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1、安全生产技术安全生产事故案例分析,第九章 MCS一51单片机并行I/O接口的扩展,安全生产技术安全生产事故案例分析,第十章 MCS一51单片机并行I/O接口的扩展 第一节 概 述 一、为什么要扩展I/O接口 在单片机系统中主要有两类数据传送操作，一类是单片机和存储器之间的数据读写操作；另一类则是单片机和其它设备之间的数据输入输出（I/O）操作。 存储器是半导体电路，与单片机具有相同的电路形式和信号形式，能相互兼容直接使用。存储器与单片机之间的连接十分简单，主要包括地址线、数据线、读写选通信号。,安全生产技术安全生产事故案例分析,单片机与控制对象或外部设备之间的数据传送却十分复杂。其复杂性主要表
2、现在以下几个方面： 1、速度差异大 慢速设备如开关、继电器、机械传感器等，每秒钟传送不了一个数据；而高速采样设备，每秒钟要传送成千上万个数据位。面对速度差异如此之大的各类设备，单片机无法以一个固定的时序同它们按同步方式协调工作。 2、设备种类繁多 单片机应用系统中的控制对象或外部设备种类繁多，它们既可能是机械式的，又可能是机电式的，还可能是电子式的。由于不同设备之间性能各异、对数据的要求互不相同，因此无法按统一格式进行数据传送。 3、数据信号形式多种多样 单片机应用系统所面对的数据形式也是多种多样的，例如既有电压信号，也有电流信号；既有数字形式，还有模拟形式。,安全生产技术安全生产事故案例分析
3、,二、扩展I/O接口电路的功能 在单片机应用系统中，扩展1/O接口电路主要是针对如下几项功能： 1.速度协调 由于速度上的差异，使得单片机的I/O数据传送只能以异步方式进行。设备是否准备好，需要通过接口电路产生或传送设备的状态信息，以此实现单片机与设备之间的速度协调。 2.输出数据锁存 在单片机应用系统中，数据输出都是通过系统的公用数据通道（数据总线）进行的，单片机的工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速输出设备的需要。在扩展I/O接口电路中应具有数据锁存器，以保存输出数据直至能为输出设备所接收。,安全生产技术安全生产事故案例分析,3.输入数据三态缓冲 数据输入时，输入设
4、备向单片机传送的数据要通过数据总线，但数据总线是系统的公用数据通道，上面可能“挂”着多个数据源，工作比较繁忙。为了维护数据总线上数据传送的“次序”，因此只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余数据源都必须与数据总线处于隔离状态。为此要求接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。 4.数据转换 单片机只能输入和输出数字信号，但是有些设备所提供或所需要的并不是数字信号形式。为此，需要使用接口电路进行数据信号的转换，其中包括：模/数转换和数/模转换。,安全生产技术安全生产事故案例分析,三、MCS一51单片机常用的扩展器件 MCS一51单片机常用的扩展器件有如下三类： 常规逻辑电路、锁存器
5、，如74LS377，74LS245。 MCS80/85并行接口电路，如8255。 RAM/IO综合扩展器件，如8155。,安全生产技术安全生产事故案例分析,第二节 简单I/O接口的扩展 当所需扩展的外部1/O口数量不多时，可以使用常规的逻辑电路、锁存器进行扩展。这一类的外围芯片一般价格较低而且种类较多，常用的如：74LS377、74LS245、74LS373、74LS244、74LS273、74LS577、74LS573。,安全生产技术安全生产事故案例分析,一、74LS377芯片及扩展举例 下图是74LS377的引脚图和功能表。74LS377是一种8D触发器，它的/E端是控制端、CLK端是时钟
6、端，当它的/E端为低电平时只要在CLK端产生一个正跳变，D1D7将被锁存到QOQ7端输出，在其他情况下Q0Q7端的输出保持不变。 如图使用了一片74LS377扩展输出口，如果将未使用到的地址线都置为1则可以得到该片74LS377的地址为7FFFH。如果要从该片74LS377输出数据到单片机中可以执行如下指令： MOV DPTR，7FFFH MOVX DPTR，A,安全生产技术安全生产事故案例分析,安全生产技术安全生产事故案例分析,二、74LS245芯片及扩展举例 图是74LS245的引脚图和功能表。74LS245是一种三态输出的8总线收发驱动器，无锁存功能。它的G端和DIR端是控制端，当它的G
