AT89S51單片機的IO擴展PPT課件

1、第第9 9章章 AT89S51AT89S51單片機的單片機的I/OI/O擴展擴展1成都理工大學工程技術(shù)學院成都理工大學工程技術(shù)學院自動化工程系自動化工程系第1頁/共91頁2 第第9章章 目錄目錄9.1 I/O接口擴展概述接口擴展概述 9.1.1 擴展的I/O接口功能 9.1.2 I/O端口的編址 9.1.3 I/O數(shù)據(jù)的傳送方式 9.1.4 I/O接口電路9.2 AT89S51擴展擴展I/O接口芯片接口芯片82C55的設計的設計 9.2.1 82C55芯片簡介 9.2.2 工作方式選擇控制字及端口PC置位/復位控制字 9.2.3 82C55的3種工作方式 9.2.4 AT89S51單片機與82

2、C55的接口設計第2頁/共91頁39.3 AT89S51擴展擴展I/O接口芯片接口芯片81C55的設計的設計 9.3.1 81C55芯片介紹 9.3.2 81C55的工作方式 9.3.3 AT89S51單片機與81C55的接口設計及軟件編程9.4 利用利用74LSTTL電路擴展并行電路擴展并行I/O口口9.5 用用AT89S51單片機的串行口擴展并行口單片機的串行口擴展并行口 9.5.1 用74LS165擴展并行輸入口 9.5.2 用74LS164擴展并行輸出口9.6 用用I/O口控制的聲音報警接口口控制的聲音報警接口 9.6.1 蜂鳴音報警接口 9.6.2 音樂報警接口第3頁/共91頁4內(nèi)容

3、概要內(nèi)容概要AT89S51有4個I/O口P0P3，真正用作I/O口線的只有P1口口的8位I/O口線和P3P3口口的某些位線。因此，大多需要大多需要外部I/O接口的擴展。介紹AT89S51與兩種兩種常用的可編程I/O接口芯片82C55和81C55的擴展接口設計。此外還介紹使用廉價的74LSTTL芯片芯片擴展并行I/O接口以及用AT89S51串行口串行口來擴展并行I/O接口的設計。最后介紹使用I/O口控制口控制的聲音聲音報警報警接口。第4頁/共91頁9.1 I/O接口擴展概述接口擴展概述擴展I/O接口與擴展存儲器一樣，都屬于系統(tǒng)擴展系統(tǒng)擴展的內(nèi)容。擴展的I/O接口應該具有哪些功能？9.1.1 擴展

4、的擴展的I/O接口功能接口功能擴展的I/O接口電路主要應滿足以下功能要求。1實現(xiàn)和不同外設的速度匹配實現(xiàn)和不同外設的速度匹配大多數(shù)外設大多數(shù)外設的速度很慢速度很慢，無法和s量級的單片機速度量級的單片機速度相比。單片機在與外設間進行數(shù)據(jù)傳送時，只有在確認外設已為數(shù)據(jù)傳送做好準備做好準備的前提下才能進行數(shù)據(jù)傳送才能進行數(shù)據(jù)傳送。外設是否準備好，就需要I/O接口電路與外設之間傳送狀態(tài)信息傳送狀態(tài)信息，以實現(xiàn)單片機與外設之間的速度匹配。5第5頁/共91頁2輸出數(shù)據(jù)鎖存輸出數(shù)據(jù)鎖存與外設比，單片機的工作速度快，與外設比，單片機的工作速度快，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上保留的時間十分短暫數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上保留的時間十分

5、短暫，無，無法滿足慢速外設的數(shù)據(jù)接收。所以在擴展的法滿足慢速外設的數(shù)據(jù)接收。所以在擴展的I/O接口電路中接口電路中應有輸出數(shù)據(jù)鎖存器應有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，以保證輸出數(shù)據(jù)能以保證輸出數(shù)據(jù)能為慢速的接收設備為慢速的接收設備所接收。所接收。3輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線上可能上可能“掛掛”有多個數(shù)據(jù)源有多個數(shù)據(jù)源，為使傳送數(shù)據(jù)時，為使傳送數(shù)據(jù)時不發(fā)生沖突不發(fā)生沖突，只允許當，只允許當前時刻前時刻正在接收數(shù)據(jù)的正在接收數(shù)據(jù)的I/O接口使用數(shù)據(jù)總線接口使用數(shù)據(jù)總線，其余的其余的I/O接口接口應處于隔離狀態(tài)應處于隔離狀態(tài)，為此要求為此要求I/O接口電路能為數(shù)據(jù)輸入提供三態(tài)緩沖功能。接口電

6、路能為數(shù)據(jù)輸入提供三態(tài)緩沖功能。6第6頁/共91頁9.1.2 I/O端口的編址端口的編址介紹I/O端口編址端口編址之前，首先要弄清楚I/O接口接口和I/O端口端口的概念。I/O接口接口是單片機與外設間的連接電路的總稱。I/O端口端口（簡稱I/O口）是指I/O接口電路中具有單元地址的寄存器或緩沖器。一個I/O接口芯片可以有多個I/O端口，如數(shù)據(jù)口，命令口，狀態(tài)口數(shù)據(jù)口，命令口，狀態(tài)口。當然，并不是所有的外設都一定需要3種端口齊全的I/O接口。每個I/O接口中的端口接口中的端口都要有地址都要有地址，以便AT89S51通過讀寫端口來和外設交換信息和外設交換信息。常用的I/O端口端口編址編址有兩種方式

7、，獨立編址方式獨立編址方式與統(tǒng)一編址方式統(tǒng)一編址方式。7第7頁/共91頁1獨立編址獨立編址I/O端口地址空間和存儲器地址空間分開編址。優(yōu)點是I/O地址空間和存儲器地址空間相互獨立，界限分明。但需要設置一套專門的讀寫I/O端口的指令和控制信號。2統(tǒng)一編址把I/O端口與數(shù)據(jù)存儲器單元同等對待。I/O端口和外部數(shù)據(jù)存儲器RAM統(tǒng)一編統(tǒng)一編址址。因此外部數(shù)據(jù)存儲器空間也包括I/O端口在內(nèi)。優(yōu)點優(yōu)點是不需專門的I/O指令。缺點缺點是需要把數(shù)據(jù)存儲器單元地址與是需要把數(shù)據(jù)存儲器單元地址與I/O端口的地址端口的地址劃分清楚劃分清楚，避免數(shù)據(jù)沖突。8第8頁/共91頁9.1.3 I/O數(shù)據(jù)的傳送方式數(shù)據(jù)的傳送方

