《單片機系統(tǒng)設計及工程應用》課件第6章

6.1單片機系統(tǒng)總線的形成6.2外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展6.3外部程序存儲器的擴展6.4并行I/O端口擴展技術6.5單片機系統(tǒng)擴展舉例習題6目前，51系列單片機的種類很多，單片機的性能和實用性得到了很大的提升。在有些應用場合，一個單片機本身就是一個最小應用系統(tǒng)，許多實際的應用系統(tǒng)就是由這種

低成本和小體積的單片機構成的。

圖6.1是單片機最小系統(tǒng)的一般結構，單片機的四個并行口都可以與外部電路直接相連。圖6.2是單片機最小系統(tǒng)的一個簡單例子，P1口的P1.0～P1.3作輸入，讀取開關S0～S3上的數(shù)據(jù)，用P1.4～P1.7作輸出，控制發(fā)光二極管L0～L3。6.1單片機系統(tǒng)總線的形成在圖6.1和圖6.2中，由于AT89C51內部含程序存儲器，故引腳(31腳)應接+5V，加電后，在自動復位電路的作用下，CPU從內部程序存儲器的0000H處開始執(zhí)行程序，系統(tǒng)便可根據(jù)用戶程序的功能正常運行。在實際應用中，有時還需要設計手動復位電路，關于復位電路和時鐘電路的細節(jié)請參閱第2章的有關內容，在此不再贅述。

單片機本身的資源是有限的，如51系列單片機的片內RAM容量一般為128～256B，片內程序存儲器為4～8KB。對復雜系統(tǒng)而言，若單片機本身的資源滿足不了實際要求時，就需要進行系統(tǒng)擴展。圖6.1AT89C51單片機最小系統(tǒng)圖6.2最小系統(tǒng)應用實例系統(tǒng)擴展的主要內容有如下幾個方面：

(1)外部數(shù)據(jù)存儲器擴展；

(2)外部程序存儲器擴展；

(3)輸入/輸出接口擴展；

(4)A/D和D/A擴展；

(5)管理功能器件的擴展(如擴展定時器/計數(shù)器、鍵盤/顯示器等)。

為了使單片機能方便地與各種芯片連接，常用單片機的外部連線構成3總線結構形式——地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。對于51系列單片機，3總線形成如圖6.3所示。圖6.3系統(tǒng)總線形成電路地址總線形成電路:對單片機進行系統(tǒng)擴展時，P2口作為高8位地址總線。單片機訪問外部程序存儲器，或訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和擴展I/O端口(即執(zhí)行MOVXA，@DPTR

和MOVX@DPTR，A指令)時，由P2口輸出高8位地址信號A15～A8，P2口具有輸出鎖存功能，在CPU訪問外部部件期間，P2口能保持地址信息不變。P0口為地址/數(shù)據(jù)分時

復用口，分時用作低8位地址總線和8位雙向數(shù)據(jù)總線。因此，構成系統(tǒng)總線時，應加1個74LS373鎖存器，用于鎖存低8位地址信號A7～A0。

74LS373是一個8位鎖存器，三態(tài)輸出，其真值表見表6.1。在圖6.3所示的電路中，74LS373的8個輸入端8D～1D分別與P0.7～P0.0相連。G為373的使能端，用地址鎖存信號ALE控制，當ALE為“1”時，使能端G有效，P0口提供的低8位地址信號被373鎖存，其輸出8Q～1Q即為地址信號A7～A0；當ALE為“0”時，CPU用P0口傳送指令代碼或數(shù)據(jù)，此時，使能端G無效，地址信號A7～A0保持不變，從而保證了CPU訪問外部部件(外部程序存儲器或外部RAM，也可能是擴展的I/O端口)期間地址信號不會發(fā)生變化。表6.174LS373真值表數(shù)據(jù)總線:P0口作為數(shù)據(jù)總線D7～D0。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)總線。

控制總線:系統(tǒng)擴展時常用的控制信號有:

ALE——地址鎖存信號。當CPU訪問外部部件時，利用ALE信號的正脈沖鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址，因此把ALE稱為地址鎖存信號。

——片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。當CPU從外部程序存儲器讀取指令或讀取常數(shù)(即執(zhí)行MOVC指令)時，該信號有效，CPU通過數(shù)據(jù)總線讀回指令或常數(shù)。擴展外部程序存儲器時，用該信號作為程序存儲器的讀出允許信號。當CPU訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，該信號無效。

——片外數(shù)據(jù)存儲器讀信號，低電平有效。

——片外數(shù)據(jù)存儲器寫信號，低電平有效。

當CPU訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或訪問外部擴展的I/O端口時(執(zhí)行MOVX指令時)，會產(chǎn)生相應的讀/寫信號。擴展外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O端口時，和用于外部數(shù)據(jù)存儲器芯片和I/O接口芯片的讀/寫控制。

51系列單片機內部RAM的容量是有限的，一般只有128B或256B。當單片機用于實時數(shù)據(jù)采集或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內提供的RAM是遠遠不夠的。此時，我們可以利用單片機的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。由圖6.3可知，單片機的地址總線為16條A15～A0，可以尋址外部數(shù)據(jù)存儲器的最大空間為64KB，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的需要確定擴展存儲器容量的大小。6.2外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展數(shù)據(jù)存儲器即隨機存取存儲器(RAM,RandomAccessMemory)，用于存放可隨時修改的數(shù)據(jù)信息。常用的外部數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM(SRAM,StaticRandomAccess

Memory)和動態(tài)RAM(DRAM,DynamicRandomAccessMemory)兩種。前者讀/寫速度高，一般都是8位寬度，使用方便，易于擴展；缺點是集成度低，成本高，功耗大。

后者集成度高，成本低，功耗相對較低；缺點是需要增加動態(tài)刷新電路，硬件電路復雜。因此，對單片機擴展數(shù)據(jù)存儲器時一般都采用靜態(tài)RAM。

常用的靜態(tài)RAM芯片有6264(8k×8)、62256(32k×8)等芯片，其管腳配置均為28腳雙列直插式封裝，有利于印刷板電路設計，使用方便。圖6.4給出了6264的引腳圖和真值表。圖6.46264的引腳圖和真值表存儲器擴展的核心問題是存儲器的編址問題，就是給存儲單元分配地址。由于存儲器通常由多塊芯片組成，因此存儲器的編址分為兩個層次:存儲器芯片內部存儲單元編址和存儲器芯片編址。前者，靠存儲器芯片內部的譯碼器選擇芯片內部的存儲單元。后者，必須利用譯碼電路實現(xiàn)對芯片的選擇。譯碼電路是將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定的輸出信號，即將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn)生一個有效的輸出信號，用于選中某一個存儲器芯片，從而確定該存儲器芯片所占用的地址范圍。常用的有3種譯碼方法:全譯碼、部分譯碼和線選法。6.2.1全譯碼

