系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)

1、單片機原理與應(yīng)用第八章第八章 系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)信息工程學(xué)院：高志峰一、并行一、并行I/O口的擴展口的擴展n1、并行、并行I/O口指的是什么？口指的是什么？n2、單片機的、單片機的I/O口是怎么工作的？口是怎么工作的？n3、為什么要擴展、為什么要擴展I/O口？口？n4、擴展方式有那些？、擴展方式有那些？n5、擴展的、擴展的I/O口和普通的口和普通的I/O口有什么區(qū)別？口有什么區(qū)別？n6、擴展的、擴展的I/O口的個數(shù)有沒有什么限制？口的個數(shù)有沒有什么限制？n7、擴展、擴展I/O口后增加了單片機的資源么？口后增加了單片機的資源么？1、并行、并行I/O口指的是什么？口指的是什么？n

2、1、計算機系統(tǒng)的輸入和輸出接口一般分為并、計算機系統(tǒng)的輸入和輸出接口一般分為并 n 口和串口兩種?？诤痛趦煞N。n2、劃分依據(jù)就是在某個時刻接口上存在的數(shù)、劃分依據(jù)就是在某個時刻接口上存在的數(shù)n 據(jù)個數(shù)。并口同時操作多位，串口僅一位據(jù)個數(shù)。并口同時操作多位，串口僅一位n3、并行、并行IO口指用于普通輸入輸出功能的并口口指用于普通輸入輸出功能的并口n4、而常說的、而常說的PC上的并口是指打印機接口，上的并口是指打印機接口，n 串口是稱為串口是稱為COM1,COM2,的串行接口，的串行接口，n 以及以及USB接口也是串行通訊接口。接口也是串行通訊接口。2、單片機的、單片機的I/O口是怎么工作的？口

3、是怎么工作的？n1、51單片機的單片機的I/O口共有口共有4組組P0,P1,P2,P3，n 共有共有32個管腳。個管腳。n2、每一個管腳操作一位數(shù)據(jù)。可以單獨進行、每一個管腳操作一位數(shù)據(jù)?？梢詥为氝M行n 一位數(shù)據(jù)的輸入輸出。如一位數(shù)據(jù)的輸入輸出。如MOV C,P1.0n3、也可以按照字節(jié)進行、也可以按照字節(jié)進行8位數(shù)據(jù)的同時操作。位數(shù)據(jù)的同時操作。n 如如 MOV A,P0n4、注意：某管腳用于輸入時、注意：某管腳用于輸入時,應(yīng)先輸出應(yīng)先輸出1，以，以n 免被鎖定在免被鎖定在0，實際數(shù)據(jù)由外接電路決定。，實際數(shù)據(jù)由外接電路決定。3、為什么要擴展、為什么要擴展I/O口？口？n1、P0口作為數(shù)據(jù)線

4、口作為數(shù)據(jù)線/地址線地址線(低低8位位)被占用，被占用，n P2口作為地址線口作為地址線(高高8位位)被占用。被占用。n2、P3口一般應(yīng)用第口一般應(yīng)用第2功能。功能。n3、則可以用于一般、則可以用于一般I/O口的就可能只有口的就可能只有P1口口n 的的8個管腳。個管腳。n4、但是設(shè)備數(shù)目可能需要大于可用的、但是設(shè)備數(shù)目可能需要大于可用的I/O口口n 數(shù)，必須擴展。數(shù)，必須擴展。4、擴展方式有那些？、擴展方式有那些？n1、用外接、用外接數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器或或數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)鎖存器構(gòu)成簡單構(gòu)成簡單n 擴展并行接口，如：擴展并行接口，如：74LS240/241/244, n 74LS373/374/