8、式為了實現(xiàn)和不同外設的速度匹配速度匹配，必須根據(jù)不同外設選擇恰當?shù)腎/O數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式。I/O數(shù)據(jù)傳送方式有：同步傳送、異步傳送和中斷傳送。1同步傳送同步傳送同步傳送又稱無條件傳送。當外設速度和單片機的速度相比擬時，常采用同步傳送方式，典型的同步傳送是單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器之間單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送。2查詢傳送查詢傳送又稱有條件傳送（也稱異步式傳送）。通過查詢外設“準備好”后，再進行數(shù)據(jù)傳送。優(yōu)點是通用性好，硬件連線和查詢程序簡單，但工作效率不高。9第9頁/共91頁3中斷傳送中斷傳送為了提高提高單片機對外設的工作效率工作效率，通常采用中斷傳送方式，來實現(xiàn)I/O數(shù)

9、據(jù)的傳送。單片機只有在外設準備好后，才中斷主程序的執(zhí)行只有在外設準備好后，才中斷主程序的執(zhí)行，從而進入與外設數(shù)據(jù)傳送的中斷服務子程序，進行數(shù)據(jù)傳送。中斷服務完成后又返回主程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行。采用中斷方式可大大提高工作效率提高工作效率。9.1.4 I/O接口電路接口電路常用的外圍I/O接口芯片：（1）82C55：可編程通用并行接口（3個8位I/O口）。10第10頁/共91頁（2）81C55：可編程的IO/RAM擴展接口電路（2個8位I/O口，1個6位I/O口，256RAM單元，1個14位的減法計數(shù)器）。都可以和AT89S51直接連接，接口邏輯簡單。9.2 AT89S51擴展擴展I/O接口芯片接口

10、芯片82C55的設計的設計先介紹可編程并行I/O接口芯片82C55的應用特性應用特性，然后介紹AT89S51與82C55的接口電路接口電路以及軟件設計軟件設計。9.2.1 82C55芯片簡介芯片簡介Intel公司的可編程并行I/O接口芯片，3個個8位并行位并行I/O口，口，3種工作方式，種工作方式，單片機與多種外設連接時的中間中間接口電路。接口電路。引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖圖9-1和圖圖9-2所示所示。11第11頁/共91頁12圖圖9-1 82C55的引腳圖的引腳圖 圖圖9-2 82C55的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第12頁/共91頁1引腳說明引腳說明共40個引腳個引腳，引腳功能如下引腳功能如下：D7D0：

11、三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機的P0口連接，用來與單片機之間傳送數(shù)據(jù)信息。 ：片選信號線，低有效，表示本芯片被選中。 ：讀信號線，低有效，讀82C55端口數(shù)據(jù)的控制信號。 ：寫信號線，低電平有效，用來向82C55寫入端口數(shù)據(jù)的控制信號。VCC：+5V電源。13CSRDWR第13頁/共91頁PA7PA0：端口A輸入/輸出線。PB7PB0：端口B輸入/輸出線。PC7PC0：端口C輸入/輸出線。A1、A0：地址線，用來選擇82C55內(nèi)部的4個端口。RESET：復位引腳，高電平有效。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖圖9-2所示所示，3個并行數(shù)據(jù)輸入個并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口輸出端口，兩種工作方式兩種工作方式的控制電路，

12、一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部件的功能如下：14第14頁/共91頁（1）端口）端口PA、PB、PC3個8位并行口PA、PB和PC，都可以選為輸入/輸出工作模式，功能和結(jié)構(gòu)上有差異。PA口：口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存輸入鎖存器。PB口：口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器輸入緩沖器。PC口：口：一個8位的輸出鎖存器輸出鎖存器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器輸入緩沖器。通常PA口、口、PB口口作為輸入/輸出口，PC口口既可作為輸入/輸出口，也可在軟件控制下，分為兩個4位的端口，作為端口PA、PB選

13、通方式操作時的狀態(tài)控制信號。15第15頁/共91頁（2）A組和組和B組控制電路組控制電路是兩組根據(jù)AT89S51寫入的“命令字命令字”控制82C55工作方式的控制電路。A組組控制PA口和PC口的上半部上半部（PC7PC4）；B組組控制PB口和PC口的下半部下半部（PC3PC0），并可用“命令字”來對端口PC的每一位實現(xiàn)按位置“1”或清“0”。（3）數(shù)據(jù)總線緩沖器）數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，作為82C55與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送用來傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。16第16頁/共91頁（4）讀）讀/寫控制邏輯電路寫控制邏輯電路接收接收AT89S51單片

14、機發(fā)來單片機發(fā)來的控制信號控制信號 、 、RESET、地址信號地址信號A1、A0等，然后根據(jù)控制信號的要求，端口數(shù)據(jù)被AT89S51單片機讀出，或者將AT89S51單片機送來的數(shù)據(jù)寫入端口。各端口工作狀態(tài)與控制信號的關(guān)系見表表9-1。17RDWR第17頁/共91頁18RDWRCS第18頁/共91頁9.2.2 工作方式選擇控制字及端口工作方式選擇控制字及端口PC置位置位/復位控制字復位控制字可向向82C55控制寄存器寫入兩種控制寄存器寫入兩種不同的控制字不同的控制字。1工作方式選擇控制字工作方式選擇控制字82C55有3種種基本工作方式：（1）方式）方式0基本輸入/輸出；（2）方式）方式1選通輸入