全譯碼是用全部的高位地址信號作為譯碼電路的輸入信號進行譯碼。其特點是：

地址與存儲單元一一對應，也就是說1個存儲單元只占用1個惟一的地址，地址空間的利用率高。對于要求存儲器容量大的系統(tǒng)，一般使用這種譯碼方法。

例6.2.1

利用全譯碼為AT89C51擴展16KB的外部數(shù)據(jù)存儲器，存儲器芯片選用SRAM6264，要求外部數(shù)據(jù)存儲器占用從0000H開始的連續(xù)地址空間。

解首先確定要使用的6264芯片的數(shù)目：

芯片數(shù)目=系統(tǒng)擴展的存儲容量÷6264芯片的容量

=16KB÷8KB=2片

然后進行地址分配，畫出地址譯碼關系圖。所謂地址譯碼關系圖，是一種用簡單的符號來表示系統(tǒng)地址與芯片所占用的地址之間相互關系的示意圖，如下所示。最后，根據(jù)地址譯碼關系畫出原理電路圖，如圖6.5所示。圖中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線與芯片的數(shù)據(jù)線一一對應相連；片內地址線與芯片的地址線一一對應相連，高位地址信號作為譯碼電路的輸入信號進行譯碼。當CPU執(zhí)行MOVX指令時，若指令給出的地址在0000H～1FFFH范圍內，則1號或門輸出為低電平，1#SRAM6264的片選信號有效，CPU訪問1#存儲器芯片；若指令給出的地址在2000H～3FFFH范圍內，則2號或門輸出為低電平，2#SRAM6264的片選信號有效，CPU訪問2#存儲器芯片。和用于外部數(shù)據(jù)存儲器芯片的讀/寫控制。圖6.5擴展16KB的外部數(shù)據(jù)存儲器如把外部RAM的1000H單元的數(shù)據(jù)傳送到外部RAM的2000H單元的程序段為：

MOVDPTR，#1000H ；設置源數(shù)據(jù)指針

MOVXA，@DPTR ；產(chǎn)生信號，讀1#存

；儲器芯片

MOVDPTR，#2000H

MOVX@DPTR，A ；產(chǎn)生信號，寫2#存

；儲器芯片

該例中采用的是全譯碼，故1#和2#存儲器芯片的每一個存儲單元各占用1個惟一的地址，每個芯片為8KB存儲容量，擴展的外部數(shù)據(jù)存儲器總容量為16KB，地址范圍

為0000H～3FFFH。

例6.2.2

利用全譯碼為AT89C51擴展40KB的外部數(shù)據(jù)存儲器，存儲器芯片選用SRAM6264。要求外部數(shù)據(jù)存儲器占用從6000H開始的連續(xù)地址空間。

解首先確定要使用的6264芯片的數(shù)目：

芯片數(shù)目=系統(tǒng)擴展的存儲容量÷6264芯片容量

=40KB÷8KB=5片對于要求存儲器容量大的系統(tǒng)，一般使用全譯碼方法進行譯碼。這時擴展的芯片數(shù)目較多，譯碼電路使用專用譯碼器。3-8譯碼器74LS138是一種常用的地址譯碼器，其引腳圖和真值表如圖6.6所示。其中，、和G1為控制端，只有當G1為“１”，且和均為“0”時，譯碼器才能進行譯碼輸出，否則譯碼器的8個輸出端全為高阻狀態(tài)。使用74LS138時，、和G1可直接接固定電平，也可參與地址譯碼，但其譯碼關系必須為001。在本例中，通過進行地址分配可以很方便地畫出存儲器系統(tǒng)的連接圖，如圖6.7所示。圖6.674LS138引腳圖和真值表圖6.7擴展40KB的數(shù)據(jù)存儲器在圖6.7中，各芯片的地址范圍分別為：

1#芯片：6000H～7FFFH (A15A14A13=011)

2#芯片：8000H～9FFFH (A15A14A13=100)

3#芯片：A000H～BFFFH(A15A14A13=101)

4#芯片：C000H～DFFFH(A15A14A13=110)

5#芯片：E000H～FFFFH(A15A14A13=111)6.2.2部分譯碼

部分譯碼是用部分高位地址信號(而不是全部)作為譯碼電路的輸入信號進行譯碼。

其特點是：地址與存儲單元不是一一對應的，而是1個存儲單元占用多個地址。即在部分譯碼電路中，有若干根地址線不參與譯碼，會出現(xiàn)地址重疊現(xiàn)象。我們把不參與譯碼的地址線稱為無關項，若1根地址線不參與譯碼，則一個單元占用2(21)個地址；若2根地址線不參與譯碼，則一個單元占用4(22)個地址；若n根地址線不參與譯碼，則一個單元占用2n個地址，n為無關項的個數(shù)。部分譯碼會造成地址空間的浪費，但譯碼器電路簡單，對地址譯碼電路的設計帶來了很大的方便。一般在較小的系統(tǒng)中常采用部分譯碼方法進行譯碼。

例6.2.3

分析圖6.8中的譯碼方法，寫出存儲器芯片SRAM6264占用的地址范圍。

解畫出地址譯碼關系如下：圖6.8數(shù)據(jù)存儲器擴展通過地址譯碼關系圖可知圖6.8采用的是部分譯碼，地址線A13不參與譯碼，為無關項。當A13=0時，6264占用的地址空間為4000H～5FFFH，當A13=1時，6264占用的地址空間為6000H～7FFFH，出現(xiàn)地址重疊現(xiàn)象。由于存在無關項，使得4000H和6000H這兩個地址指向同一個單元，4001H和6001H這兩個地址指向同一個單元，依此類推，5FFFH和7FFFH這兩個地址指向同一個單元。即存儲器芯片的每個單元都占用兩個地址，其地址空間示意圖如圖6.9所示，一個8KB的存儲器芯片占用了16KB的地址空間，其實際存儲容量只有8KB。我們把無關項為0時的地址稱為基本地址，無關項為1時的地址稱為重疊地址。編程時一般使用基本地址(4000H～5FFFH)訪問該芯片，而重疊地址空著不用。圖6.96264地址空間6.2.3線選法

所謂線選法，是利用系統(tǒng)的某一根地址線作為芯片的片選信號。線選法實際上是部分譯碼的一種極端應用，其具有部分譯碼的所有特點，譯碼電路最簡單，甚至不使用譯

碼器。如直接以系統(tǒng)的某一條地址線作為存儲器芯片的片選信號，只需把用到的地址線與存儲器芯片的片選端直接相連即可。當一個應用系統(tǒng)需要擴展的芯片數(shù)目較少，需要的實際存儲空間較小時，常使用線選法。

