第7章 单片机系统的扩展与接口技术（课件）-《单片机技术及应用》同步教学（西安科大版）

第7章 单片机系统的扩展与接口技术 外围设备与CPU交换信息时，具有以下特点 速度不匹配：速度远低于CPU，且范围宽，如硬盘比打印机快很多。 时序不匹配：无法与CPU的时序取得统一。 信息格式不匹配：如发送和接收方一个为串行格式，而另一个为并行格式；一个为二进制格式，而另一个为ACSII和BCD等格式。 信息类型不匹配：有数字信号，也有模拟信号，有正逻辑和负逻辑。 所以，在CPU与I/O设备间通信时必须要一个起协调作用的电路，即接口电路。 7.1 MCS-51系列单片机I/O口扩展 扩展外部I/O接口时要注意以下几个方面： (1) 设计合理的地址译码电路，防止扩展的I/O通道寄存器与扩展的外部数据存储器的地址空间分配有冲突，造成单片机不能正常读/写数据存储器或控制I/O口。 (2) 分析接口电路的读或写操作时序和MCS-51单片机总线操作时序是否匹配，防止扩展的I/O接口寄存器不能正常锁存数据或输入数据。 (3) 输入通道采用三态结构，输出通道采用锁存结构。禁止输入通道直接与数据总线连接，两者之间必须用三态缓冲门隔离；数据总线和地址总线不具有记忆或锁存功能，为了能够保存输出端口的稳定状态，输出端口必须采用锁存器结构。 (4) 必须清楚了解接口电路的电平是否匹配，驱动能力与负责是否匹配等。 简单I/O接口扩展 1. 用三态缓冲器扩展8位并行输入口 2. 用锁存器扩展简单的8位输出口 基于可编程芯片8255A的扩展 1. 8255A芯片外部引脚 基于可编程芯片8255A的扩展 2. 8255A芯片内部结构 基于可编程芯片8255A的扩展 2. 8255A芯片内部结构 8255A内部有3个可编程的并行I/O端口：PA口、PB口和PC口。每个口8位，提供24根I/O信号线。每个口都有一个数据输入寄存器和一个数据输出寄存器，输入时有缓冲功能，输出时有锁存功能。其中C口又可分为两个独立的4位端口：PC0～PC3和PC4～PC7。A口和C口的高4位合在一起称为A组，通过图中的A组控制部件控制；B口和C口的低4位合在一起称为B组，通过图中B组控制器控制。 基于可编程芯片8255A的扩展 2. 8255A芯片内部结构 8255A有4个端口寄存器：A寄存器、B寄存器、C寄存器和控制口寄存器，通过控制信号和地址信号对这4个端口寄存器的操作如表7-1所示。 基于可编程芯片8255A的扩展 3. 8255A的控制字 ① 工作方式控制字 基于可编程芯片8255A的扩展 3. 8255A的控制字 ② C端口置位/复位（置1/置0 ）控制字 基于可编程芯片8255A的扩展 4. 8255A工作方式 8255A有3种工作方式：方式0、方式1、方式2 (1)方式0：方式0是一种基本的输入/输出方式。在这种方式下，三个端口都可以由程序设置为输入或输出，没有固定的应答信号。 (2)方式1：方式1是一种选通I/O方式。在这种工作方式下，端口A和B作为数据输入输出口，既可以作输入，也可作输出，输入和输出都具有锁存能力。端口C用作输入/输出的应答信号。 (3)方式2：方式2是一种双向选通输入/输出方式。只适合于端口A。这种方式能实现外设与8255A的A口双向数据传送，并且输入和输出都是锁存的。它使用C口的5位作应答信号，两位作中断允许控制位。 基于可编程芯片8255A的扩展 5. 8255A的初始化编程 8255A占4个地址，即A口、B口、C口和控制寄存器各占一个，对同一个地址分别可进行读、写操作。初始化有两个控制命令字：方式选择控制字和C口按位置/复位控制字，都写入8255A的最后一个地址，即A1A0=11时，相应的端口中。 基于可编程芯片8255A的扩展 6. 8255A与单片机连接 8255A与MCS-51单片机的连接包含数据线、地址线、控制线的连接。 ① 数据线：数据线直接与MCS-51单片机的数据线相连； ② 地址线：8255A的地址线A0和A1一般与MCS-51单片机地址总线的低位相连，用于对8255A的4个端口进行选择； ③ 控制线：8255A控制线中的读信号线、写信号线与MCS-51单片机的片外数据存储器的读/写信号线直接连接，片选信号线 的连接与存储器芯片的片选信号线的连接方法相同，用于决定8255A内部端口地址的地址范围。 基于可编程芯片8255A的扩展 6. 8255A与单片机连接 基于可编程芯片8255A的扩展 6. 8255A与单片机连接 图中，8255A的数据线与8051单片机的数据总线相连，读、写信号线对应相连，地址线A0、A1与单片机的地址总线的A0和A1相连，片选信号CS与8051的P2.0相连。则8255A的A口、B口、C口和控制口的地址分别是：FEFCH，FEFDH，FEFEH，FEFFH。如果设定8255A的A口为方式0输入，B口为方式0输出，则初始化程序为： MOV A，#90H MOV DPTR，#0FEFFH MOVX @DPTR，A 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 1. 键盘基本工作原理 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 2. 按键抖动与去抖动 抖动:一次按键，单片机收到一串数码 去抖动方法：硬件消抖和软件消抖 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 查询方式工作的独立式键盘 单片机可采用随机扫描或定时扫描的方式监视P1口各位是否输入低电平，以此判断键盘有无按键输入 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 中断方式工作的独立式键盘 当其中有一个键按下时，一方面单片机收到外部中断0端口的中断请求信号；另一方面，与被按下键连接的引脚被接地，该引脚上呈现低电平。这样一来，单片机可以通过判断有无外部中断0请求信号来确定有无按键按下，并在随后的中断服务程序中，通过检测P1口被拉低的位，来最终确定是哪一个键被按下。 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 1. 矩阵式键盘结构 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 2. 矩阵式键盘按键识别 ① 扫描法 ② 线反转法 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 2. 矩阵式键盘按键识别 ① 扫描法 第1步，识别键盘有无键按下； 第2步，如有键被按下，识别出具体的键位。 7.2 MCS-51单片机与键盘的接口 2. 矩阵式键盘按键识别 ② 线反转法 第1步，让行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全低电平，则行线中电平由高变低的所在行为按键所在行。 第2步，再把行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出为全低电平，则列线中电平由高变低所在列为按键所在列。 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 LED数码管显示原理 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 为了使LED数码管显示呈现出不同的字符，就应按需将八段数码管中的某些段点亮，这种控制发光二极管发光的7位(考虑小数点时，是8位)二进制编码称为字段码。 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 LED数码管的显示译码 (1) 硬件译码 (2) 软件译码 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 LED数码管的显示方式 1. 静态显示方式 2. 动态扫描显示方式 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 1. 静态显示方式 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 2. 动态扫描显示方式 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 1. 硬件译码、静态显示 7.3 MCS-51单片机与LED显示器接口 2. 软件译码、动态显示 $$