15、/輸出；（3）方式）方式2雙向傳送（僅PA口有此工作方式）。3種工作方式方式控制字來決定。格式格式如圖圖9-3所示所示。最高位D7=1，為本方式控制字的標志標志，以便與另一控制字相區(qū)別（最高位D7 = 0）。19第19頁/共91頁20圖圖9-3 82C55的方式控制字格式的方式控制字格式第20頁/共91頁PCPC口分兩部分口分兩部分，隨，隨PAPA口口稱為稱為A A組組，隨，隨PBPB口口稱為稱為B B組組。其中。其中PAPA口口可工作于方式可工作于方式0 0、1 1和和2 2，而，而PBPB口口只能工作在只能工作在方方式式0 0和和1 1。【例例9-19-1】AT89S51AT89S51向向

16、82C5582C55的控制字寄存器寫入的控制字寄存器寫入工作方式控制字工作方式控制字95H95H，根據(jù)，根據(jù)圖圖9-39-3，將，將82C5582C55編程設置為：編程設置為：PAPA口方式口方式0 0輸入，輸入，PBPB口方式口方式1 1輸出，輸出，PCPC口的上半部分（口的上半部分（PC7PC7PC4PC4）輸出，）輸出，PCPC口的下半部分（口的下半部分（PC3PC3PC0PC0）輸）輸入。入。MOVMOVDPTRDPTR，# #H H；控制字寄存器端口地址；控制字寄存器端口地址；H H送送DPTR DPTR MOV MOV A A，#95H#95H； 方式控制字方式控制字95H95H送

17、送A AMOVXMOVX DPTRDPTR，A A； 控制字控制字95H95H送控制字寄存器送控制字寄存器21第21頁/共91頁2PC口按位置位口按位置位/復位控制字復位控制字為另一控制字。即PC口中任何一位，可用一個寫入82C55控制口的置位置位/復位控復位控制字制字來對PC口按位置置“1”或清“0”。用于位控位控。格式如圖圖9-4所示所示?！纠?-2】 AT89S51向82C55的控制字寄存器寫入工作方式控制字工作方式控制字07H，則PC3置置1；08H寫入控制口，則PC4清清0。程序段如下：MOV DPTR，#H； 控制寄存器端口地址；H送DPTR MOV A，#07H； 方式控制字0

18、7H送A22第22頁/共91頁23圖圖9-4 PC口按位置位口按位置位/復位控制字格式復位控制字格式第23頁/共91頁MOVXDPTR，A； 控制字07H送控制寄存器，把PC3置1MOV DPTR，#H； 控制字寄存器端口地址送DPTR MOV A，#08H； 方式控制字08H送AMOVXDPTR，A； 08H送控制字寄存器，PC4清024第24頁/共91頁9.2.3 82C55的的3種工作方式種工作方式1方式方式0是基本輸入基本輸入/輸出方式輸出方式。T89S51可對82C55進行I/O數(shù)據(jù)的無條件傳送無條件傳送。例如，例如，AT89S51單片機從82C55的某一輸入口讀入一組開關(guān)狀態(tài)，從8

19、2C55輸出控制一組指示燈的亮、滅。并不需要任何條件，并不需要任何條件，外設I/O數(shù)據(jù)可在82C55的各端口得到鎖存和緩沖。因此，方式方式0稱為基本輸入基本輸入/輸出方輸出方式式。方式0下，3個端口都可以由軟件設置為輸入或輸出，不需要應答聯(lián)絡信號。方式0的基本功能基本功能如下：25第25頁/共91頁26（1）具有兩個8位端口（PA、PB）和兩個4位端口（PC的上半部分和下半部分）。（2）任何端口都可以設定為輸入或輸出，各端口的輸入、輸出共有16種組合。PA口、口、PB口和口和PC口口均可設定為均可設定為方式方式0，并可根據(jù)需要，向控制寄存器寫入工作方式控制字，規(guī)定各端口為輸入或輸出方式。第26

20、頁/共91頁【例例9-3】假設82C55的控制字寄存器控制字寄存器端口地址為端口地址為FF7FH，令PA口和口和PC口口的高高4位位為方式0輸出，PB口口和PC口口的低低4位位為方式0輸入，初始化程序：MOV DPTR，#0FF7FH； 端口地址#0FF7F送DPTR MOV A，#83H； 方式控制字83H送AMOVXDPTR，A； 控制字83H送控制字寄存器27第27頁/共91頁2 2方式方式1 1是一種采用應答聯(lián)絡應答聯(lián)絡的輸入的輸入/輸出工作方式輸出工作方式。PA口、PB口皆可設成這種工作方式。在方式1下，82C55的PA口和口和PB口口通常用于I/O數(shù)據(jù)的傳送，PC口口用作PA口和P

21、B口的應答聯(lián)絡信號線應答聯(lián)絡信號線，以實現(xiàn)采用中斷方式來傳送I/O數(shù)據(jù)。PC口的PC7PC0的應答聯(lián)絡線是規(guī)定好的應答聯(lián)絡線是規(guī)定好的，其各位分配如如圖圖9-5和圖圖9-7所示，圖中，標有I/O的各位仍可用作基本輸入/輸出，不作應答聯(lián)絡用。下介紹方式1輸入/輸出時的應答聯(lián)絡信號應答聯(lián)絡信號與工作原理工作原理。28第28頁/共91頁（1）方式）方式1輸入輸入方式1輸入應答聯(lián)絡信號如圖圖9-5所示所示。其中 與IBF為一對一對應答聯(lián)絡信號。各應答聯(lián)絡信號應答聯(lián)絡信號的功能功能如下。n ：是由輸入外設輸入外設發(fā)給82C55的選通輸入信號選通輸入信號，低有效。nIBF：輸入緩沖器滿，應答信號。82C5

22、5通知外設已收到外設發(fā)來的且已進入輸入緩沖器的數(shù)據(jù)，高有效。nINTR：由82C55向AT89S51單片機發(fā)出的中斷請求信號，高有效。nINTEA：控制PA口是否允許中斷口是否允許中斷的控制信號，由PC4的置位/復位來控制。29STBSTB第29頁/共91頁nINTEB：控制PB口是否允許中斷的控制信號，由PC2的置位/復位來控制。方式1輸入如圖圖9-6所示所示。下面以PA口的方式1輸入為例，介紹方式方式1輸入的工作過程。輸入的工作過程。 當外設向82C55輸入一個數(shù)據(jù)并送到PA7PA0時，外設自動在 上向82C55發(fā)送一個低電平選通信號。 82C55收到 后，先把PA7PA0輸入的數(shù)據(jù)存入存