例6.2.4

分析圖6.10中的譯碼方法，寫出各存儲器芯片SRAM6264占用的地址范圍。

解圖6.10中，使用線選法選擇芯片，直接把地址線A15、A14和A13作為芯片的片選信號，地址譯碼關系如下：圖6.10數(shù)據(jù)存儲器擴展線選法的優(yōu)點是硬件簡單，不需要譯碼器。缺點是各存儲器芯片的地址范圍不連續(xù)，給程序設計帶來不便。但在單片機應用系統(tǒng)中，一般要擴展的芯片數(shù)目較少，廣泛使用線選法作為芯片的片選信號，尤其在I/O端口擴展中更是如此。

51系列單片機具有64KB的程序存儲器空間，其中87C51、AT89C51單片機含有4KB的片內程序存儲器，而8031則無片內程序存儲器。當采用87C51、AT89C51單片機而程序超過4KB，或采用8031型單片機時，就需要進行程序存儲器的擴展。這里要注意的是，51系列單片機有一個管腳跟程序存儲器的擴展有關。如果接低電平，則不使用片內程序存儲器，片外程序存儲器地址范圍為0000H～FFFFH(64KB)。如果接高電平，那么片內存儲器和片外程序存儲器總容量為64KB。6.3外部程序存儲器的擴展6.3.1EPROM擴展

擴展程序存儲器常用的器件是EPROM芯片，如2764(8K×8bit)、27128(16K×8bit)和27256(32K×8bit)等。它們均為28腳雙列直插式封裝，引腳如圖6.11所示。圖6.112764、27128和27256引腳圖我們以2764為例介紹其性能和擴展方法，其他EPROM芯片的使用方法與其相似。

2764是8K×8bit的EPROM，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時間最大為250ns。其引腳有:

A12～A0:13條地址線。

D7～D0:8位數(shù)據(jù)線。

:片選信號，低電平有效。

:輸出允許信號，當CE=0，且OE=0時，被尋址單元的內容才能被讀出。

VPP:編程電源，當芯片編程時，該端加編程電壓(+25V或+12V)；正常使用時，該端接+5V電源。(NC為不用的引腳。)在使用2764時，只能將其所存儲的內容讀出，讀出過程與SRAM的讀出十分相似。

即首先送出要讀出的單元地址，然后使和均有效(低電平)，則在芯片的D0～D7數(shù)據(jù)線上就可以輸出要讀出的內容，其讀出時序關系如圖6.12所示。圖6.122764讀出時序

例6.3.1

圖6.13所示的電路中，為AT89C51擴展外部程序存儲器，用作為EPROM的讀出允許信號。分析該電路，寫出該系統(tǒng)的程序存儲器容量及地址范圍。

解圖6.13中，AT89C51內部含4KB的程序存儲器，外部擴展的程序存儲器為8KB，故該系統(tǒng)的程序存儲器總容量為12KB。外部擴展的程序存儲器使用線選法選擇芯片，

當?shù)刂肪€A13=1時選中外部擴展的程序存儲器。系統(tǒng)的程序存儲器的地址空間示意圖如圖6.14所示。圖6.13程序存儲器擴展圖6.14地址空間示意圖該系統(tǒng)中，既有片內程序存儲器，又有片外程序存儲器。執(zhí)行程序時，CPU是從片內程序存儲器取指令，還是從片外程序存儲器取指令，是由單片機引腳電平的高低來決定的。在例6.3.1中，＝1為高電平，加電后，CPU先執(zhí)行片內程序存儲器的程序，當PC的值超過0FFFH時將自動轉向片外程序存儲器執(zhí)行指令。但應當注意，由于該系統(tǒng)中的程序存儲器的地址是不連續(xù)的，在編程時應當合理地進行程序的轉移。

例6.3.2

利用全譯碼為AT89C51擴展40KB的外部數(shù)據(jù)存儲器和40KB的外部程序存儲器，存儲器芯片選用SRAM6264和EPROM2764。要求6264和2764占用從6000H開始的連續(xù)地址空間。

解要擴展40KB的外部數(shù)據(jù)存儲器和40KB的外部程序存儲器需要6264和2764各5片，使用專用譯碼器74LS138進行譯碼，其存儲器系統(tǒng)的連接圖如圖6.15所示。其中，各芯片的地址范圍分別為：

芯片1、6：6000H～7FFFH

芯片2、7：8000H～9FFFH

芯片3、8：A000H～BFFFH

芯片4、9：C000H～DFFFH

芯片5、10：E000H～FFFFH圖6.15擴展數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器6.3.2E2PROM擴展舉例

E2PROM(EEPROM)是一種電擦除可編程只讀存儲器，其主要特點是能在計算機系統(tǒng)中進行在線修改，它既有RAM可讀可改寫的特性，又具有非易失性存儲器ROM在掉電后仍能保持所存數(shù)據(jù)的優(yōu)點。因而，E2PROM在智能儀器儀表、控制裝置等領域得到了普遍應用。

E2PROM在單片機存儲器擴展中，可以用作程序存儲器，也可以用作數(shù)據(jù)存儲器，至于具體做什么使用，由硬件電路確定。E2PROM作為程序存儲器使用時，CPU讀取E2PROM數(shù)據(jù)同讀取一般EPROM的操作相同；E2PROM作為數(shù)據(jù)存儲器使用時，總線連接及讀取E2PROM數(shù)據(jù)同讀取RAM的操作相同，但E2PROM的寫入時間較長，必須用軟件或硬件來檢測寫入周期。常用的E2PROM芯片有Intel2816A、2817A和2864A等芯片，其引腳如圖6.16所示。圖6.16E2PROM引腳圖

1)E2PROM2816A

2816A的存儲容量為2K×8bit，單一+5V供電，不需要專門配置寫入電源。2816A能隨時寫入和讀出數(shù)據(jù)，其讀取時間完全能滿足一般程序存儲器的要求，但寫入時間較長，需9～15ms，寫入時間完全由軟件延時控制。

2)E2PROM2817A

與2816A一樣，2817A也均屬于5V電擦除可編程只讀存儲器，其容量也是2K×8bit。不同之處在于：2816A的寫入時間為9～15ms，完全由軟件延時控制，與硬件電路無關；2817A可利用硬件引腳RDY/BUSY來檢測寫操作是否完成。

3)E2PROM2864A

2864A是8K×8bitE2PROM，單一+5V供電，最大工作電流為160mA，最大維持電流為60mA，典型讀出時間為250ns。由于芯片內部設有“頁緩沖器”，因此允許對其快