5、377/573；n2、通過可編程的標(biāo)準(zhǔn)接口芯片擴展、通過可編程的標(biāo)準(zhǔn)接口芯片擴展I/O口口,n 如如8255/8155等；等；n3、利用串行口工作在方式、利用串行口工作在方式0時外接時外接移位寄移位寄n 存器存器擴展擴展I/O口，如口，如74LS164/165/166,n 74LS194/195/295等等。等等。5、擴展的和普通、擴展的和普通I/O口有何區(qū)別？口有何區(qū)別？n1、普通的、普通的I/O口是對應(yīng)于某具體的管腳的，口是對應(yīng)于某具體的管腳的，n 擴展的擴展的I/O口是在某種條件下對應(yīng)于某些口是在某種條件下對應(yīng)于某些n 具體管腳或組合。具體管腳或組合。(邏輯條件或時間條件邏輯條件或時間條

6、件)n2、擴展的、擴展的I/O口和普通口和普通I/O口的使用方法不同：口的使用方法不同：n 擴展的擴展的I/O口是和外部口是和外部RAM統(tǒng)一編址的，統(tǒng)一編址的，n3、擴展的、擴展的I/O口使用口使用MOVX指令訪問，但是需指令訪問，但是需n 要在操作時注意和相同地址的要在操作時注意和相同地址的RAM單元的單元的n 重復(fù)操作問題。重復(fù)操作問題。6、擴展的、擴展的I/O口的個數(shù)有無限制？口的個數(shù)有無限制？n1、第一種擴展方式，由芯片個數(shù)和相應(yīng)的控、第一種擴展方式，由芯片個數(shù)和相應(yīng)的控n 制信號個數(shù)決定。制信號個數(shù)決定。n2、第二種擴展方式，受到、第二種擴展方式，受到64K的限制。的限制。n 不過另

7、加邏輯電路和控制信號，可以突破不過另加邏輯電路和控制信號，可以突破n 此限制。此限制。n3、第三種擴展方式，僅僅受到外接芯片的個、第三種擴展方式，僅僅受到外接芯片的個n 數(shù)限制。占用數(shù)限制。占用RXD和和TXD兩個管腳，外接兩個管腳，外接n 芯片一般需要時鐘信號。芯片一般需要時鐘信號。7、擴展、擴展I/O口后增加了資源么？口后增加了資源么？n1、在三種情況下確實增加了資源，輸入輸出、在三種情況下確實增加了資源，輸入輸出n 口增加，但是需要硬件芯片支持?？谠黾樱切枰布酒С?。二、三種擴展方式二、三種擴展方式1、并行、并行I/O口的簡單擴展口的簡單擴展(一一)74LS273n口地址：口地址

8、：FDFFH 只要只要P2.1為為0即可即可n MOV DPTR,#0FDFFH 輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)n MOV A,#23Hn MOVX DPTR,A1、并行、并行I/O口的簡單擴展（二）口的簡單擴展（二）n(2)74LS373與與CPU的接口的接口74LS373n作用：所存低作用：所存低8位地址位地址n支持所有地址數(shù)據(jù)的輸出。支持所有地址數(shù)據(jù)的輸出。1、并行、并行I/O口的簡單擴展（三）口的簡單擴展（三）74LS244n口地址：口地址：FBFFH nMOV DPTR,#0FBFFH 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)nMOVX A,DPTR2、用、用8255擴展擴展I/O口口n一、接口線：一、接口線：n1、PA

9、07、PB07、 n PC07共共24個個IO端線端線n2、3個個8位口皆為鎖存位口皆為鎖存/緩沖緩沖寄存器寄存器,AB口有鎖存功能口有鎖存功能,C口無鎖存功能?？跓o鎖存功能。n3、ABC口的工作方式由程口的工作方式由程序設(shè)置。序設(shè)置。用用8255擴展擴展I/O口口n二、數(shù)據(jù)線：二、數(shù)據(jù)線：n1、8255是是8位芯片，位芯片， 有有8位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線 D0D7n2、數(shù)據(jù)線接于、數(shù)據(jù)線接于CPU的的 P0口口 用用8255擴展擴展I/O口口n三、控制線：三、控制線：n1、讀、讀RD、寫、寫WRn2、復(fù)位端、復(fù)位端RESETn3、片選端、片選端CS 用用8255擴展擴展I/O口口n四、地址線：四、

