《第一章概述第七章输入和输出ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章概述第七章输入和输出ppt课件.ppt（54页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第一章 概述,第七章 输入和输出,7.1 并行I/O口的概念 7.2 MCS-51内部并行I/O口 7.3 MCS-51并行口的扩展,第一章 概述,7.1 并行I/O口的概念,输入/输出(I/O)：计算机与外部设备(键盘、显示器、指示灯、打印机等)进行信息交换的过程。 I/O接口电路：CPU与外部设备连接而专门设计的逻辑电路。,第一章 概述,为什么要采用I/O接口？,CPU和外设间数据传送有如下特点： 1）外设种类繁多。机械式、机电式、电子式 2）外部设备工作速度差异很大。慢速设备：开关、键盘等；中速：打印机；高速：磁盘等。CPU无法按固定时序协调各方的工作。 3）外设数据信号多样化。电压信号
2、、电流信号、数字量、模拟量等。,第一章 概述,1、I/O 接口的主要功能,1)地址译码 能根据CPU 给出的地址找到指定的外设。 2)数据缓冲和锁存 实现CPU与外设的速度匹配。 3)信息变换 CPU与外设的信息转换 如：模拟 数字，串行并行 4)通信联络 将外设的状态信息如：忙、闲、就绪、满、空 等状态 提供给CPU，以便CPU对外设产生同步控制命令,。,第一章 概述,（1）CPU与I/O口的连接：通过系统总线连接的。 数据总线：CPU与外设间的数据传送的双向总线。 地址总线：传送CPU发出的地址信息的单向总线。 控制总线：传送CPU发出的控制信息 或外设发回的状态信息的双向总线。,2、CP
3、U与外设的连接,第一章 概述,（2）I/O口与外设的连接： I/O口通过数据线、状态线和控制线直接与外部设备相连接。,连接框图,第一章 概述,I/O端口（port）：简称I/O口，指具有端口地址的寄存器或缓冲器。 I/O接口（Interface） ：是指单片机与外设间的I/O接口芯片。 一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口： （1）数据口（2）控制口（3）状态口 I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。,3、I/O端口的编址,第一章 概述,I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址。,（1）独立编址,I/O寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址，但需一套专门的读写I/O的指令和控制信
4、号。,（2）统一编址,I/O寄存器与数据存储器单元同等对待，统一编址。不需要专门的I/O指令，直接使用访问数据存储器的指令进行I/O操作，简单、方便且功能强。,第一章 概述,MCS-51使用统一编址的方式，每一端口都相当于一个RAM单元。有片内I/O接口和扩展I/O接口。 片内I/O接口寄存器在SFR中，使用片内数据存储器空间。 扩展I/O接口使用片外数据存储器地址空间。,输出指令 输入指令 片外寻址：MOVX DPTR，A MOVX A，DPTR MOVX R0，A MOVX A，R0,第一章 概述,输出指令 输入指令 片内寻址： MOV Px，A MOV A，Px （常用） MOV Px，
5、Rn MOV Rn，Px MOV Px，Ri MOV Ri，Px MOV Px，direct MOV direct，Px,其他：与、或、加1、减1等,第一章 概述,4、I/O数据的传送方式,为实现和不同的外设的速度匹配，I/O接口必须根据不同外设选择恰当的I/O数据传送方式。,I/O数据传送的几种传送方式：,（1）程序传送 （2）中断传送 （3）直接存储器存取（DMA）传送,第一章 概述,CPU与外设间的数据传送在程序控制下进行的一种方式，分为无条件传送和条件传送。,（1）程序传送,无条件传送方式 认为外设时刻都处于“待命”状态，随时可以传送数据，适用于简单的I/O设备，如发光二极管、数码显示
6、器等。 条件传送（查询传送） 传送前，CPU读取外设的状态，确认已为输入输出做好准备，再进行数据传送。,第一章 概述,查询方式流程图,第一章 概述,（2）中断传送,CPU不对外设进行查询，当外设需要进行数据传送且已准备就绪时才告知CPU。这时CPU接到请求后，中断原有的程序，转去与外设传送数据。数据传送完毕后，CPU再回到原有的程序执行。 优点：可以避免查询等待时间，提高CPU的利用率，应用价值极高。,第一章 概述,（3）直接存储器存取方式（DMA）,(DMADirect Memory Access) 由DMA控制器接管总线控制权，RAM与外设之间直接数据传输，不需CPU的介入。适用于高速外设