速寫入。2864A內部可以提供編程所需的全部定時控制，編程結束可以給出查詢標志。圖6.172817A的寫入時序在此，我們以2817A芯片為例介紹其性能和擴展方法。2817A的封裝是DIP28，采用單一+5V供電，最大工作電流為150mA，維持電流為55mA，讀出時間最大為250ns。片內設有編程所需的高壓脈沖產(chǎn)生電路，無需外加編程電源和編程脈沖即可工作。

2817A的讀操作與普通EPROM的讀出相同，其寫入時序如圖6.17所示。

2817A的寫入過程如下：CPU向2817A發(fā)出字節(jié)寫入命令后，即當?shù)刂酚行А?shù)據(jù)有效及控制信號=0、=1，且在端加上100ns的負脈沖，便啟動一次寫操作。但應注意的是，寫脈沖過后并沒有真正完成寫操作，還需要一段時間進行芯片內部的寫操作，在此期間，2817A的引腳RDY/為低電平，表示2817A正在進行內部的寫

操作，此時它的數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)，因而允許CPU在此期間執(zhí)行其他的任務。當一次寫入操作完畢，2817A便將RDY/置高，由此來通知CPU。

例6.3.3

為AT89C51單片機擴展2KB的E2PROM。

解單片機擴展2817A的硬件電路圖如圖6.18所示。圖6.18擴展E2PROM圖6.18中，P2.6反相后與2817A的片選端相連，2817A的地址范圍是4000H～47FFH(無關項取0，該地址范圍不是惟一的)。

2817A的讀/寫控制線連接采用了將外部數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間合并的方法，使得2817A既可以作為程序存儲器使用，又可以作為數(shù)據(jù)存儲器使用。如果只是把2817A作為程序存儲器使用，使用方法與EPROM相同。E2PROM也可以通過編程器將程序固化進去。如果將2817A作為數(shù)據(jù)存儲器，讀操作同使用靜態(tài)RAM一樣，用“MOVX

A，@DPTR”指令直接從給定的地址單元中讀取數(shù)據(jù)即可。向2817A中寫數(shù)據(jù)采用“MOVX@DPTR，A”指令。

2817A的RDY/引腳是一個漏極開路的輸出端，故外接上拉電阻后，將其與AT89C51的P1.0相連。采用查詢方式對2817A的寫操作進行管理。在寫操作期間，RDY/腳為低電平，當寫操作完畢時，RDY/變?yōu)楦唠娖?。其實，檢測2817A寫操作是否完成也可以用中斷方式實現(xiàn)，方法是將2817A的RDY/反相后與AT89C51的外部中斷輸入腳相連(圖6.18中的虛線所示)，當2817A每寫完一個字節(jié)，便向單片機提出中斷請求。6.4.1簡單I/O端口的擴展

對一些簡單外設的接口，只要按照“輸入三態(tài)，輸出鎖存”與總線相連的原則，選擇74LS系列的TTL或MOS器件即能組成擴展接口電路。例如，可采用8位三態(tài)緩沖器74LS244組成輸入口，采用8D鎖存器74LS273、74LS373、74LS377等組成輸出口。

采用這些簡單接口芯片進行系統(tǒng)擴展，接口電路簡單、配置靈活、編程方便、且價格低廉，是I/O端口擴展的一種首選方案。6.4并行I/O端口擴展技術圖6.19給出了74LS244的引腳圖與真值表，它是8位三態(tài)緩沖器，在系統(tǒng)設計時常常用作系統(tǒng)總線的單向驅動或輸入接口芯片。圖6.20給出了74LS273的引腳圖與真值表。74LS273是8D觸發(fā)器，為低電平有效的清0端，當其為0時，輸出全為0，且與其他輸入端無關；CP端是時鐘信號，當CP由低電平向高電平跳變時，D端輸入數(shù)據(jù)傳送到Q端輸出。在系統(tǒng)設計時常用74LS273作為輸出接口芯片。圖6.1974LS244引腳圖與真值表圖6.2074LS273引腳圖與真值表

例6.4.1

采用74LS244和74LS273為AT89C51單片機擴展8位輸入端口和8位輸出端口。

解單片機擴展74LS244和74LS273的硬件電路圖如圖6.21所示。

圖6.21中，P0口作為雙向8位數(shù)據(jù)線，既能夠從74LS244輸入數(shù)據(jù)，又能夠從74LS273輸出數(shù)據(jù)。P2.0分別與、“或運算”作為輸入口和輸出口的選通及鎖存信號。因為74LS244和74LS273都是在P2.0為0時被選通的，所以二者的口地址都為FEFFH(這個地址不是惟一的，只要保證P2.0=0，其他地址位無關)。圖6.21簡單I/O端口擴展在51單片機中，擴展的I/O端口采用與片外數(shù)據(jù)存儲器相同的尋址方法，所有擴展的I/O端口與片外RAM統(tǒng)一編址，因此，對片外I/O端口的輸入/輸出指令就是訪問片外RAM的指令，即：

MOVXA，@DPTR；產(chǎn)生讀信號

MOVXA，@Ri；產(chǎn)生讀信號

MOVX@DPTR，A；產(chǎn)生寫信號

MOVX@Ri，A；產(chǎn)生寫信號針對圖6.21中的電路可編寫程序，實現(xiàn)用開關S0～S7控制對應的發(fā)光二極管L0～L7發(fā)光。程序如下：

NEXT：MOVDPTR，#0FEFFH；數(shù)據(jù)指針指向口地址

MOVXA，@DPTR；輸入數(shù)據(jù)

MOVX@DPTR，A；向74LS273輸出數(shù)據(jù)

LJMPNEXT；循環(huán)6.4.2LED數(shù)碼顯示器擴展

LED數(shù)碼顯示器(又稱為LED數(shù)碼管)是單片機應用系統(tǒng)中最常用的顯示設備之一。

它由8個發(fā)光二極管(以下簡稱字段)構成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0～9、字符A～F、P、空白字符、符號“-”及小數(shù)點“.”等。LED數(shù)碼管分為共陽極和共陰極兩種，無論是共陽極還是共陰極其外形結構與封裝形式相同，其封裝形式和等效電路如圖6.22所示。圖6.22LED數(shù)碼顯示器共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極(二極管正端)連接在一起，即公共端COM。

通常，公共陽極COM端接高電平，其他管腳接發(fā)光段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合

可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收發(fā)光段的導通電流，還需根據(jù)外接電源及發(fā)光段的導通電流來確定相應的限流電阻(發(fā)光段的導通電流一般為5～20mA)。共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極(二極管負端)連接在一起，即COM端。通常，公共陰極COM端接低電平，其他管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為高電平時，該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅動電路能提供額定的導通電流，還需根據(jù)外接電源及導通電流來確定相應的限流電阻。