10、地址線：n A1 A0 口選擇口選擇n 0 0 A口口n 0 1 B口口n 1 0 C口口n 1 1 控制口控制口3、方式選擇與方式控制字、方式選擇與方式控制字n8255工作方式：方式工作方式：方式0、方式、方式1、方式、方式24、8255擴展電路和地址設(shè)置擴展電路和地址設(shè)置5、8255初始化初始化n對對8255的的3個端口的工作方式預(yù)先設(shè)置。設(shè)置控制字個端口的工作方式預(yù)先設(shè)置。設(shè)置控制字經(jīng)控制口寫入。經(jīng)控制口寫入。n例如，欲設(shè)置例如，欲設(shè)置8255的的A、B、C口全為輸出狀態(tài)口全為輸出狀態(tài)(或輸或輸出方式出方式)，控制字為，控制字為80H。n程序程序(結(jié)合上圖結(jié)合上圖)如下：如下： MOV

11、DPTR, #0003H ;8255控制口地址控制口地址 DPTR MOV A, #80H ;控制字送控制字送A MOVX DPTR, A ;控制字寫入控制寄存器控制字寫入控制寄存器 三、存儲器的擴展三、存儲器的擴展n1、擴展外部、擴展外部ROMALE 地址鎖存信號，用地址鎖存信號，用于鎖存片外地址的低于鎖存片外地址的低8位位PSEN 外程序存儲外程序存儲器讀選通信號器讀選通信號EA 程序存儲器內(nèi)外選通信號程序存儲器內(nèi)外選通信號 0只用外部只用外部ROM存儲器的擴展存儲器的擴展n2、擴展外部、擴展外部RAMALE 地址鎖存信號，用地址鎖存信號，用于鎖存片外地址的低于鎖存片外地址的低8位位EA

12、程序存儲器內(nèi)外選通信號程序存儲器內(nèi)外選通信號 1 4K部分用內(nèi)部部分用內(nèi)部ROMRD 讀控制信號讀控制信號 WR 寫控制信號寫控制信號四、最小系統(tǒng)和三總線的概念四、最小系統(tǒng)和三總線的概念n最小系統(tǒng)：簡單描最小系統(tǒng)：簡單描述為滿足最小運行述為滿足最小運行條件的單片機系統(tǒng)條件的單片機系統(tǒng)n右圖為右圖為CPU內(nèi)部具內(nèi)部具有有ROM的最小系統(tǒng)的最小系統(tǒng)n如如8051,8751以及以及后繼產(chǎn)品一般都自后繼產(chǎn)品一般都自帶內(nèi)部帶內(nèi)部ROM最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)n內(nèi)部沒有內(nèi)部沒有ROM的的CPU對應(yīng)的最小系統(tǒng)對應(yīng)的最小系統(tǒng) 如如8031三種總線：地址總線：傳送存儲單元或外部三種總線：地址總線：傳送存儲單元或外部IO

13、口的地址口的地址 P0口傳送低口傳送低8位，位，P2口傳送高口傳送高8位位 數(shù)據(jù)總線：傳送存儲單元或外部數(shù)據(jù)總線：傳送存儲單元或外部IO口的數(shù)據(jù)口的數(shù)據(jù) 51系列單片機為系列單片機為8位，位，P0.0P0.7 控制總線：所有作為控制作用的連線。控制總線：所有作為控制作用的連線。五、鍵盤接口五、鍵盤接口n鍵盤是單片機系統(tǒng)的典型配置，是最主要的輸鍵盤是單片機系統(tǒng)的典型配置，是最主要的輸入設(shè)備。入設(shè)備。n分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤n一般根據(jù)實際應(yīng)用的需要靈活的進行設(shè)置按鍵一般根據(jù)實際應(yīng)用的需要靈活的進行設(shè)置按鍵的個數(shù)和對應(yīng)的按鍵功能。的個數(shù)和對應(yīng)的按鍵功能。鍵盤工作原理鍵盤工作