23、入PA口的輸入數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器，然后使輸出應答線IBF變?yōu)楦?，通知輸入外設，PA口已收到它送來的數(shù)據(jù)。 82C55檢測到 由低電平變?yōu)楦唠娖?、IBFA（PC5）為“1”狀態(tài)和中斷允許INTEA（PC4）=1時，使30STBSTBSTB第30頁/共91頁INTRA（PC3）變?yōu)楦唠娖剑┳優(yōu)楦唠娖?，向單片機發(fā)出中斷請求。INTEA的狀態(tài)可由用戶通過指令對PC4的單一置位/復位控制字來控制。 單片機響應中斷后，進入中斷服務子程序進入中斷服務子程序來讀取讀取PA口的外設發(fā)來的輸入數(shù)據(jù)口的外設發(fā)來的輸入數(shù)據(jù)。當輸入數(shù)據(jù)被單片機讀走后，82C55撤銷撤銷INTRA上的中斷請求上的中斷請求，并使IBFA變低

24、低，通知輸入外設通知輸入外設可傳送下一個輸入數(shù)據(jù)。31第31頁/共91頁32圖圖9-5 方式方式1輸入應答聯(lián)絡信號輸入應答聯(lián)絡信號第32頁/共91頁33圖圖9-6 PA口方式口方式1輸入工作過程示意圖輸入工作過程示意圖第33頁/共91頁（2）方式）方式1輸出輸出方式1輸出時，應答聯(lián)絡信號如圖圖9-7所示所示。 與與 構(gòu)成一對一對應答聯(lián)絡信號應答聯(lián)絡信號，應答聯(lián)絡信號功能如下。n ：端口輸出緩沖器滿信號，低有效，它是82C55發(fā)給外設的聯(lián)絡信號，表示外設可以將數(shù)據(jù)取走。n ：外設應答信號，低有效。表示外設已把82C55發(fā)出的數(shù)據(jù)取走。nINTR：中斷請求信號，高有效。表示該數(shù)據(jù)已被外設取走，向單

25、片機單片機發(fā)出中斷請求，如果AT89S51響應該中斷，在中斷服務子程序中向82C55寫入要輸出的下一數(shù)據(jù)。34OBFACKOBFACK第34頁/共91頁nINTEA控制PA口是否允許中斷，由PC6控制。nINTEB控制PB口是否允許中斷，由PC2控制。方式1輸出工作示意如圖圖9-8所示所示。以PB口的方式口的方式1輸出輸出為例，介紹工作過程。 AT89S51可以通過“MOVX Ri，A”指令把輸出數(shù)據(jù)送到B口的輸出數(shù)據(jù)鎖存器，82C55收到后便令輸出緩沖器滿引腳 （PC1）變低，以通知輸出設備輸出的數(shù)據(jù)已在PB口的PB7PB0上。 輸出外設收到 上低電平后，先從PB7PB0上取走輸出數(shù)據(jù)，然后

26、使 B 變低電平，以通知82C55輸出外設已收到82C55輸出的數(shù)據(jù)。35OBFACKOBF第35頁/共91頁36圖圖9-7 方式方式1輸出應答聯(lián)絡信號輸出應答聯(lián)絡信號第36頁/共91頁 圖圖9-8 PB口方式口方式1輸出工作過程示意圖輸出工作過程示意圖37第37頁/共91頁 82C55從應答輸入線 B收到低電平后就對 B 和中斷允許控制位INTEB狀態(tài)進行檢測，若皆為高電平，則INTRB變?yōu)楦唠娖阶優(yōu)楦唠娖蕉騿纹瑱C請求中斷。 AT89S51單片機響應響應INTRB上中斷請求后便可通過中斷服務程序把下一個輸出數(shù)據(jù)下一個輸出數(shù)據(jù)送到PB口的輸出數(shù)據(jù)鎖存器。重復上述過程，完成數(shù)據(jù)的輸出。3方式方

27、式2只有PA口才有方式2。圖圖9-9為工作示意圖。方式方式2是是方式方式1輸入輸入和和輸出輸出組合組合。PA7PA0為雙向I/O總線。當作為輸入口使用，PA7PA0受STBA 和IBFA控制；當作輸出端口輸出端口使用，PA7PA0受 A、 A 控制。38ACKOBFACKOBF第38頁/共91頁39圖圖9-9 PA口在方式口在方式2下的工作示意圖下的工作示意圖第39頁/共91頁方式方式2特別適用于像鍵盤、顯示器一類的外部設備特別適用于像鍵盤、顯示器一類的外部設備，因為有時需要把鍵盤上輸入的編碼信號通過PA口送給單片機，有時又需把單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)通過PA口送給顯示器顯示。9.2.4 AT89S5

28、1單片機與單片機與82C55的接口設計的接口設計1硬件接口電路硬件接口電路如圖9-10為AT89S51擴展一片82C55的電路。、經(jīng)經(jīng)74LS373與與82C55的的A1、A0連接連接；經(jīng)74LS373與片選端 相連，其它地址線懸空；82C55的控制線 、 直接與單片機 和和 端相連；單片機數(shù)據(jù)總線與82C55數(shù)據(jù)線D0D7連接。40CSRDWRRDWR第40頁/共91頁2確定確定82C55端口地址端口地址圖圖9-10中中82C55只有只有3條線與條線與AT89S51地址線相接，片選端地址線相接，片選端 、端口地址選擇端、端口地址選擇端A1、A0，分別接于，分別接于、和和，其他地址線全懸空。顯