要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符，必須為LED顯示器提供顯示段碼(也稱為字形代碼)。因為LED顯示器共有8個發(fā)光段，所以一個字形代碼正好為一個8位二進制數(shù)。設字形代碼的各二進制位與發(fā)光段的連接對應關系如下：如使用共陽極數(shù)碼管時，若字形代碼的某位數(shù)據(jù)為0，則表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應字段不亮；若使用共陰極數(shù)碼管，則字形代碼的某位數(shù)據(jù)為0表示對應字段不

亮，數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字形代碼應為：

11000000B(即C0H)；共陰極數(shù)碼管的字形代碼應為：00111111B(即3FH)。依此類推，可求得數(shù)碼管常用的字形代碼如表6.2所示。表6.2LED顯示器字形代碼(顯示段碼)

1.靜態(tài)顯示器接口

靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極管恒定導通或恒定截止。就是在同一時刻只顯示1種字符，或者說被顯示的字符在同一時刻是穩(wěn)定不變的。這種顯

示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地(共陰極)或接正電源(共陽極)。每個數(shù)碼管的8個字段分別與一個8位I/O接口相連，I/O端口只要有字形代碼輸出，相應字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O端口輸出新的字形代碼。采用靜態(tài)顯示方式，雖然具有較高的顯示亮度，占用CPU時間少，編程簡單等優(yōu)點，但其占用的端口線多，硬件電路復雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。圖6.23是數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式的一種典型應用，用兩片74LS273驅動2位靜態(tài)LED顯示器(共陰極數(shù)碼管)。P2.7=0時選通1#顯示器，其地址為7FFFH；P2.6=0時選通2#顯示器，其地址為BFFFH。用下列程序可在顯示器上顯示字符“1”和“2”：圖6.232位靜態(tài)LED顯示器MOV DPTR，#7FFFH

MOV A，#06H ；“1”的字形代碼

MOVX@DPTR，A

MOV DPTR，#0BFFFH

MOV A，#5BH ；“2”的字形代碼

MOVX@DPTR，A

2．動態(tài)顯示接口

動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為動態(tài)掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的I/O端口控制；各位LED顯示器的位選線(COM端)由另外的I/O端口控制。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，必須采用動態(tài)掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應的字形代碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應的字形代碼。依此規(guī)律循環(huán)，逐個循環(huán)點亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，即可使各位數(shù)碼管顯示要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示的，但由于人眼存在視覺暫留效應，可以給人以同時顯示的感覺。采用動態(tài)顯示方式節(jié)省I/O端口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，仍占用CPU較多的時間。

用51系列單片機構建數(shù)碼管動態(tài)顯示系統(tǒng)時，采用簡單的接口芯片即可進行系統(tǒng)擴展，其特點是接口電路簡單，編程方便，價格低廉。6位動態(tài)LED顯示器如圖6.24所示。圖6.246位動態(tài)LED顯示器圖6.24中，數(shù)碼管采用共陰極LED，字形碼輸出口74LS273經(jīng)過8路同相驅動電路7407后接至數(shù)碼管的各段，當位線輸出“1”時，驅動數(shù)碼管發(fā)光。7407是集電極

開路的同相驅動器，能為發(fā)光段提供更大的導通電流，增強LED的發(fā)光亮度，其輸出端經(jīng)110Ω的限流電阻接至+5V電源，改變電阻的大小即可調節(jié)發(fā)光亮度。用另一個輸出口74LS273作為LED的位選控制口，其輸出經(jīng)過6路反相驅動器75452后接至數(shù)碼管的COM端。當位選控制口的某位輸出“1”時，75452反相器驅動相應的LED位發(fā)光。字形碼輸出口和位選控制口的地址分別為：

字形碼輸出口地址：DFFFH(地址不是惟一的)；

位選控制口的地址：EFFFH(地址不是惟一的)。

3．動態(tài)掃描程序

在單片機應用系統(tǒng)中，為了便于對LED顯示器進行管理，需要建立一個顯示緩沖區(qū)。顯示緩沖區(qū)DISBUF是片內RAM的一個區(qū)域，它的作用是存放要顯示的字符，其長度與LED的位數(shù)相同。圖6.24中的動態(tài)顯示器，DISBUF為6個字節(jié)，設DISBUF占用片內RAM的70H～75H單元。顯示緩沖區(qū)DISBUF中的內容是由其他處理程序事先存入DISBUF中的，再由顯示程序進行顯示。設要顯示“P89C51”(P89C51是PHILIPS公司的51系列單片機產(chǎn)品)，則“P89C51”在DISBUF中的存放形式見表6.3所示。數(shù)碼顯示器的低位(最右邊的位)顯示的是顯示緩沖區(qū)中的低地址單元中的數(shù)，因此在顯示緩沖區(qū)中存放的次序為低地址單元存低位，高地址單元存高位。表6.3顯示緩沖區(qū)要說明的是，顯示程序是利用查表方法來得到要顯示字符的字形代碼的。在顯示程序的字形代碼(顯示段碼)表中，字形代碼存放的次序依次為“0～9”，“A～F”，“空白”和“P”。其中，“P”的序號為18(即11H)，故在DISBUF中的75H單元用11H代表“P”。

顯示程序的任務是把顯示緩沖區(qū)中待顯示的字符送往LED顯示器顯示。在進行動態(tài)掃描顯示時，從DISBUF中依次取出待顯示的字符，采用查表的方法得到其對應的字

形代碼，逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管，每位顯示1ms左右，即可使各位數(shù)碼管顯示要顯示的字符。設DISBUF中的信息為“P89C51”，可由下列程序在顯示器上顯示“P89C51”：

LOOP1: LCALLDISPLAY ；調用顯示子程序 LJMP LOOP1 ；循環(huán)

DISPLAY:MOV R0，#70H ；R0指向DISBUF首地址

MOV R3，#01H ；右起第1個LED的選擇字

NEXT：MOV A，#00H ；取位選控制字為全滅

MOV DPTR，#0EFFFH ；取位選控制口地址

MOVX @DPTR，A ；瞬時關顯示器

MOV A，@R0 ；從DISBUF中取出字符MOV DPTR，#DSEG ；取段碼表首地址

MOVCA，@A+DPTR ；查表，取對應的字形碼

MOV DPTR，#0DFFFH ；取字形碼輸出口地址

MOVX@DPTR，A ；輸出字形碼

MOV DPTR，#0EFFFH ；取位選控制口地址

MOV A，R3 ；取當前位選控制字

MOVX@DPTR，A ；點亮當前LED顯示位LCALLDELAY ；延時1ms

INC R0 ；R0指向下一個字符

JB ACC.5，EXIT；若當前顯示位是第6位則結束

RL A ；下一個LED的選擇字

MOV R3，A

SJMP NEXTEXIT: RET ；返回段碼表0～9，A～F，空白，

DSEG:DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，

DB07H，7FH6FH，77H，7CH，39H，5EH，

DB79H，71H，00H，73H

DELAY：MOV R7，#02H ；延時1ms的子程序

DEL1: MOV R6，#0FFH

DEL2: DJNZ R6，DEL2

DJNZR7，DEL1

RET

例6.4.2

針對圖6.24所示的電路，編一顯示程序，調用動態(tài)掃描顯示子程序

DISPLAY，使數(shù)碼顯示器顯示“012345”共6個字符。

解參考程序如下：

MOVA，＃05H；取最右邊1位字符

MOVR0，＃70H；指向DISBUF首址(最低位)

