常用外圍設備接口技術概述

常用外圍設備接口技術概述第七章常用外圍設備接口技術11/12/20232本章學習目標1、掌握簡單的并行接口芯片的外特性與應用2、掌握8255A的結構、工作原理和硬件連接3、掌握8255A的初始化方法4、掌握簡單并行接口的應用11/12/202337.1 概述11/12/202341、可編程接口芯片概述接口電路應具有如下電路單元：①輸入/輸出數(shù)據(jù)鎖存器和緩沖器用于解決CPU與外設之間速度不匹配的矛盾，以及起隔離和緩沖的作用。②控制命令和狀態(tài)寄存器用來存放CPU對外設的控制命令，以及外設的狀態(tài)信息。③地址譯碼器用來選擇接口電路中的不同端口。④讀寫控制邏輯⑤中斷控制邏輯11/12/202352、片選概念A7~A0CE譯碼器接口芯片同內存儲器的讀/寫操作相仿，必須要有一個地址信號選中接口芯片后，才能使該芯片進入電路工作狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出。CPU的地址線通過地址譯碼器輸出接到接口芯片的選通端CE，又稱片選端。片選端是控制接口芯片進入電路工作狀態(tài)的引腳端。只有CE被選中后，CPU才能通過該芯片與對應的I/O設備傳送數(shù)據(jù)。11/12/202363、讀/寫概念讀操作時，輸入接口信息由數(shù)據(jù)總線進入CPU，數(shù)據(jù)何時讀入CPU，由RD控制。寫操作時，數(shù)據(jù)何時由數(shù)據(jù)總線進入輸出接口芯片由WR控制。DBRDCE輸入口DBWRCE輸出口11/12/202374、可編程接口的概念多通道是指一個接口芯片一面與CPU連接，另一面可接幾個外設。多功能是指一個接口芯片能實現(xiàn)多種接口功能，實現(xiàn)不同的電路工作狀態(tài)?？删幊淌侵竿ㄟ^計算機的指令來選擇不同的通道和不同的電路功能?？删幊绦酒侵附涌陔娐返慕M態(tài)可由計算機指令來控制的接口芯片。接口芯片中用來存放控制電路組態(tài)的控制字節(jié)的寄存器稱為控制寄存器。11/12/202385、聯(lián)絡的概念數(shù)據(jù)線接口外設STBRDY11/12/202397.2 簡單的輸入輸出接口11/12/202310簡單的I/O接口的擴展通常用74LS244(8位三態(tài)緩沖器及總線驅動器)擴展輸入口，用74LS273(8D鎖存器)擴展輸出口。11/12/20231111/12/202312若要求當某鍵按下時，相應的LED發(fā)光，則接口程序如下：LOOP：MOVDPTR,#PORT1MOVXA,@DPTRMOVDPTR,#PORT2MOVX@DPTR,AJMPLOOP11/12/202313在擴展接口時，還應注意兩點:⑴I/O地址的安排，如果擴展的接口不多，則可用線選尋址，在圖中P2.0來選擇一個輸入口和一個輸出口。線選法未能使地址空間得到充分利用，對于RAM和I/O口容量較大的系統(tǒng)，可用74LS138作為地址譯碼器，譯碼出的信號作為片選信號。11/12/202314⑵總線負載能力的擴大：P0口作地址/數(shù)據(jù)總線時，其負載能力為8個LSTTL電路，P2口作為地址總線時，其負載能力為4個LSTTL電路，如果超過必須增加總線驅動器，如：74LS244(單向)、74LS245(雙向)等。11/12/2023157.3 可編程并行接口芯片8255A11/12/2023161、概述INTEL8255A是一種通用的可編程序并行I/O接口芯片，又稱“可編程外設接口芯片”。具有多種功能的可編程并行接口電路芯片最基本的接口電路：三態(tài)緩沖器和鎖存器與CPU間、與外設間的接口電路：狀態(tài)寄存器和控制寄存器還有端口的譯碼和控制電路、中斷控制電路共24個外設引腳，分3個端口、2組控制共三種輸入輸出工作方式11/12/2023172、8255A的結構和功能1.8255A的內部結構①數(shù)據(jù)總線一個三態(tài)8位雙向緩沖器，用作8255A同系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連時的緩沖部件，CPU通過執(zhí)行輸入/輸出指令來實現(xiàn)對緩沖器發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。8255A的控制字和狀態(tài)字也是通過該緩沖器傳送的。②三個8位數(shù)據(jù)端口PA、PB、PC端口A：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。端口B：一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出、鎖存/緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入沒有鎖存）。11/12/202318端口A：PA0~PA7A組，支持工作方式0、1、2端口B：PB0~PB7B組，支持工作方式0、1端口C：PC0~PC7僅支持工作方式0A組控制高4位PC4～PC7B組控制低4位PC0～PC3端口A：PA0～PA7常作數(shù)據(jù)端口，功能最強大端口B：PB0～PB7常作數(shù)據(jù)端口端口C：PC0～PC7可作數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制端口分兩個4位，每位可獨立操作控制最靈活，最難掌握端口作用與特點11/12/202319③A組和B組控制電路由A、B兩組控制電路組成。主要作用是根據(jù)CPU發(fā)出的方式選擇控制字控制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”，接收來自內部數(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?；也可根?jù)控制字的要求對C口按位進行置位或復位。A組控制部件用來控制PA口和C口的高4位，B組控制部件用來控制PB口和PC口的低4位。④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和控制總線的有關信號（RD、WR、RESET等)，向8255A的A、B兩組控制部件發(fā)送命令。11/12/202320數(shù)據(jù)總線緩沖器內部控制線內部數(shù)據(jù)線D0～D7A組控制A組端口AA組端口C高4位B組控制B組端口BB組端口C低4位讀寫控制邏輯PC0～PC3PB0～PB7PC4～PC7PA0～PA7RDWRA0A1CSRESET8255A的結構框圖11/12/2023212.8255A的引腳功能11/12/2023223、8255A的工作方式與初始化1.工作方式①方式0－基本輸入∕輸出方式0下，每一個口都作為基本的輸入輸出口，C口的高4位和低4位以及A口、B口都可以獨立地設置為輸入口或輸出口?；据斎毹M輸出下工作時，CPU可以采用無條件讀寫方式與8255A交換數(shù)據(jù)，也可采用查詢方式?；据斎毹M輸出下工作時，輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，而輸入數(shù)據(jù)是不鎖存的。②方式1－選通輸入∕輸出方式1下將三個端口分成A、B兩組，A、B兩個口作為數(shù)據(jù)口，C口分成兩部分，分別作為A口和B口的聯(lián)絡信號。11/12/202323⑴方式1的輸入數(shù)據(jù)選通信號表示外設已經準備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經接收數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU接收數(shù)據(jù)PC4PC5PC3PA7~PA0INTEAIBFAINTRASTBA中斷允許觸發(fā)器方式1需借用端口C用做聯(lián)絡信號同時還具有中斷請求和屏蔽功能11/12/202324PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRBSTBB數(shù)據(jù)選通信號表示外設已經準備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經接收數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU接收數(shù)據(jù)中斷允許觸發(fā)器11/12/202325STB——選通信號，低電平有效由外設提供的輸入信號，當其有效時，將輸入設備送來的數(shù)據(jù)鎖存至8255A的輸入鎖存器IBF——輸入緩沖器滿信號，高電平有效8255A輸出的聯(lián)絡信號。當其有效時，表示數(shù)據(jù)已鎖存在輸入鎖存器INTR——中斷請求信號，高電平有效8255A輸出的信號，可用于向CPU提出中斷請求，要求CPU讀取外設數(shù)據(jù)A口所用的三個聯(lián)絡信號占用C口的PC3、PC4、PC5三引腳，B口則用了PC0、PC1和PC2三個引腳。11/12/202326方式1輸入時序dataINTRIBF

