：000000000000000H最高地址：111111111107FFHMCS-51单片机寻址范围：64KB26210=216即16位地址线地址空间：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A0单片机A10A9A8A7A0611625=322KB第6页/共78页上式中：“”表示0或1。即单片机地址空间中包含有32个2KB。某片6116占据的是哪2KB不能确定地址浮动。

4、只有限定A15A11的取值才能确定6116在系统中的地址范围。如，P2.6=0，选中6116的/CS线。设P2.7P2.5P2.4P2.3假定全为1则:6116地址范围是B800HBFFFH。同理，P27P25P24P23假定全为0则：6116地址范围是0000H07FFH；再设P27选中6116（设P26P25P24P23全为1）则：地址范围是7800H7FFFH第7页/共78页23=88KB可见：存储器芯片在系统中地址分布由两个因素决定：一是，芯片本身的地址线（与容量有关）二是，芯片选通信号的获得方式。扩展存储器时，总是让单片机低位地址与存储器芯片地址线相接；而让单片机剩余的高位地址线（在

5、P2口）常作为片选信号线。这种方法对SRAM、EPROM、扩展I/O芯片、外设同样适用。P25=0时，选中2764；“64”8K8b=23210=213A15A14A13A12A11A0第8页/共78页8-3 8-3 并口的扩展方法并口的扩展方法并口扩展常用三种方法：1、利用TTL、CMOS集成电路来扩展2、利用单片机串口扩展3、利用可编程并行接口芯片来扩展第9页/共78页一、利用一、利用TTLTTL、CMOSCMOS集成电路来扩展集成电路来扩展1、用锁存器扩展简单的8位输出口8951P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0/WR74LS377/ED7Q7D6Q

6、6D5Q5D4Q4D3Q3D2Q2D1Q1D0Q0/CP输出设备D7D6D5D4D3D2D1D0第10页/共78页74LS377为8D锁存器，八入八出，一时钟CP，一锁存允许/E。/E=0时，CP的上升沿，输入数据并锁存。MOVDPTR，#7FFFH；指向74LS377MOVA，#data；取输出的数据MOVXDPTR，A；通过74LS377送出数据P2.7接/E，所以，74LS377的口地址为7FFFH。P0口是数据总线口，作I/O口用时只能分时使用，为此，输出数据时需要锁存。第11页/共78页2、用锁存器扩展简单的八位输入口外设与单片机在传输数据速度上存在着一定的差异，为了保证数据能被单片

7、机正确地接收，应采取以下电路：输入设备STBIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN08951P2.6P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.074LS373GQ7D7Q6D6Q5D5Q4D4Q3D3Q2D2Q1D1Q0D0第12页/共78页在STB的下降沿,将数据锁存入74LS373/E控制着74LS373的输出,由P2.6和/RD相或控制,所以,74LS373的口地址为BFFFH。例、设将上图74LS373中数据送入8951片内数据存储器中首地址为50H的数据区。写出相应中断系统初始化及中断服务程序。中断系统初始化程序：PINT：SETBIT0；/INT0选为下

8、降沿触发方式SETBEA；CPU开中断MOVR0，#50H；置数据区首址SETBEX0；/INT0中断允许第13页/共78页中断服务程序：ORG0003HPINT0：AJMPINT0ORG1000HINT0：MOVDPTR，#0BFFFH；指向74LS373扩展输入口MOVXA，DPTR;8031读入数据MOVR0,A;输入数据送数据区INCR0RETI第14页/共78页3、用三态门扩展8位输入并行口74LS244是8位三态门，当/1G、/2G均为低电平时，允许输入数据；否则，为高阻态。输入设备IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN08951P2.6P0.7P0.6P0.5P0.4P0

9、.3P0.2P0.1P0.074LS2441Y11A11Y21A21Y31A31Y41A42Y12A12Y22A22Y32A32Y42A4第15页/共78页二、用串行口扩展并行I/O接口如果串口别无他用，则可让其工作于方式0，来扩展一个或多个8位并行I/O口1、用74LS165扩展并行I/O口8951P3.0P3.1P1.0HGFEDCBAQHSIN/QH74LS165（1）S/LMCPHGFEDCBAQHSIN/QH74LS165（2）S/LMCPD0.D7D0.D7第16页/共78页74LS165是8位并入、串出移位寄存器。其中，CP为移位脉冲输入端；S/L为移位/装入端，以P1.0控制。