7、端为低电平时，如果DIR为高电平，则74LS245将A端数据传送至B端；如果DIR为低电平，则74LS245将B端数据传送至A端。在其他情况下不传送数据，并输出高阻态。 如图使用了一片74LS245扩展输人口，如果将未使用到的地址线都置为1，则可以得到该片74LS245的地址为7FFFH。如果单片机要从该片74LS245输人数据，可以执行如下指令：,安全生产技术安全生产事故案例分析,安全生产技术安全生产事故案例分析,三、74LS244芯片及扩展举例 74LS244芯片的引脚排列：,安全生产技术安全生产事故案例分析,该芯片内部有2个4位的三态缓冲器，一片74LS244可以扩展一个8位输入口，其电
8、路连接如图710所示。使用时以/CE作为数据选通信号。,安全生产技术安全生产事故案例分析,应用举例： 1、使用多片74LS244实现多个输入口扩展的电路连接如图所示，使用或门74LS32的输出作为输入口的选通信号。或门的两个输入端一个是读选通信号/RD，另一个则为P2口的一条口线（线选法）。当它们都为低电平时，才能得到一个有效的输入选通，使一片74LS244的8位数据进行输入。,安全生产技术安全生产事故案例分析,2、一个拨盘可产生一个BCD码形式的十进制数(4位)。现有A、B、C、D4个拨盘，要求把它们产生的BCD码数依次输入到通用寄存器R4(B、A)、R5(D、C)中去。每个BCD码需4条输
9、入线，4个BCD码则共需16条愉入线，即2个8位口(1口和2口），因此用两片74LS244就可构成其输入接口，电路连接如图7.12所示。 P2.7、P2.6分别作为1#口和2#口的地址选通线（线选法）。假定其它地址线为1，则1#输入口地址为7FFFH，2#输入口地址为0BFFFH。 数据输入程序： MOV DPTR，7FFFH；1口地址 MOVX A，DPTR；从拨盘取数 MOV R4，A MOV DPTR，0BFFFH；2口地址 MOVX A，DPTR；从拔盘取数 MOV R5，A,安全生产技术安全生产事故案例分析,安全生产技术安全生产事故案例分析,第三节 8155可编程接口及扩展技术 81
10、55具有3个可编程I/O口，其中2个口(A和B)为8位口，1个口(C)为6位口，256单元的RAM和1个14位计数结构的定时器计数器。 一、8155芯片结构 在与单片机接口的方向，8155提供如下信号： nAD7 AD0 地址数据复用线。 nALE地址锁存信号。除进行AD7 AD0的地址锁存控制外，还用于把片选信号/CE和IOM等信号进行锁存。 n/RD读选通信号。 n/WR写选通信号。 n/CE片选信号。 nIOM I/O与RAM选择信号。IO/M=0对RAM进行读写； IOM=l时I/O口进行读写。 nRESET复位信号。8155以600 ns的正脉冲进行复位，复位后A、B、C口均置为输入
11、方式。,安全生产技术安全生产事故案例分析,安全生产技术安全生产事故案例分析,二、I/O口及其工作方式 PA和PB是8位通用输入输出口，主要用于数据的I/O传送，是数据口，只有输入输出两种工作方式。 PC口为6位口，它既可作数据口用于数据的I/O传送，也可作控制口，用于传送控制信号和状态信号。PC口共具有4种工作方式，即：输入方式、输出方式、PA口控制端口方以及PA和PB口控制端口方式。 当PA或PB以中断方式进行数据传送时，所需的联络信号由PC提供，各联络信号如表：,安全生产技术安全生产事故案例分析,联络信号共有3个，其中：、 INTR中断请求信号（输出），高电平有效。送给MCS- 51单片机
12、的外中断请求信号。 BF缓冲器满状态信号（输出），高电平有效。 STB选通信号（输入），低电平有效。数据输入操作时STB是外设送来的选通信号；数据输出时STB是外设送来的应答信号。,安全生产技术安全生产事故案例分析,三、RAM单元及I/O口编址 8155共有256个RAM单元，加上6个可编址的端口，这6个端口是：命令状态寄存器、PA口、PB口、PC口、定时器计数器低8位以及定时器计数器高8位。8155引入8位地址AD7-AD0，无论是RAM还是可编址口都使用这8位地址进行编址。如表所示。,安全生产技术安全生产事故案例分析,四、8155与MCS-51单片机的连接 信号的对应关系如下：,安全生产技
13、术安全生产事故案例分析,举例：,安全生产技术安全生产事故案例分析,五、8155的命令字及状态字的格式及用法 8155的命令字和状态字寄存器共用一个地址，命令字寄存器只能写不能读，状态字寄存器只能读不能写。,安全生产技术安全生产事故案例分析,六、8155的定时器计数器 1.定时器计数器的计数结构 8155的定时器计数器是一个14位的减法计数器，由两个8位寄存器构成，以其中的低14位组成计数器，两个高位（M2、M1）用于定义计数器输出的信号形式。 8155定时器计数器的计数结构如下：,安全生产技术安全生产事故案例分析,2.定时器计数器的使用 8155的定时器计数器与MCS-51单片机芯片内部的定时