data輸入端口D0～D7STBRDSTB和IBF是外設和8255A間的一對應答聯(lián)絡信號，為的是可靠地輸入數(shù)據(jù)11/12/2023278255A的中斷由中斷允許觸發(fā)器INTE控制置位允許中斷，復位禁止中斷對INTE的操作通過寫入端口C的對應位實現(xiàn)，INTE觸發(fā)器對應端口C的位是作應答聯(lián)絡信號的輸入信號的哪一位，只要對那一位置位/復位就可以控制INTE觸發(fā)器選通輸入方式下端口A的INTEA對應PC4端口B的INTEB對應PC211/12/202328⑵方式1的輸出外設響應信號表示外設已經接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經輸出了數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU再次輸出數(shù)據(jù)PC6PC7PC3PA7~PA0INTEAOBFAINTRAACKA中斷允許觸發(fā)器11/12/202329PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBOBFBINTRBACKB外設響應信號表示外設已經接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經輸出了數(shù)據(jù)中斷請求信號請求CPU再次輸出數(shù)據(jù)中斷允許觸發(fā)器11/12/202330方式1輸出聯(lián)絡信號OBF——輸出緩沖器滿信號，低有效8255A輸出給外設的一個控制信號，當其有效時，表示CPU已把數(shù)據(jù)輸出給指定的端口，外設可以取走ACK——響應信號，低有效外設的響應信號，指示8255A的端口數(shù)據(jù)已由外設接受INTR——中斷請求信號，高有效當輸出設備已接受數(shù)據(jù)后，8255A輸出此信號向CPU提出中斷請求，要求CPU繼續(xù)提供數(shù)據(jù)端口A的INTEA對應PC6端口B的INTEB對應PC211/12/202331方式1輸出時序輸出端口OBF*和ACK*是外設和8255A間的一對應答聯(lián)絡信號，為的是可靠地輸出數(shù)據(jù)