29、然只要保證，其他地址線全懸空。顯然只要保證為低為低電平時，電平時，即可選中即可選中82C55；若；若、再為再為“00”，則選中，則選中82C55的的PA口。同理口。同理、為為“01”、“10”、“11”分別選中分別選中PB口、口、PC口及控制口。口及控制口。若端口地址用若端口地址用16位表示，其他無用端全設為位表示，其他無用端全設為“1”（也可把無用端全設為（也可把無用端全設為“0”），則），則82C55的的A、B、C及及控制口控制口地址地址分別為分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。41CS第41頁/共91頁42圖圖9-10 AT89S51單片機擴展一片單片機擴展一片82C5

30、5的接口電路的接口電路第42頁/共91頁如果沒有用到的位取“0”，則4個端口地址分別為個端口地址分別為0000H、0001H、0002H、0003H，只要保證 、A1、A0的狀態(tài)，無用位設為“0”或“1”均可。3軟件編程軟件編程在實際設計中，須根據(jù)外設的類型選擇82C55的操作方式，并在初始化程序中把相應控制字寫入控制口在初始化程序中把相應控制字寫入控制口。下面根據(jù)圖圖9-10，介紹對82C55進行操作的編程。【例例9-4】要求82C55工作在方式0，且PA口作為輸入，PB口、PC口作為輸出，程序如下：MOV A，#90H ；控制字送A MOV DPTR，#0FF7FH；控制寄存器地址FF7F

31、HDPTR43第43頁/共91頁MOVXDPTR，A；方式控制字控制寄存器MOV DPTR，#0FF7CH；PA口地址FF7CHDPTRMOVXA，DPTR；從PA口讀入數(shù)據(jù)AMOV DPTR，#0FF7DH；PB口地址FF7DHDPTRMOV A，#data1；要輸出的數(shù)據(jù)#data1AMOVXDPTR，A；將#data1送PB口輸出MOV DPTR，#0FF7EH；PC口地址DPTRMOV A，# data 2；數(shù)據(jù)#data 2AMOVXDPTR，A；將數(shù)據(jù)#data 2送PC口輸出44第44頁/共91頁【例例9-5】對端口PC的置位/復位。1PC口1中的任1一位，均可用指令來置位或復位

32、。例如，如果想把PC口的PC5置“1”，相應的控制字為00001011B = 0BH（關(guān)于82C55的PC口置位/復位的控制字說明見圖9-4）。程序如下：MOV R1，7FH；控制口地址；控制口地址7FHR1MOV A，0BH ；控制字；控制字0BHAMOVX R1， A ；控制字；控制字7FH控制口，把控制口，把PC5置置145第45頁/共91頁如果想把PC口的PC5復位復位，相應的控制字0AH，程序如下：MOV R1，7FH；控制口地址；控制口地址7FH R1MOV A，0AH；控制字；控制字0AHAMOVX R1，A；控制字；控制字7FH控制口，控制口， PC5清清082C55接口芯片在

33、AT89S51單片機應用系統(tǒng)中廣泛用于與各種外部數(shù)字設備的連接，如打印機、鍵盤、顯示器以及作為數(shù)字信息的輸入、輸出接口。46第46頁/共91頁9.3 AT89S51擴展擴展I/O接口芯片接口芯片81C55的設計的設計包含256B的RAM存儲器（靜態(tài)），RAM的存取時間為400ns，可編程的兩個兩個8位并行口位并行口PA和和PB，可編程的一個一個6位并行口位并行口PC，以及一個一個14位的減位的減1計數(shù)器計數(shù)器。PA口和口和PB口可工作于基本輸入口可工作于基本輸入/輸出方式輸出方式（同82C55的方式0）或選通輸入或選通輸入/輸出方式輸出方式（同82C55的方式1）。81C55可直接與AT89S

34、51相連，不需增加任何硬件邏輯電路。由于81C55片內(nèi)集成有I/O口、RAM和減1計數(shù)器，因而是被選用的I/O接口芯片之一。9.3.1 81C55芯片介紹芯片介紹介紹81C55芯片基本特性。47第47頁/共91頁181C55的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)如圖圖9-11。 圖圖9-11 81C55的邏輯結(jié)構(gòu)第48頁/共91頁281C55的引腳功能的引腳功能40引腳，采用雙列直插式封裝，如圖圖9-12所示所示。 圖圖9-12 81C55的引腳圖的引腳圖49第49頁/共91頁各引腳功能如下。（1）AD7AD0，為地址/數(shù)據(jù)線，與AT89S51單片機的P0口相連，用于分時傳送地址/數(shù)據(jù)信息。（2）I/O總線（總

35、線（22條）。條）。PA7PA0為通用I/O線，數(shù)據(jù)傳送方向由寫入81C55的命令字決定（圖9-13）；PB7PB0為通用I/O線，用于傳送PB口上的外設數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向也由寫入81C55的控制字決定。PC5PC0為數(shù)據(jù)/控制線，共有6條，在通用I/O方式下，用作傳送I/O數(shù)據(jù)；在選通I/O方式下，用作傳送命令/狀態(tài)信息（見表9-3）。 50第50頁/共91頁（3）控制引腳）控制引腳nRESET：復位輸入線，在RESET線上輸入一個大于600ns寬的正脈沖時，81C55即可處于復位狀態(tài)，PA、PB、PC三口也定義為輸入方式。n 、IO/ ： 為片選線，若 =0，則AT89S51單片機選中本8

36、1C55工作；否則，本81C55未被選中。IO/ 為I/O端口或RAM存儲器選擇線，若IO/ =0，則AT89S51單片機選中81C55片內(nèi)的RAM存儲器；若IO/ =1，則AT89S51單片機選中81C55的某一I/O端口。n 和和 ：當 =0且 =1時，81C55被讀出數(shù)據(jù)狀態(tài)；當 =1且 = 0時，81C55被寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)。51CEMCECEMMRDWRRDWRRDWR第51頁/共91頁nALE：允許地址輸入線，高有效。若ALE=1，則81C55允許AT89S51通過AD7AD0線發(fā)出地址鎖存到81C55片內(nèi)“地址鎖存器”；否則，81C55地址鎖存器處于封鎖狀態(tài)。81C55的ALE常和A