10、两片74LS165的首尾相连，即QH与SIN相连。例、从上图两个八位并行口读入20H组（每组两个字节）字节数据，并把它们转存到内部RAM（首址为30H）的数据区中。解：以PSW中的用F0位来标志接收一组数中的前8位与后8位，74LS165（1）并行口输入数据时，置F0为1；74LS165（2）并行口输入数据时，置F0为0；P1.0高、低变化一次，就控制并行数据装入一次，即串行口应接收到2个8位数据（一组）。串口工作在方式0，波特率为fosc/12=1Mb/s。第17页/共78页MOVR7，#20H；读入字节数组MOVR0，#30H；内部RAM数据区首址SETBF0；假定74LS165（1）先读

11、入RCV0：CLRP1.0；165装入数据SETBP1.0；允许165串行移位RCV1:MOVSCON，#00010000B；串行口设定STP：JNBRI，STP；等待接收完一个八位数CLRRI不胜数；清RI标志，以备下次接收MOVA，SBUF；串口接收数据第18页/共78页8951P3.0P3.1P1.0ABCDEFGHAB74LS164（1）/CRCPABCDEFGHAB74LS164（2）/CRCPD7.D0D7.D02、用74LS164扩展并行输出口74LS164是8位串入、并出移位寄存器，其中，CP为移位脉冲输入端；/CR为清除端。第19页/共78页上图接法中，由于移位寄存器无并行输

12、出控制，在串行输入过程中，其输出状态会不断变化，故在某些使用场合下，在74LS164的输出端应加接输出三态门控制，以便保证串行输入结束后再输出并行数据。第20页/共78页小结：为什么要扩展并行I/O口？扩展并行I/O口常用的三种方法是什么？用串口扩展时，串口应工作在方式几？第21页/共78页8-4 8-4 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片8255A8255A一、8255A的结构和操作方式1、8255A的组成及引脚引脚图：第22页/共78页组成:第23页/共78页P2.7P089518951ALE/RD/WRRST/EA74LS37374LS3731D8D2Q1QG/OC/CS8255A82

13、55APA0PA7A1A0PC7PC0D0D7/RD/WRRESET微型打印机微型打印机DB0DB7BUSY/STB8 888 8第24页/共78页分三部分：总线接口部分；内部逻辑部分；外设接口部分（1）总线接口部分/CS片选线A1、A0端口选择线（选片内四个端口寄存器）输入/RD读信号线/WR写信号线（2）内部逻辑部分PAPC7PC4A组控制电路控制8255A工作方式PB二者合一成为端口控制寄存器。PC3PC0B组控制电路第25页/共78页（3）外设接口部分可由编程决定三个端口的功能输入输出其它A口8位锁存/缓冲8位锁存双向B口8位锁存/缓冲8位缓冲C口8位锁存/缓冲8位缓冲可分成两组分别作

14、A 口、B口的选通联络线第26页/共78页2、8255A的端口操作的端口操作 A1 A0 选中选中0 0 PA口口0 1 PB口口1 0 PC口口1 1 控制控制 寄存寄存 器器 第27页/共78页二、8255A的工作方式及方式选择1、8255A的工作方式（1）方式0基本输入/输出方式A口、B口、C口均有此方式，无选通，是单片机与外部设备之间的直接数据通道。（2）方式1选通输入/输出方式仅PA口、PB口有此方式，PC口中若干位作联络信号线，第28页/共78页第29页/共78页各联络信号线的意义各联络信号线的意义：/STB输入选通信号，外设发来。IBF输入缓冲器满信号，发给外设（通知外设数据未被

15、取走，暂不能接收新数据）INTR中断请求信号，外部设备发给单片机INTE中断允许信号/OBF输出缓冲器满信号，发给外设（单片机将数据已送到指定口，外部设备可以取走）/ACK外设响应信号，由外部设备发来（数据已送到外部 设备）第30页/共78页（3）方式3双向方式仅PA口有此方式。PC3PC7作联络线此时，PB口可以是方式0；也可以是方式1（PC0PC1作联络线）。2、8255A的方式控制字用编程方法向8255A的控制口写控制字，可决定它的工作方式。有两个控制字：（1）方式选择控制字 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0第31页/共78页“1 1”方式控制标志位方式控制标志位D6、D5决