MOVR1，＃06H；共送入6個字符

LOP2:MOV@R0，A；將字符送入DISBUF

INCR0；指向下一顯示單元

DECA；下一個顯示字符

DJNZR1，LOP2；若6個數(shù)未送完，則重復

LOP3：LCALLDISPLAY；掃描顯示一遍

SJMPLOP3；重復掃描6.4.3鍵盤接口

1．按鍵的分類

鍵盤實際上是由排列成矩陣形式的一系列按鍵開關組成的，用戶通過鍵盤可向CPU輸入數(shù)據(jù)信息、地址信息和各種命令。鍵盤按照其接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法不同。

編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對按鍵的識別，鍵盤接口電路能夠由硬件邏輯自動提供與鍵對應的編碼。此外，編碼鍵盤一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機應用系統(tǒng)較少采用。

非編碼鍵盤的接口電路只是簡單地提供按鍵的行列矩陣，對按鍵的識別、編碼、去抖動等工作均由軟件完成。由于其經(jīng)濟實用，因此常應用于單片機系統(tǒng)中。下面將重點

介紹非編碼鍵盤。

2.矩陣鍵盤的結構及原理

在單片機應用系統(tǒng)中，除了復位按鍵有專門的復位電路及專一的復位功能外，其他按鍵都是以開關狀態(tài)來設置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當所設置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，單片機應用系統(tǒng)完成該按鍵所設定的功能。一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。當按鍵較多時一般采用行列式結構并按矩陣形式排列，如圖6.25所示。圖6.25矩陣鍵盤的結構圖6.25給出了4×4行列式鍵盤的基本結構示意圖。4×4表示有4根行線和4根列線，在每根行線和列線的交叉點上有1個按鍵，組成了一個有16個按鍵的矩陣鍵盤。

列線通過上拉電阻接到＋5V上。當無鍵按下時，列線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，列線電平將由與此列線相連的行線電平?jīng)Q定，這是識別按鍵是否按下的關鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。識別按鍵是否按下的方法很

多，其中，最常見的方法是行掃描法。

3.矩陣鍵盤的行掃描法

所謂行掃描法，就是通過行線逐行發(fā)出低電平信號。如果該行線所連接的鍵沒有按下，則列線的電平信號是全“1”；如果有鍵按下的話，則列線得到的是非全“1”信號，即根據(jù)列線的電平信號是否有“0”信號來判斷有無鍵按下。

在使用行掃描法時，為了提高效率，首先快速檢查整個鍵盤中是否有鍵按下。若無鍵按下，則結束鍵盤掃描程序；若有鍵按下，則再用逐行掃描的方法來確定閉合鍵的具體位置(按下的是哪一個鍵)。方法是：先掃描第0行，行輸出值為1110B，第0行為

“0”，其余3行為“1”(通常，把行輸出值為0的行稱為當前行)，然后讀入列信號，判斷是否為全“1”。若列輸入值為全“1”，則當前行無鍵按下，行輸出1101(第1行

為“0”，其余3行為“1”)，再掃描下一行……依此規(guī)律逐行掃描，直到掃描某行時，其列輸入值不為全“1”，則根據(jù)行輸出值和列輸入值中0的位置確定閉合鍵的具體位置，從而用計算法或查表法得到閉合鍵的鍵值。

例6.4.3為單片機設計一個8×4矩陣鍵盤，并編寫鍵盤掃描程序。

解接口電路如圖6.26所示。用74LS273作為行輸出口，輸出8位行掃描信號。

用74LS244作為列輸入口，輸入4位列輸入值。其口地址分別是:

行輸出口地址：F7FFH；

列輸入口地址：FBFFH。圖6.26一個8×4矩陣鍵盤電路鍵盤采用行掃描法方式工作，鍵盤掃描子程序應具有以下功能：

(1)判斷有無鍵按下。其方法為：行輸出口輸出全為0，讀列輸入口信息，若列輸入值為全1，則說明無鍵按下；若不為全1，則說明有鍵按下。

(2)消除按鍵的抖動。

微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關。機械式按鍵在按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖6.27所示，抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為5～10ms。圖6.27按鍵抖動示意圖在觸點抖動期間檢測按鍵的通斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯，即一次按下按鍵被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服由于按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取消抖動措施。

在此，使用軟件延時的方法消除按鍵的抖動。當檢測到有按鍵按下時，調用兩次顯示子程序，每調用一次延時6ms，共延時12ms。這樣既實現(xiàn)了按鍵的消抖動，又可保持顯示器有穩(wěn)定的顯示。同樣，在檢測到閉合鍵釋放后，也采用軟件延時的方法消除按鍵的抖動。

(3)逐行掃描。若有鍵按下，則逐行掃描，以判別閉合鍵的具體位置。

(4)計算閉合鍵的鍵值。計算公式為

鍵值＝行號×4＋列號

(5)判斷按鍵是否釋放。計算出閉合鍵的鍵值后，再判斷按鍵是否釋放。若按鍵未釋放，則等待；若鍵已釋放，則再延時消抖。

(6)命令處理。根據(jù)閉合鍵的鍵值，程序應完成該按鍵所設定的功能。若按下的是命令鍵，則轉入命令鍵處理程序，完成命令鍵的功能；若按下的是數(shù)字鍵，則轉入數(shù)字