37、T89S51的ALE相連。nTIMERIN和和 ：TIMERIN是計數(shù)器脈沖輸入線，輸入的脈沖上跳沿用于對81C55片內(nèi)的14位計數(shù)器減1。 為計數(shù)器輸出線計數(shù)器輸出線，當14位計數(shù)器減為0時就可以在該引線上輸出輸出脈沖或方波脈沖或方波，輸出脈沖或方波與所選的計數(shù)器工作方式有關(guān)。（4）電源線。VCC為+5V電源輸入線，VSS接地。52TIMEROUTTIMEROUT第52頁/共91頁3CPU對對81C55 I/O端口的控制端口的控制 3個端口數(shù)據(jù)傳送方式是由控制字和狀態(tài)字來決定的。（1）81C55各端口地址分配各端口地址分配內(nèi)部有7個端口個端口，需要3位地址位地址A2A0上的不同組合代碼來加以

38、區(qū)分。表表9-2為端口地址分配以及RAM單元的選擇。（2）81C55的控制字的控制字有一個控制寄存器和一個狀態(tài)標志寄存器。工作方式由寫入控制寄存器控制寄存器的的控制字控制字來確定來確定。控制字格式如圖9-13所示所示?？刂萍拇嫫髦荒軐懭氩荒茏x出只能寫入不能讀出。53第53頁/共91頁 圖圖9-13 81C55的控制字格式的控制字格式54第54頁/共91頁55控制寄存器中的控制寄存器中的D3D0位位用來設置PA口、PB口和PC口的工作方式。D4、D5位位用來確定A口、B口以選通輸入/輸出方式工作時是否允許中斷請求。D6、D7位位用來設置計數(shù)器的操作。（3）81C55的狀態(tài)字的狀態(tài)字有一個狀態(tài)標志

39、寄存器，用來存入PA口和PB口的狀態(tài)標志。它的地址與控制寄存器地址相同地址與控制寄存器地址相同，只能對其讀出，只能對其讀出，不能寫入不能寫入。格式如圖9-14所示所示。第55頁/共91頁下面僅對狀態(tài)字中的D6位位給出說明。D6為計數(shù)器中斷狀態(tài)標志位中斷狀態(tài)標志位TIMER。若計數(shù)器正在計數(shù)或開始計數(shù)前計數(shù)或開始計數(shù)前，則D6=0；若計數(shù)器的計數(shù)長度已計滿計數(shù)長度已計滿，即計數(shù)器減為0，則D6=1，可作為計數(shù)器中斷請求標志。在硬件復位或?qū)λx出后又恢復為0。9.3.2 81C55的工作方式的工作方式下面介紹81C55的兩種工作方式兩種工作方式。56第56頁/共91頁 圖圖9-14 81C55狀態(tài)

40、字格式狀態(tài)字格式57第57頁/共91頁1存儲器方式存儲器方式存儲器方式用于對片內(nèi)256B RAM單元進行讀/寫，若IO/ =0且 =0，則AT89S51可通過AD7AD0上的地址選擇RAM存儲器中任意單元讀/寫。2I/O方式方式分基本基本I/O和選通選通I/O兩種方式，見表表9-3。在I/O方式下，81C55可選擇片內(nèi)任意端口寄存器讀/寫，端口地址由A2、A1、A0三位決定（見表9-2）。（1）基本）基本I/O方式方式。本方式下，PA、PB、PC三口用作輸入/輸出，由圖9-13的命令字決定。其中，PA、PB兩口的輸入/輸出由D1、D0決定，PC口口各位由D3、D2狀態(tài)狀態(tài)決58MCE第58頁/

41、共91頁定。例如，例如，若把02H的命令字送到81C55命令寄存器，則81C55的PA口和PC口各位設定為輸入方式，PB口設定為輸出方式。 （2）選通）選通I/O方式。方式。由命令字中D3、D2狀態(tài)設定，PA口和PB口都可獨立工作于這種方式。此時，PA口和PB口用作數(shù)據(jù)口，PC口用作A口和B口的應答聯(lián)絡控制。PC口各位應答聯(lián)絡線的定義是在設計81C55時規(guī)定的，其分配和命名見表表9-3。59第59頁/共91頁60ASTBASTBBSTB 選通選通I/O方式又可分為方式又可分為選通選通I/O數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入和和選通選通I/O數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出兩種方式兩種方式。 選通選通I/O數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入 PA

42、口和口和PB口口都可設定為本方式。若命令字中D0=0且D3、D2=10，則PA口設定為本工作方式；若命令字中D1= 0且第60頁/共91頁D3、D2=11，則PB口設定為本工作方式。本工作方式和82C55的選通I/O輸入情況類似，如圖圖9-15（a）所示。 選通選通I/O數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出PA口和口和PB口口都可設定為本方式。若命令字命令字D0=1且且D3、D2=10，則PA口設定為本工作方式；若命令字命令字D1=1且D3、D2=11，則PB口設定為本工作方式。選通I/O數(shù)據(jù)的輸出過程也和82C55的選通I/O輸出情況類似，圖圖9-15（b）所示為選通I/O數(shù)據(jù)輸出的示意圖。61第61頁/共91

43、頁 圖圖9-15 選通I/O方式示意圖62第62頁/共91頁3內(nèi)部計數(shù)器內(nèi)部計數(shù)器/計數(shù)器及使用計數(shù)器及使用14位位的計數(shù)器/計數(shù)器，CPU可通過軟件軟件來選擇計數(shù)長度和計數(shù)方式來選擇計數(shù)長度和計數(shù)方式。計數(shù)長度和計數(shù)方式由寫入計數(shù)器的控制字來確定。計數(shù)器的格式如圖圖9-16所示。 圖圖9-16 81C55計數(shù)器的格式計數(shù)器的格式其中，T13T0為計數(shù)器的計數(shù)位；M2、M1用來設置計數(shù)器的輸出方式。81C55計數(shù)器的4種工作方式種工作方式及對應的 引腳輸出波形引腳輸出波形如圖圖9-17所示。63第63頁/共91頁64圖圖9-17 81C55計數(shù)器工作方式及計數(shù)器工作方式及 引腳輸出波形引腳輸出