14、器计数器在功能上是完全相同的，即同样具有定时和计数两种功能。但是在使用上却与MCS- 51的定时器计数器有许多不同之处。具体表现在： 8155的定时器计数器是减法计数，MCS-51的定时器计数器是加法计数。确定计数初值的方法是不同的。 MCS - 51的定时器计数器有多种工作方式。8155的定时器计数器则只有一种固定的工作方式，即14位计数，通过软件方法进行计数值加载。 MCS- 51的定时器计数器有两种计数脉冲。当定时工作时，由芯片内部按机器周期提供固定频率的计数脉冲；当计数工作时，从芯片外部引入计数脉冲。8155的定时器计数器，不论是定时工作还是计数工作，都由外部提供计数脉冲， 其信号引脚
15、就是TIMER IN。,安全生产技术安全生产事故案例分析,MCS- 51的定时器计数器，计数溢出自动置位TCON寄存器的计数溢出标志位(TF)，供用户以查询或中断方式使用；但8155的定时器计数器，计数溢出时向芯片外边输出一个信号（TIMER OUT）。这一信号还有脉冲和方波两种形式，供用户进行选择。具体由M2M1，两位定义： M2M1=00单个方波 M2M1=01连续方波 M2M1=10单个脉冲 M2M1=11连续脉冲 这4种输出形式如图7.26所示。,安全生产技术安全生产事故案例分析,3.定时器计数器的控制 8155定时器计数器的工作方式由命令字中的高两位D7D6进行控制。具体说明知下：
16、D7D6=00不影响计数器工作。 D7D6=01停止计数。如计数器未启动则无操作，知计数器正运行则停止计数。 D7D6=10达到计数值（计数器减为0）后停止。 D7D6=11启动。如计数器没运行，则在装入计数值后开始计数；如计数器已运行，则在当前计数值计满后，再以新的计数值进行计数。,安全生产技术安全生产事故案例分析,七、应用举例 例 要求使用8155定时器计数器对计数脉冲进行千分频，即计数1000后，TIMER OUT端电平状态变化，并重新送数以产生连续方波。此外假定PA口为输入方式，PB口为输出方式，PC口为输入方式，禁止中断。请编写初始化程序。 解 此题共两项任务：计数初值的确定和命令字
17、的确定。 计数器的最高两位M2M1=01，计数器的其它14位装入计数初值。由于8155计数器是减法计数，所以计数初值应为十进制数1000，十六进制数为03E8H。则：计数器高位字节为43H，计数器低位字节为0E8H，按上述要求，8155的命令字为0C2H。各位状态为：,安全生产技术安全生产事故案例分析,由于命令字的高两位D7D6=11，因此在装入计数值后，计数器即开始计数。假定命令状态寄存器地址为0FD00H。则初始化程序为： MOV DPTR，#0FD00H；命令状态寄存器地址 MOV A，0C2H；命令字 MOVX DPTR，A；装入命令字 MOV DPTR，#0FD04H；计数器低8位地
18、址 MOV A，0E8H；低8位计数位 MOVX DPTR，A；写入计数值低8位 INC DPTR；计数器高8位地址 MOV A，#43H；高8位计数值 MOVX DPTR，A；写入计数值高8位,安全生产技术安全生产事故案例分析,例：若A口定义为基本的输人方式，B口定义为基本的输出方式，对输入脉冲进行200分频，写出8155的1/O初始化程序。 RAM字节地址：7E00H-7EFFH（P2.0=0） I/O接口地址： 命令状态口：7F00H PA口：7F01H PB口：7F02H PC口：7F03H 定时器低8位：7F04H 定时器高8位：7F05H,安全生产技术安全生产事故案例分析,ORG
19、1000H START：MOV SP，60H MOV R6，0FFH DJNZ R6，START MAIN：MOV DPTR，7F04H；指向定时器低8位 MOV A，0C8H；计数常数OC8H MOVX DPTR，A；计数常数低8位装人 INC DPL；指向定时器高8位 MOV A，40H；设定时器连续方波输出 MOVX DPTR，A；指向命令状态口 MOV A，# 0C2H；命令控制字设定 MOVX DPTR，A；A口为基本的输入方式，B口为基本的输出方式，开定时器,安全生产技术安全生产事故案例分析,例 如果要实现L0L3灭，L4L7亮，编制程序。 LED：MOV DPTR，7FFOH；写
20、方式控制字，PA口为基本1/O口输出 MOV A，01H MOVX DPTR，A MOV DPTR，7FFIH；往PA口写数，控制灯 MOV A，0FH MOVX DPTR，A RET,安全生产技术安全生产事故案例分析,例 如图9-18，要求使用8155的定时器/计数器使得TO口输出的脉冲周期是TI输人脉冲周期的10倍。试编程实现。 图中，命令/状态字地址：7FF0H，定时器/计数器低、高字节地址：7FF4H、7FF5H。可以编制如下子程序： PUS：MOV DPTR，7FF4H；写定时器计数器工作方式和初值，方式1初值10 MOV A，#10 MOVX DPTR，A MOV DPTR，7FF5H MOV A，#40H MOVX DPTR，A MOV DPTR，7FF0H；启动定时器计数器 MOV A，C0H MOVX DPTR，A RET,安全生产技术安全生产事故案例分析,