鍵處理程序，進行數(shù)字的存儲和顯示等操作。鍵盤掃描程序如下：

；KEY鍵盤掃描程序

；入口參數(shù)： 無

；出口參數(shù)： A為返回值

；若有鍵按下，則A為閉合鍵的鍵值0～31；若無鍵按

；下，則A為FFH

；占用寄存器：R3為行計數(shù)器，R2存放行掃描值

； R4、R5為暫存器

KEY: LCALLKS1；快速檢查整個鍵盤中是否有鍵按

；下JNZLK1；A非0，若有鍵按下，

；則轉至LK1

LJMPLK8；若無鍵按下，則返回

LK1: LCALLDISPLAY；若有鍵閉合，則調顯示

；子程，延時12ms

LCALLDISPLAY；消抖動

LCALLKS1；再次檢查有鍵閉合否

JNZLK2；若有鍵閉合，則轉入逐行掃描LJMPLK8；若無鍵閉合，則返回

KL2：MOVR3，＃00H；行號初值送R3

MOVR2，＃0FEH；行掃描初值送R2LK3: MOVDPTR，＃0F7FFH；行輸出口地址，F(xiàn)7FFHMOVA，R2；行掃描值送A

MOVX@DPTR，A；掃描當前行

MOVDPTR，＃0FBFFH；列輸入口地址，

；FBFFH

MOVXA，@DPTR；讀入列值

ANLA，＃0FH；保留低4位

MOVR4，A；暫存列值

CJNEA，＃0FH，LK4；列值非全“1”則轉MOVA，R2；行掃描值送AJNBACC.7，LK8；已掃到最后1行則轉

RLA；若未掃完，則準備掃下一行MOVR2，A；行值存入R2中

INCR3；行號加1

LJMPLK3；轉至掃描下一行

LK4: MOVA，R3；行號送入A

ADDA，R3；行號×2

MOVR5，A；暫存

ADDA，R5；行號×4

MOVR5，A；存入R5中MOVA，R4 ；列值送入A

LK5: RRCA ；列值右移1位

JNCLK6 ；該位為0則轉

INCR5 ；鍵值加1

SJMPLK5 ；列號未判完繼續(xù)

LK6: PUSHR5 ；保護鍵值

LK7: LCALLDISPLAY；掃描一遍顯示器

LCALLKS1 ；發(fā)全掃描信號

JNZLK7 ；鍵未釋放則等待

LCALLDISPLAY；鍵已釋放LCALLDISPLAY；延時12ms，消抖

POPA；鍵值存入A中

KND:RET；返回

LK8:MOVA，＃0FFH；無閉合鍵標志，F(xiàn)FH存入A中RET；返回

KS1:MOVDPTR，＃0F7FFH ；行輸出口地址：F7FFHMOVA，＃00H；取8行全掃描信號MOVX@DPTR，A ；同時掃描8行

MOVDPTR，＃0FBFFH ；列輸入口地址：FBFFH

MOVXA，@DPTR；列輸入

ANLA，＃0FH；保留低4位

ORLA，＃0F0H；高4位取“1”

CPLA ；取反，若無鍵按下，則全0

RET ；返回6.4.48255A可編程并行I/O接口擴展

所謂可編程的接口芯片，是指其功能可由微處理機的指令來加以改變的接口芯片，利用編程的方法，可以使一個接口芯片執(zhí)行不同的接口功能。目前，各生產(chǎn)廠家已提供了很多系列的可編程接口器件，51單片機常用的可編程接口芯片是Intel8255A。

1.8255A的內部結構與端口選擇

8255A是一種8位并行接口芯片，它為用戶提供了3個8位并行端口PA、PB和PC口，3個端口都可以和外設相連，分別傳送外設的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制信息，圖6.28給出了8255A的內部結構和引腳圖。3個端口在8255A內部分成A、B兩組控制電路，這兩組控制電路根據(jù)CPU發(fā)出的方式選擇字來控制8255A的工作方式，每個控制組都接收來自讀/寫控制邏輯的“命令”和內部數(shù)據(jù)總線的“控制字”，并向與其相

連的端口發(fā)出適當?shù)目刂菩盘?。A組控制部件用來控制PA口和PC口高4位(PC7～PC4)，B組控制部件用來控制PB口和PC口低4位(PC3～PC0)。圖6.288255A的內部結構和引腳圖讀/寫控制邏輯用來管理數(shù)據(jù)信息、控制字和狀態(tài)字的傳送，它接收來自CPU地址總線的A1、A0和控制總線有關信號(、、RESET等)，向8255A的A、B兩組控制部件發(fā)送命令，用于對8255的端口選擇及讀/寫控制，表6.4給出了8255A的端口選擇及讀/寫控制狀態(tài)表。表6.48255A端口選擇及讀/寫控制狀態(tài)表

2.8255A的控制字與工作方式

8255A有兩種控制命令字：一個是方式選擇控制字，另一個是C口按位置位/復位控制字，其控制字格式如圖6.29所示。初始化時，CPU首先對8255A的控制寄存器寫入方式選擇控制字，選擇8255A的工作方式。在8255A工作期間，如果把一個置位/復位控制字送入8255A的控制寄存器，就能將C口的某一位置1或清0，而不影響其他位的狀態(tài)，使C口具有位操作功能。圖6.298255A控制字格式(a)方式選擇控制字格式；(b)C口置位/復位控制字格式

8255有3種工作方式：方式0、方式1和方式2。工作方式的選擇是通過上述寫控制字的方法來完成的。

(1)方式0(基本輸入/輸出方式)：A口、B口及C口高4位、低4位都可以設置為方式0輸入或輸出，不需要選通信號。單片機可以用8255A進行數(shù)據(jù)的無條件傳送，數(shù)據(jù)在8255A的各端口能得到鎖存和緩沖。在方式0下，輸入口為緩沖輸入方式，輸出口具有鎖存功能。

(2)方式1(選通輸入/輸出方式)：A口和B口都可以獨立地設置為方式1，在這種方式下，8255A的A口和B口通常用于傳送和它們相連外設的數(shù)據(jù)，C口作為A口和B口的握手聯(lián)絡線，以實現(xiàn)中斷方式傳送數(shù)據(jù)。

A口和B口為方式1輸入時，C口的定義及握手信號的時序如圖6.30所示。其中，為選通信號，低電平有效，當外設送來信號時，輸入的數(shù)據(jù)被裝入8255A的輸入鎖存器中；IBF是輸入緩沖器滿信號，高電平有效。

IBF是一個狀態(tài)信號，當其為高電平表示輸入口的數(shù)據(jù)尚未被CPU取走時，外設暫時不能向輸入口送新的數(shù)據(jù)；INTR是中斷請求信號，高電平有效。當IBF為高電平，且中斷允許信號INTE=1時，INTR=1，向CPU請求中斷。CPU響應中斷后，執(zhí)行輸入指令(產(chǎn)生讀信號為負脈沖)，讀取輸入口的數(shù)據(jù)，同時的下降沿清除中斷請求信號，的上升沿使IBF=0。圖6.30方式1輸入時的握手信號及時序