16、定A组的工作方式，00方式001方式11方式2D4A口的传输方向，1入，0出。D3PC7PC4的传输方向，1入，0出。D2决定B组的工作方式，0方式0，1方式1。D1B口的传输方向，1入，0出。D0PC3PC0传输方向，1入，0出。第32页/共78页（2 2）PCPC口置位口置位/复位控制字复位控制字 0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0“0”标志位。D6、D5不使用位。D3、D2、D1位选择位，000111分别对应PC7PC0。D0位状态位，1置位，0复位。第33页/共78页三、三、89518951和和8255A8255A的连接及应用的连接及应用单片机8255AA0A0A1A1A15

17、A2中任一线/CSP0D7D0/RD/RD/WR/WRRSTRESET第34页/共78页上图中，地址线连接采用线选法。8255A的地址分布：A15A14A13A8A7A1A000000000000H010001H100002H110003H或01111007FFCHPA017FFDHPB107FFEHPC117FFFH控制第35页/共78页例、设单片机8851与微型打印机之间的数据传送采用查询方式。要求将存放在8951单片机内RAM中以30H为首地址的64个连续单元中的内容打印输出，试编程。P2.7P089518951ALE/RD/WRRST/EA74LS37374LS3731D8D2Q1QG

18、/OC/CS8255A8255APA0PA7A1A0PC7PC0D0D7/RD/WRRESET微型打印机微型打印机DB0DB7BUSY/STB8 888 8第36页/共78页解：因为PC0连接BUSY，所以，PC3PC0为输入又因PC7连接/DATASTROBE，所以PC7PC4为输出，STROBE表示重复的意思。/DATASTROBE数据选通信号。作用是通知打印机，8255A要给它传数。PA口输出，PB口未用。故8255A的控制字可设为：10000001B=81H第37页/共78页PA口地址：7FFCHPB口地址：7FFDHPC口地址：7FFEH控制口：7FFFHORG 1000HPRINT

19、：MOVDPTR，#7FFFH；控制口地址MOVA，#81H；控制字MOVXDPTR，A；写入控制字MOVR1，#30H；数据指针MOVR2，#40H；64个数第38页/共78页NEXT：MOVDPTR，#7FFEH；PC口地址MOVA，#80H；使PC7为高电平MOVXDPTR，A；输出/DATASTROBE为；高电平；无效，不准备送数WAIT：MOVXA，DPTR；查询打印机状态JBACC.0,WAIT；若PC0即BUSY=1忙，则等待MOVDPTR,#7FFCH；若BUSY=0空闲，则指向PA口MOVA,R1；输出数据MOVXDPTR,AMOVDPTR,#7FFEH库；指向PC口MOVA

20、,#00H；8255A输出/DATASTROBE信号；通知打印机，给它传数。第39页/共78页MOVXDPTR,AACALLPDELAY；调延时子程序，以形成一个宽度；定时值的负脉冲为INCR1DJNZR2,NEXT；判断打印输出完成否？SJMP$PDELAY：（延时程序略）END第40页/共78页小结：1、8255A有几个并行I/O口？几种工作方式？2、工作方式控制字、置位/复位控制字是如何定义的？第41页/共78页8-5 8-5 可编程并行接口芯片可编程并行接口芯片81558155 包括：256B静态RAM；2个8位和1个6位可编程并行I/O口；1个14位定时器（减1计数）；1个8位地址锁

21、存器；一些控制逻辑电路等。第42页/共78页一、引脚一、引脚AD0AD7地址/数据线。传送地址、数据、命令、状态等。ALE地址锁存（输入）IO/MIO口/RAM选择；0：选内RAM；1：选内IO口/CE片选线/RD、/WR读、写控制PA7PA0A口输入/输出线PB7PB0B口输入/输出线PC5PC0C口输入/输出线TIMERIN定时器输入（输入定时器所需时钟）TIMEROUT定时器输出（输出所产生的方波脉冲）第43页/共78页二、二、81558155的的RAMRAM和和I/OI/O口地址编码口地址编码包括：内RAM256B对应256个地址命令/状态寄存器地址1个地址PA口地址1个地址由AD7A

22、D0及PB口地址1个地址IO/M决定。PC口地址1个地址定时器低8位地址1个地址定时器高8位地址1个地址第44页/共78页三、三、81558155的工作方式与基本操作的工作方式与基本操作有三种基本操作：1、作单片机片外256B数据存储器IO/M=0，与其它数据存储器统一编址。用MOVX访问。2、作扩展I/O口使用IO/M=1，PA口、PB口、PC口，可通过编程决定如何使用。命令寄存器（命令控制字）I/O口工作方式状态标志寄存器PA口、PB口状态标志。第45页/共78页I/O口工作方式有四种：A口、B口基本I/O口，C口输入；A口、B口基本I/O口，C口输出；A口选通I/O、B口基本I/O、C口