7、大批量数据传送。,第一章 概述,第七章 输入和输出,7.1 并行I/O口的概念 7.2 MCS-51内部并行I/O口 7.3 MCS-51并行口的扩展,第一章 概述,7.2 MCS-51内部并行I/O口,51单片机内部有4个8位并行I/O接口。 片外无存储器扩展时，都可做通用I/O口。 片外有存储器扩展时， P0口：分时提供低8位地址线和双向数据总线。 P1口：通用I/O口。 P2口：提供高8位地址线。 P3口：双功能口，第一功能做通用I/O口，多用于第二功能。,第一章 概述,由锁存器、三态缓冲器和驱动器组成。既可以作 I/O用，也可以作为地址/数据线用。,1、P0口的结构,P0口某位结构,第
8、一章 概述,（1）P0口作为I/O口,输出时 CPU发出控制电平“0”封锁“与”门，T1截止，MUX把锁存器与T2接通。“写”信号有效，内部总线P0口,第一章 概述,（1）P0口作为I/O口,由于输出驱动器漏极开路，若输出高电平，需要外接上拉电阻。,第一章 概述,（1）P0口作为I/O口,输入时读引脚或读锁存器 读引脚信号有效 读锁存器信号有效,第一章 概述,（1）P0口作为I/O口,读端口数据时，若T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。,-准双向口,第一章 概述,（2）P0口作地址/数据线,
9、CPU发出控制电平“1”，打开“与”门，MUX把CPU的地址/数据总线与T2反相接通，输出地址或数据。,第一章 概述,（2）P0口作地址/数据线,输入信号时，CPU自动使MUX向下，向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，外部数据读入内部总线。,-真正的双向口,第一章 概述,2、P2的内部结构,（1）P2口作为I/O口,CPU发出控制电平“0” ，使多路开关MUX倒向锁存器输出Q端，功能同P0。,-准双向口,第一章 概述,片外扩展存储器时，CPU发出控制电平“1”，多路开关MUX向上，输出高8位地址。,（2）P2口作为地址总线,第一章 概述,3、P1的内部结构,通用I/O口-准双向口。,第一
10、章 概述,4、P3的内部结构,（1）通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1),第一章 概述,（2）P3第二功能(Q=1),第一章 概述,第一章 概述,例：用4个发光二极管对应显示4个开关的开合状态。 如P1.0合则P1.4亮，P1.1合则P1.5亮,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100H MAIN： MOV A，#0FFH MOV P1，A MOV A，P1 SWAP A MOV P1，A SJMP MAIN END,第一章 概述,总 结 (1)当P0作为I/O口时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果输出转输入时，必须先向相应的
11、锁存器写“1”，才不会影响输入电平。 当CPU内部控制信号为“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，无法再作为I/O口使用了。,第一章 概述,(2)P1、P2 和P3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用功能有所不同。 P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 每一位都能独立地设定为输入或输出。 P2口是 8 位准双向I/O口。可作为扩展系统的地址总线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 P3口主要用作第二功能。,第一章 概述,第七章 输入和输出,7.1 并行I/O口的概念 7.2 MCS-51内部并行I/O口 7.3 MCS-51并行口的扩展,第一章 概述,7.3
12、 MCS-51并行口的扩展,在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O接口电路。 I/O口扩展芯片主要有两种： 不可编程接口芯片（TTL或CMOS锁存器、缓冲器电路等） 可编程接口芯片,第一章 概述,7.3.1 用TTL芯片扩展并行I/O口,利用74LS273和74LS244，将P0口扩展成简单的输入、输出口的电路。,第一章 概述,第一章 概述,当P2.0=0，WR信号有效时，51单片机通过P0口输出数据到74LS273。,当P2.0=0，RD信号有效时, 通过244输入按键数据。,第一章 概述,设扩展输入口和输出口的端口地址为FEFFH。 试编写程序把开关状态通过对应的发光二极管显