44、波形第64頁/共91頁任何時候任何時候都可設置計數(shù)器長度長度和工作方式，工作方式，將控制字寫入控制寄存器。如果計數(shù)器正在計數(shù)如果計數(shù)器正在計數(shù)，只有在寫入寫入啟動命令啟動命令后，計數(shù)器才接收新計數(shù)長度才接收新計數(shù)長度并按新的工作方式計數(shù)。若寫入計數(shù)器的初值為初值為奇數(shù)奇數(shù)， 引腳的方波輸出方波輸出是不對稱不對稱的。例如例如，初值為初值為9時，計數(shù)器的輸出，在5個計數(shù)脈沖周期內(nèi)為高電平高電平，4個計數(shù)脈沖周期內(nèi)為低電平，如圖圖9-18所示。 圖圖9-18 計數(shù)長度為奇數(shù)時的不對稱方波輸出（長度為計數(shù)長度為奇數(shù)時的不對稱方波輸出（長度為9）65第65頁/共91頁注意，注意，81C55的計數(shù)器初值不

45、是從初值不是從0開始開始，從從2開始開始。這是因為，如果選擇計數(shù)器的輸出為方波形式（無論是單方波還是連續(xù)方波），則規(guī)定是從啟動計數(shù)開始，前一半計數(shù)輸出為高電平，后一半計數(shù)輸出為低電平。顯然，如果計數(shù)初值是顯然，如果計數(shù)初值是0或或1，就無法產(chǎn)生這種方波，就無法產(chǎn)生這種方波。因此81C55計數(shù)器的寫入初值范圍是初值范圍是3FFFH2H。如果硬要將硬要將0或或1作為初值寫入作為初值寫入，其效果將與送入初值初值2的情況一樣。81C55復位后使計數(shù)器停止計數(shù)。9.3.3 AT89S51單片機與單片機與81C55的接口設計及軟件編程的接口設計及軟件編程1硬件接口電路硬件接口電路接口如圖圖9-19所示。直

46、接連接不需外加器件。66第66頁/共91頁67圖圖9-19 AT89S51單片機與單片機與81C55的接口電路的接口電路第67頁/共91頁在在圖圖9-19中，單片機P0口口輸出的低低8位地址不需要另外加鎖存器位地址不需要另外加鎖存器（81C55片內(nèi)集成有地址鎖存器），而直接與81C55的AD0AD7相連，既可作為低8位地址總線，又可作為數(shù)據(jù)總線，地址鎖存控制直接用AT89S51發(fā)出的ALE信號。81C55的 端接，IO/ 端與相連。當P2.7=0時，若P2.0=0，則訪問81C55的RAM單元。由此可得到圖9-19中81C55的各端口以及RAM單元的地址編碼，見表表9-4。68MCE第68頁/

47、共91頁69第69頁/共91頁281C55的編程的編程根據(jù)圖9-19接口，介紹對81C55的具體操作。初始化程序設計初始化程序設計【例例9-6】若PA口定義為基本輸入方式，PB口定義為基本輸出方式，對輸入脈沖進行24分頻（81C55計數(shù)器的最高計數(shù)頻率最高計數(shù)頻率為4MHz），則81C55的初始化程序初始化程序如下START： MOV DPTR，7F04H；DPTR指針指向計數(shù)器低指針指向計數(shù)器低8位位MOV A，18H ；計數(shù)初值；計數(shù)初值24送送AMOVX DPTR，A；計數(shù)初值低；計數(shù)初值低8位裝入計數(shù)器位裝入計數(shù)器INC DPTR；指向計數(shù)器高；指向計數(shù)器高8位位70第70頁/共91頁

48、MOV A，40H；計數(shù)器為連續(xù)方波輸出；計數(shù)器為連續(xù)方波輸出MOVX DPTR，A；計數(shù)初值高；計數(shù)初值高6位裝入計數(shù)器位裝入計數(shù)器MOV DPTR，7F00H；指向命令；指向命令/狀態(tài)口狀態(tài)口MOV A，#0C2H；設定命令控制字；設定命令控制字MOVX DPTR，A；A口基本輸入，口基本輸入，B口基本輸出，開啟口基本輸出，開啟計數(shù)計數(shù)【例例9-7】讀81C55的7EF1H單元。程序如下：程序如下：MOV DPTR，#7EF1H；DPTR指針指向81C55的7EF1H單元MOVX A，DPTR；7EF1H單元內(nèi)容A71第71頁/共91頁【例例9-8】將立即數(shù)41H寫入81C55 RAM的7

49、E20H單元。程序如下：MOV A，#41H；立即數(shù)；立即數(shù)AMOV DPTR，#7E20H；DPTR指針指向指針指向81C55的的7E20H單元單元MOVX DPTR，A；立即數(shù)；立即數(shù)41H送送81C55 RAM的的7E20H單元單元81C55既有RAM又有I/O口，此外，還有計數(shù)器。在同時需要擴展RAM 、I/O和計數(shù)器的系統(tǒng)中，選用81C55特別經(jīng)濟，是單片機系統(tǒng)中常用的外圍接口芯片常用的外圍接口芯片之一之一。72第72頁/共91頁9.4 利用利用74LSTTL電路擴展并行電路擴展并行I/O口口在單片機應用中，有些場合有些場合需要降低成本、縮小體積，這時采用TTL電路、CMOS電路鎖存

50、器或三態(tài)門電路也可構(gòu)成各種類型的簡單輸入/輸出口。如圖圖9-20所示為一個利用用74LS244和和74LS273芯片芯片，將將P0口擴展成簡單的輸入口擴展成簡單的輸入/輸出口的電路輸出口的電路。74LS244和74LS273的工作受AT89S51的、 、 3條條控制線控制。74LS244作為擴展輸入口，8個輸入端個輸入端分別接8個按鈕開關(guān)。74LS273是8D鎖存器擴擴展輸出口展輸出口，接8個個LED發(fā)光二極管發(fā)光二極管，以顯示以顯示8個按鈕個按鈕開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)狀態(tài)。73RDWR第73頁/共91頁74圖圖9-20 74LSTTL I/O擴展舉例擴展舉例第74頁/共91頁當某條輸入口線的按鈕開關(guān)