INTE為中斷允許控制信號。A口由PC4位的置位/復位狀態(tài)進行控制，B口由PC2位的置位/復位狀態(tài)進行控制。只有PC4或PC2置位時，8255A的A口或B口才會產(chǎn)生中斷請求。若A口和B口為方式1輸入時，PC7、PC6可以用作I/O線，即方式0下的輸入或輸出。

A口和B口為方式1輸出時，C口的定義及握手信號的時序如圖6.31所示。其中，OBF是輸出緩沖器滿信號，低電平有效。該信號為低電平表示CPU已將數(shù)據(jù)送到輸出端口，通知外設可將數(shù)據(jù)取走；是外設產(chǎn)生的響應信號，若該信號有效表示數(shù)據(jù)被外設所接收。當外設接收了輸出端口的數(shù)據(jù)后，INTR為高電平向CPU發(fā)出中斷請求，請求CPU輸出新的數(shù)據(jù)。圖6.31方式1輸出時的握手信號及時序

INTE為中斷允許控制信號。A口由PC6位的置位/復位狀態(tài)進行控制，B口由PC2位的置位/復位狀態(tài)進行控制。只有PC6或PC2置位時，8255A的A口或B口才會產(chǎn)生中斷請求。若A口和B口為方式1輸入時，PC5、PC4可以用作I/O線，即方式0下的輸入或輸出。

(3)方式2(A口的雙向選通輸入輸出方式)：只有A口可以設置為方式2，在這種方式下，既能輸入，又能輸出。無論是輸入或輸出都可以用中斷方式，也可以用查詢方式進行數(shù)據(jù)交換。A口為方式2時，C口的定義及握手信號的時序如圖6.32所示。

這時，中斷允許控制信號INTE1由PC6位的置位/復位狀態(tài)進行控制，INTE2由PC4位的置位/復位狀態(tài)進行控制。其他握手信號的定義類似于方式1。

當A口工作在方式2時，B口既可工作在方式0下，又可工作在方式1下。圖6.32方式2的握手信號及時序

3.8255A與系統(tǒng)的連接及應用

由于8255A是Intel公司專為其主機配套設計制造的標準化外圍接口芯片，因此它與51單片機的連接是非常簡單的。圖6.33給出了一個8255A與系統(tǒng)的連接實例。圖6.338255A與系統(tǒng)的連接圖6.33中，P0口為地址/數(shù)據(jù)復用口，數(shù)據(jù)通過P0口直接傳送，地址的低8位通過74LS373鎖存。系統(tǒng)的讀/寫控制及復位信號與8255A的讀/寫及復位端對應相連。系統(tǒng)地址總線的A1、A0直接與8255A的地址線A1、A0對應相連。利用高8位地址線的P2.1作為選通信號，直接與8255A的片選端相連，8255A各個端口的地址如下：

A口地址：FD00H(地址不是惟一的，下同)；

B口地址：FD01H；

C口地址：FD02H；

控制寄存器地址：FD03H。例6.4.4

針對圖6.33所示的電路進行編程，用位操作方式進行控制，使8255A的PC5端向外輸出一個寬度為1ms的正脈沖信號。

解若要從PC5端輸出一個正脈沖信號，則可通過對PC5位的置位/復位控制來實現(xiàn)。

由于每送1個控制字，只能對1位作1次置位或復位操作，因此產(chǎn)生1個正脈沖要對PC5位先送置位控制字，經(jīng)過一定的延時后再送復位控制字即能實現(xiàn)。程序如下：

MOVDPTR，＃0FD03H；指向8255A的控制口

MOV A，#80H；方式字，A、B和C口均為方式

；0輸出

MOVX@DPTR，A；8255A初始化

MOVA，＃OBH；置位/復位控制字，對PC5置1

MOVX@DPTR，A

LCALLDELAY1ms；調用延時子程序DELAY1ms

DECA；對PC5置0

MOVX@DPTR，A

例6.4.5

使用8255A芯片為單片機系統(tǒng)設計打印機接口電路，并編寫打印子程序。

解打印機的主要信號及時序如圖6.34所示。其中，DB0～DB7為數(shù)據(jù)線，向打印機提供數(shù)據(jù)。是數(shù)據(jù)選通信號，利用的負脈沖將DB0～DB7上的數(shù)據(jù)鎖存于打印機內部，由打印機處理并打印該字符。在打印該字符期間BUSY為高電平，表示打印機處于“忙”狀態(tài)。一旦BUSY變?yōu)榈碗娖剑捅硎敬蛴C可以接收下一個數(shù)據(jù)。

打印機的接口電路如圖6.35所示。設8255A的地址為FD00H～FD03H，8255A與系統(tǒng)的具體連接方法如圖6.33所示。圖6.34打印機的主要信號及時序圖圖6.35打印機的接口電路打印子程序采用查詢方式傳送數(shù)據(jù)，其功能是打印片內RAM30H單元中的ASCII碼字符。程序如下：

；主程序

MOVDPTR，＃0FD03H；指向8255A的命令口

MOVA，＃88H；取方式字：A口輸出，C口

；低出高入

MOVX@DPTR，A；送入方式字，8255A初始化MOVA，＃01H；C口置位/復位命令字

；(PC0=1)

MOVX@DPTR，A；置PC0初始狀態(tài)為1LCALLPRINT；調打印子程序

；調打印子程序

PRINT：MOVDPTR，＃0FD02H；指向C口

LOOP1:MOVXA，@DPRT；讀入C口信息

JBA.7，LOOP1；若BUSY=1，則繼

；續(xù)查詢

MOVDPTR，＃0FD00H；指向A口

MOVA，30H；取RAM數(shù)據(jù)

MOVX@DPTR，A；數(shù)據(jù)輸出到A口MOVDPTR，＃0FD03H；指向命令口

MOVA，＃00H；C口置位/復位命令字(PC0=0)MOVX@DPTR，A；產(chǎn)生STB的下降沿

NOP

MOVA，＃01H；改變C口置位/復位命令字

；(PC0=1)

MOVX@DPTR，A；產(chǎn)生STB的上升沿

RET ；返回6.5.1LED點陣式大屏幕顯示器設計

無論是單個LED(發(fā)光二極管)還是LED七段碼顯示器(數(shù)碼管)，都不能顯示字符(含漢字)及更為復雜的圖形信息，這主要是因為它們沒有足夠的信息顯示單位。點陣式LED顯示是把很多的LED按矩陣方式排列在一起，通過對各LED發(fā)光與不發(fā)光的控制來完成各種字符或圖形的顯示。最常見的LED點陣顯示模塊為8×8結構，其顯示原理如圖6.36所示。在圖6.36中，只要使LED處于正偏(X方向為1，Y方向為0)，

對應的LED就發(fā)光。如X7=1，Y7=0時，則與其對應的右下角的LED會發(fā)