13、示出来。,程序段： MOV DPTR,#0FEFFH ；输入口地址DPTR LP: MOVX A,DPTR ；输入开关状态 MOVX DPTR,A ；输出开关信息 SJMP LP ；反复连续执行,第一章 概述,7.3.2 用串行口扩展并行口,利用74LS164（ 8位串入并出移位寄存器。）扩展1个8位并行输出口,第一章 概述,作为连接CPU和外设的接口，可编程器件可以通过软件设置不同的工作方式。 典型芯片：8255A，8155。 8255A有三个8位I/O口，3种工作方式。 A、B、C都可作为独立的I/O口。 C也可配合A口和B口使用。其中C7-4控制A口，合称A组；C3-0控制B口，合称B组
14、。,7.3.3 8255A可编程并行I/O口扩展芯片,第一章 概述,数据线 D7-D0，PA7-PA0， PB7-PB0，PC7-PC0。 寻址线 片选信号CS A1和A0四种组合分别选择A、B、C和控制寄存器。 控制线 读信号（CPU对8255A读操作） 写信号（CPU对8255A写操作） RESET（复位） 电源线和地线 VCC和GND。,第一章 概述,表：控制信号与传输动作的对应关系,第一章 概述,1、8255A的工作方式,方式0：基本输入输出方式 适用于无条件传送和查询方式的接口电路 方式1：选通输入输出方式（A口和B口） 适用于查询和中断方式的接口电路 方式2：双向选通传送方式（仅A
15、口） 适用于双向传送数据的外设 适用于查询和中断方式的接口电路,第一章 概述,2、8255A的编程,初始化编程：方式控制字和C口置位/复位控制字 控制寄存器地址：A1A011 工作过程：通过数据端口对外设数据进行读写 数据读写利用端口A、B和C的I/O地址，A1A0依次为00、01、10,第一章 概述,（1）方式控制字，格式如下：,第一章 概述,例，要求： A端口：方式1输入 C端口上半部：输出，C口下半部：输入 B端口：方式0输出 初始化：方式控制字为10110001B或B1H 初始化程序段： MOV DPTR,#0D003H ;假设控制口地址为D003H MOV A,#0B1h ;方式控制
16、字 MOVX DPTR,A,第一章 概述,（2）C口置位/复位控制字，可对C口的任一位置“1”或清“0”。,第一章 概述,8255A与8031的连接,8255A与8031的接口电路,3、8255A的应用,第一章 概述,例 ：下图是 8031 扩展 8255A 与打印机接口的电路。 8255A 的片选线为P0.7，打印机与 8031 采用查询方式交换数据。打印机的状态信号输入给PC7，打印机忙时BUSY=1，打印机的数据输入采用选通控制，当STB上出现负跳变时数据被打入，要求编写向打印机输出 80 个数据的程序。设 8255A 的A、 B、C和控制寄存器的口地址分别为：7CH、7DH、7EH和7
17、FH。,第一章 概述,图 ： 8031扩展打印机接口8255A,第一章 概述,分析：8255A采用方式0, 由PC0 模拟产生STB信号。因PC7输入, PC0输出, 则方式选择命令字为: 10001110B=8EH。 自内部RAM 20H单元开始向打印机输出80个数据的程序：,MOV R0, 7FH ; R0 指向控制口 MOV A, 8EH ; 方式控制字为8EH MOV R0 , A ; 送方式控制字 MOV R1, 20H ; 送内部RAM数据块首地址至指针R1 MOV R2, 50H ; 置数据块长度,第一章 概述,LP: MOV R0, 7EH ; R0指向C口 LP1: MOVX
18、 A, R0 ; 读PC7连接BUSY状态 JB ACC.7, LP1 ; 查询等待打印机 MOV R0, 7CH ; 指向A口 MOV A, R1 ; 取RAM 数据 MOVX R0, A ; 数据输出到A口锁存 INC R1 ; RAM地址加1 MOV R0, 7FH ; R0指向控制口 MOV A, 00H ; PC0复位控制字 MOVX R0, A ; PC0=0, 产生STB的下降沿 MOV A, 01H ; PC0置位控制字 MOVX R0, A ; PC0=1, 产生STB的上升沿 DJNZ R2, LP ; 未完, 则反复,第一章 概述,理解并掌握I/O相关概念 掌握MCS-51内部4个并行I/O口的功能及其应用。 了解I/O口的扩展方法，熟悉8255A的基本特性及其应用等。,本章总结,