23、作联络线；A口、B口选通I/O、C口作联络线。状态标志寄存器：BF缓冲器满标志；INTR端口中断请求标志；INTE端口中断允许标志；TIMER定时器中断请求。命令寄存器，只写不读状态标志寄存器，只读不写二者使用同一地址第46页/共78页3、作定时器扩展使用可以通过编程决定输出4种信号，即有四种工作台方式单方波；连续方波；单脉冲；连续脉冲。由两个8位寄存器，决定14位定时器计数常数及四种工作方式。由命令寄存器的最高两位对定时器进行四种控制。第47页/共78页四、单片机与四、单片机与81558155的接口及操作软件的接口及操作软件如图连线后地址分布是：内RAM地址7E00H7EFFHI/O口地址：

24、命令状态口7F00HPA口7F01HPB口7F02HPC口7F03H定时器低8位7F04H定时器高8位7F05H第48页/共78页操作软件：MOVDPTR，#RAM或I/O口地址MOVA，#欲写内容或命令字MOVDPTR，A第49页/共78页8-6 8-6 常用通道配置及接口基础常用通道配置及接口基础一、按键、键盘及其接口1、按键操作存在的问题键抖动图硬件消除抖动，RS触发器构成单稳电路软件去抖延时10ms左右。第50页/共78页2、按键分类（1）独立式按键单片机一条I/O口线对应一个按键。（2）键盘一般指矩阵式键盘。若干I/O口线作行线；若干I/O口线作列线，在每个行列交点设置按键组成。第5

25、1页/共78页3、按键监测方法（1）监测有无键按下（中断方式或查询方式）（2）按键的识别（哪一个键被按下）扫描法有键按下时，读入行或列值，则为0值的行列交点的键便是。线反转法院第一步，行线输出全0，列线输入；第二步，列线输出全0，行线输入；输入的行值、列值均为0的相应键便是。第52页/共78页二、七段二、七段LEDLED显示器及接口显示器及接口1、字形码表的产生，2、显示方式1）静态显示2）动态显示（利用人眼的视觉暂留效应）3、接口方法1）与单片机直接相接：取字形码表中的码值来显示。2）通过硬件七段译码器相接：单片机利用口线输出十六进制数来显示。第53页/共78页小结：8155有哪些功能？有几

26、个并行I/O口？如何去除按键抖动？按键查询有几种方法？第54页/共78页8-7 D/A8-7 D/A转换转换一、D/A转换的作用图第55页/共78页二、D/A转换的重要指标分辨率的定义：最小输出电压与最大输出电压所对应的数字量之比。如10位D/A转换器：分辨率=1/（2101）=1/1023=0.001反映了D/A转换的灵敏度。三、D/A转换器DAC083008328位分辨率具有两个输入数据寄存器（8位）；可单缓冲、双缓冲或直接输入，实现多通道D/A同步转换输出。须外接参考电压源 为电流输出型D/A转换器第56页/共78页1、DAC0832内部结构有20个引脚。2、与8951单片机接口及操作软

27、件（1）单缓冲方式第57页/共78页有20个引脚。DI0DI7数据输入线ILE数据允许锁存/CS输入寄存器选择/WR1输入寄存器的写选通/WR2DAC寄存器的写选通/XREF数据传送信号Vref基准电源输入Rfb反信号输入（内有反馈电阻）Iout1、Iout2电流输出Vcc、AGND、DGND电源、地第58页/共78页完成一次D/A转换：MOVDPTR，#7FFFH；DAC0832口地址MOVA，#DATA；欲转换的数字量MOVXDPTR,A；转换（2）双缓冲器同步方式图中：P2.5选中DAC0832(1)P2.6选中DAC0832(2)输入锁存器P2.7控制两芯片/XREF同步转换第59页/

28、共78页3、应用例、利用单片机及DAC0832产生阶梯波，DAC0832采用单缓冲方式，定时1ms，增幅10，10ms一循环。解：START：MOVA，#00HMOVDPTR，#7FFFH；转换器地址MOVR1，#0AH；10个台阶（10ms）（图）第60页/共78页LOOP：MOVXDPTR，A；送欲转换数字量CALLDL1；延时1msDJNZR1，NEXT；10个台阶未完继续增幅SJMPSTARTNEXT：ADDA，#10JMPLOOPDL1：MOV20H，#249DLL：NOPNOPDJNZ20H，DLLRET 如此，还可产生锯齿波，三角波等。第61页/共78页8-8 A/D8-8 A/