51、按下時，該輸入口線為低電平為低電平，讀入單片機后，其相應位為“0”，然后再將口線的狀態(tài)經(jīng)74LS273輸出，某位低電平時二極管發(fā)光，從而顯示出按下的按鈕開關(guān)的位置。該電路的工作原理電路的工作原理如下。當P2.0=0， =0（ =1）時，選中74LS244芯片，此時若無按鈕開關(guān)按下，輸入全為高電平。當某開關(guān)按下時則對應位輸入為“0”，74LS244的輸入端不全為“1”，其輸入狀態(tài)通過P0口數(shù)據(jù)線被讀入AT89S51片內(nèi)。75RDWR第75頁/共91頁當P2.0 = 0， =1 （ = 0）時，選中74LS273芯片，CPU通過P0口輸出數(shù)據(jù)鎖存到74LS273，74LS273的輸出端低電平位對應

52、的LED發(fā)光二極管點亮?？傊?，在圖9-20中只要保證為“0”，其他地址位或“0”或“1”即可。如地址用FEFFH（無效位全為“1”），或用0000H（無效位全為“0”）都可。76RDWR第76頁/共91頁輸入程序段：輸入程序段：MOV DPTR，#0FEFFH；I/O地址地址DPTRMOVX A，DPTR ； 為低，為低，74LS244數(shù)據(jù)被讀入數(shù)據(jù)被讀入A中中輸出程序段：輸出程序段：MOV A，#data；數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)#dataAMOV DPTR，#0FEFFH；I/O地址地址#0FEFFHDPTRMOVXDPTR，A； 為低，數(shù)據(jù)經(jīng)為低，數(shù)據(jù)經(jīng)74LS273口輸口輸出出77RDWR第77頁/

53、共91頁【例例9-9】編寫程序把按鈕開關(guān)狀態(tài)通過圖9-20的發(fā)光二極管顯示出來。程序如下：DDIS：MOV DPTR，#0FEFFH ；輸入口地址；輸入口地址DPTRLP： MOVX A，DPTR；按鈕開關(guān)狀態(tài)讀入；按鈕開關(guān)狀態(tài)讀入A中中 MOVX DPTR，A；A中數(shù)據(jù)送顯示輸出口中數(shù)據(jù)送顯示輸出口 SJMP LP ；反復連續(xù)執(zhí)行；反復連續(xù)執(zhí)行由程序可看出，對于擴展接口的輸入/輸出就像從外部RAM讀/寫數(shù)據(jù)一樣方便。圖圖9-20僅僅擴展了兩片，僅僅擴展了兩片，如果仍不夠用，還可擴展多片如果仍不夠用，還可擴展多片74LS244、74LS273之類的芯片之類的芯片。但作為輸入輸入口時，一定要求有

54、三態(tài)功能要求有三態(tài)功能，否則將影響總線的正常工作。78第78頁/共91頁9.5 用用AT89S51單片機的串行口擴展并行口單片機的串行口擴展并行口串口的方式方式0用于用于I/O擴展擴展。方式0為同步移位寄存器同步移位寄存器工作方式，波特率為fosc/12。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由RXD端（端（）輸入）輸入，同步移位時鐘由TXD端（端（）輸出。9.5.1 用用74LS165擴展并行輸入口擴展并行輸入口圖9-21串口擴展兩個擴展兩個8位并行輸入口。位并行輸入口。74LS165是8位并行輸入串行輸出的寄存器。當74LS165的S/ 端由高到低跳變，并行輸入端的數(shù)據(jù)被置入寄存器；當S/ = 1，且時鐘禁止端（15

55、腳）為低時，允許TXD（）移位時鐘輸入，在該脈沖作用下，數(shù)據(jù)由右向左方向移動。79LL第79頁/共91頁TXD與所有74LS165的的CP相連相連；RXD與74LS165的串行輸出端串行輸出端QH相連；與 S/ 相連，控制74LS165的串行移位或并行輸入；15腳接地，允許時鐘輸入。當擴展多個8位輸入口時，相鄰兩芯片的首尾（QH與SIN）相連。 圖圖9-21 利用74LS165擴展并行輸入口80L第80頁/共91頁【例例9-10】從16位擴展口讀入5組數(shù)據(jù)（每組2B），把它們轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM 20H開始的單元。 MOVR7，#05H；設置讀入組數(shù)；設置讀入組數(shù) MOV R0，#20H；設置內(nèi)部

56、；設置內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首址數(shù)據(jù)區(qū)首址START：CLR P1.0；并行置入數(shù)據(jù)，；并行置入數(shù)據(jù)，S/ =0 SETB P1.0；允許串行移位，；允許串行移位，S/ =1 MOV R2，#02H；設每組字節(jié)數(shù)，；設每組字節(jié)數(shù)， 即即74LS165的個數(shù)的個數(shù)RXDATA：MOV SCON，#00010000H；設置串口方式；設置串口方式0，允，允許許；接收，啟動接收過程；接收，啟動接收過程81第81頁/共91頁WAIT：JNB RI，WAIT；未接收完一幀，循；未接收完一幀，循環(huán)等待環(huán)等待 CLR RI；RI標志清標志清“0”，準備下次，準備下次接收接收 MOV A，SBUF；讀入數(shù)據(jù)；讀入數(shù)據(jù) MOV R0，A；送至；送至RAM緩沖區(qū)緩沖區(qū) INC R0；指向下一個地址；指向下一個地址 DJNZ R2，RXDATA；未讀完一組數(shù)據(jù)，；未讀完一組數(shù)據(jù)， 繼續(xù)繼續(xù) DJNZ R7，START ；5組數(shù)據(jù)未讀完重新并行置組數(shù)據(jù)未讀完重新并行置入入 ；對數(shù)據(jù)進行處理；對數(shù)據(jù)進行處