14、原理n如圖為如圖為44的鍵盤結(jié)構(gòu)。的鍵盤結(jié)構(gòu)。n所有行線都經(jīng)過電阻接所有行線都經(jīng)過電阻接 5V，則沒有鍵閉合時所有行線都是高電平。，則沒有鍵閉合時所有行線都是高電平。n當(dāng)鍵盤上某個按鍵被閉合時，則該鍵對應(yīng)的行當(dāng)鍵盤上某個按鍵被閉合時，則該鍵對應(yīng)的行線和列線短路。行線電平由列線電平?jīng)Q定。線和列線短路。行線電平由列線電平?jīng)Q定。n假設(shè)鍵盤上有某個按鍵被按下，掃描過程：假設(shè)鍵盤上有某個按鍵被按下，掃描過程： 1、列線、列線03從從0列開始設(shè)置為列開始設(shè)置為0，其他列為，其他列為1， 檢測行線，若都是檢測行線，若都是1，則該列沒有按鍵按下，則該列沒有按鍵按下 2、設(shè)置、設(shè)置1列為列為0，其他列為，其他列

15、為1，檢測行線，以此，檢測行線，以此 類推。類推。閉合穩(wěn)定鍵按下前沿抖動后沿抖動按鍵抖動示意圖按鍵抖動示意圖消除抖動方法消除抖動方法n1、濾波電路、濾波電路n2、雙穩(wěn)態(tài)消除抖動電路、雙穩(wěn)態(tài)消除抖動電路掃描方式掃描方式n1、循環(huán)掃描方法、循環(huán)掃描方法n2、定時掃描方法、定時掃描方法n3、中斷掃描方法、中斷掃描方法六、顯示接口六、顯示接口agdfecb109876gf GND abed GND cdp12345VDVD 5 V(a)(b)(c)dpagdfecb10 9876gf GND abedGND c dp12345VDVD5 V(a)(b)(c)dpagdfecb10 9876gf GND

16、 abedGND c dp12345VDVD5 V(a)(b)(c)dp數(shù)碼管工作原理數(shù)碼管工作原理n1、共陽極數(shù)碼管二極管陽極、共陽極數(shù)碼管二極管陽極(正端正端)共接高電平共接高電平n 共陰極數(shù)碼管二極管陰極共陰極數(shù)碼管二極管陰極(負端負端)共接低電平共接低電平n2、其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。、其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。n3、當(dāng)某段驅(qū)動電路輸出端為相反電平時，該、當(dāng)某段驅(qū)動電路輸出端為相反電平時，該n 端所連接字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段端所連接字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段n 不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。n4、要求段驅(qū)動電路能吸收或提供額定的段導(dǎo)、要求

17、段驅(qū)動電路能吸收或提供額定的段導(dǎo)n 通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通n 電流來確定相應(yīng)的限流電阻。電流來確定相應(yīng)的限流電阻。靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示n靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。n各數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地或正電源各數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地或正電源n每位數(shù)碼管每位數(shù)碼管8個字段與某個字段與某8位位I/O口地址相連口地址相連,若若有段碼輸出字符顯示并保持到輸出新段碼。有段碼輸出字符顯示并保持到輸出新段碼。n采用靜態(tài)顯示方式，較小電流即可獲得較

18、高的采用靜態(tài)顯示方式，較小電流即可獲得較高的亮度，且占用亮度，且占用CPU時間少，編程簡單。時間少，編程簡單。n但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，只適合于但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。顯示位數(shù)較少的場合。動態(tài)顯示動態(tài)顯示n動態(tài)顯示是逐個地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種動態(tài)顯示是逐個地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。n各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的位的I/O口控制；各位位選線（公共陰極或陽口控制；各位位選線（公共陰極或陽極）由另外的極）由另外的I/O口線分別控制?？诰€分別控制。n動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)段碼，在時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)段碼，在另一時刻選通另一位，并送出相應(yīng)段碼。另一時刻選通另一位，并送出相應(yīng)段碼。動態(tài)顯示動態(tài)顯示n依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯依此規(guī)律循環(huán)，