29、D转换转换一、常用A/D转换器的转换原理1、逐次逼近式2、双积分式第62页/共78页分辨率的定义：输出数字量变化一个相邻数码所需要输入模拟电压的变化量。用公式表示为：满刻度电压/2n（n为位数）二、ADC0808/08098路8位A/D转换器采用逐次逼近式A/D转换原理（时钟：101280KHz）模拟输入有8个通道（任一通道模拟都可以转换为一个8位数字量输出）第63页/共78页1、ADC0809内部结构及引脚第64页/共78页图中SAR是逐次逼近寄存器；引脚（有28条）：IN0IN78路模拟量输入通道的输入口；2-12-88位数字量输出口；START启动输入口启动转换ALE通道地址锁存EOC转

30、换结束输出信号OE输出允许CLK时钟端ADDA、ADDB、ADDC8路模拟开关的3位地址选择端REF（+）、REF（-）参电压输入端Vcc、GND电源、地。第65页/共78页2、ADC0809与8951单片机接口设计有查询方式、中断方式、等待延时方式。片内无时钟，由单片机的ALE（fosc/6）经二分频后接入。若fosc=6MHz，则接入时钟为500KHz，满足：101280KHz的要求。第66页/共78页P2.7（片选）地址码输入通道CBA7FF8H0000IN07FFFH0 111IN7第67页/共78页例、对通道IN0，采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。解：MAIN：MOVR1

31、，#data；存数地址MOVDPTR，#7FF8H；P2.7=0，指向IN0MOVXDPTR，A；不论A中为何内容都启动转换MOVR6，#0AH；软件延时DLAY：NOPNOPNOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，DPTR；读转换结果MOVR1,A；存储数据第68页/共78页A/D转换接口的设计1、硬件连线第69页/共78页图中，ALE=START=/（/WR+P2.7）OE=/（/RD+P2.7）通道地址：P27P26P20P07P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A8A7A3A2A1A07FFBH00007FFFH0111第70页/共78页2、软件设计方法（1）延时等

32、待方式分别8路模拟信号轮流采样一次，并依次把结果转存到数据存储区的采样转换程序如下（设数据区首地址30H；采样采用循环程序，R7作计数器）：ORG0000HAJMPMAINORG0100HMAIN：MOVR1，#30HMOVDPTR，#7FF8HMOVR7，#08H第71页/共78页LOOP：MOVXDPTR，AMOVR6，#0FHDLAY：NOPNOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，DPTRMOVR1，AINCDPTRINCR1DJNZR7，LOOPRET第72页/共78页(2)中断方式合上K1，启动转换后，经tEOC时间，EOC输出负脉冲波形，表示某通道转换已结束，单片机可以

33、取走数据。让八个通道轮流转换一遍。ORG0000HAJMPMAIN2ORG0013HAJMPINTR1ORG0300HMAIN2：MOVR1，#30HSETBIT1；下降沿触发/INT1中断SETBEX1；允许/INT1中断SETBEA；开中断MOVR7，#08H；待转换的通道个数，即循环次数MOVDPTR，#7FF8H；指向通道0MOVDPTR，A；启动首次转换第73页/共78页WAIT：CJNER7，#00H，$；等待中断CLREX1；8个通道转换完成，结束SJMP$ORG0500HINTR1:MOVXA，DPTR；读取转换结果MOVR1，A；存数INCDPTR；通道号加1INCR1DEC

34、R7MOVXDPTR，A；启动下一次转换RETIEND第74页/共78页（3）查询方式启动转换后，经tOEC时间后，转换结束，EOC输出负脉冲。所以，启动转换后，延时tEOC时间，检查EOC电平，若为0说明仍在转换中，若为高电平说明转换结束，书中只针对IN0通道模似量转换一次而编程。ADC08010804转换芯片与ADC0809芯片的区别是：ADC08010804是单通道模拟信号。第75页/共78页P00DB0REF+P01DB1REF-P02DB2P07DB7P27/CSVIN+/WR/WRVIN-/RD/RD/INT1INTR8951ADC0801上图中，模拟通道地址是：7FFFH。编程同ADC0809，只是仅有一个通道。第76页/共78页小结：DAC0832的作用是什么？分辨率是多少位？ADC0809的作用是什么？有几个模拟通道？第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页