INTR

datadataD0～D7WROBFACK

11/12/202332③方式2（雙向選通輸入/輸出）方式2將方式1的選通輸入輸出功能組合成一個雙向數(shù)據(jù)端口，可以發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)只有端口A可以工作于方式2，需要利用端口C的5個信號線，其作用與方式1相同方式2的數(shù)據(jù)輸入過程與方式1的輸入方式一樣方式2的數(shù)據(jù)輸出過程與方式1的輸出方式有一點不同：數(shù)據(jù)輸出時8255A不是在OBF有效時向外設輸出數(shù)據(jù)，而是在外設提供響應信號ACK時才送出數(shù)據(jù)此方式也是借用C口的5條信號線作控制和狀態(tài)線，A口的輸入和輸出均帶有鎖存。

11/12/202333PC6PC7PC3PA7~PA0INTE1OBFAINTRAACKAPC4PC5IBFASTBAINTE2用PC6設置INTE1（輸出）用PC4設置INTE2（輸入）輸入和輸出中斷通過或門輸出INTRA信號方式2雙向引腳11/12/202334方式2雙向時序data-out

INTR

data-outdata-indata-inPA0～PA7D0～D7IBF

WROBFACKSTBRD11/12/2023352.初始化①寫入方式控制字：控制字格式11/12/202336寫入方式控制字：示例要求：A端口：方式1輸入C端口上半部：輸出，C口下半部：輸入B端口：方式0輸出方式控制字：10110001B或0B1H初始化的程序段： movdx,0fffeh ；假設控制端口為0FFFEHmoval,0b1h ；方式控制字outdx,al ；送到控制端口11/12/202337說明：初始化編程后：當數(shù)據(jù)端口作為輸入接口時，執(zhí)行輸入IN指令將從輸入設備得到外設數(shù)據(jù)當數(shù)據(jù)端口作為輸出接口時，執(zhí)行輸出OUT指令將把CPU的數(shù)據(jù)送給輸出設備8255A具有鎖存輸出數(shù)據(jù)的能力對輸出方式的端口同樣可以輸入不是讀取外設數(shù)據(jù)讀取的是上次CPU給外設的數(shù)據(jù)11/12/202338②C口按位置、復位控制字位控制字寫入控制端口特別便于置位復位內部中斷允許觸發(fā)器INTE11/12/202339寫端口C方法對端口C的數(shù)據(jù)輸出有兩種辦法通過端口C的I/O地址：向C端口直接寫入字節(jié)數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)被寫進C端口的輸出鎖存器，并從輸出引腳輸出，但對設置為輸入的引腳無效。通過控制端口：向C端口寫入位控字，使C端口的某個引腳輸出1或0，或置位復位內部的中斷允許觸發(fā)器。11/12/202340讀端口C方法讀取的C端口數(shù)據(jù)有兩種情況未被A和B端口征用的引腳：將從定義為輸入的端口讀到引腳輸入信息；將從定義為輸出的端口讀到輸出鎖存器中的信息。被A和B端口征用作為聯(lián)絡線的引腳：將讀到反映8255A狀態(tài)的狀態(tài)字11/12/2023414、應用舉例BUSY

DATA0～78255APC6PC2PA0～PA7打印機STROBE查詢式打印機接口11/12/202342BUSYDATA0～7ACKSTROBE主機把數(shù)據(jù)送給引腳DATA0～DATA7同時送出數(shù)據(jù)選通信號STB打印機在BUSY信號線上發(fā)出忙信號打印機處理好輸入的數(shù)據(jù)時撤消忙信號同時又送出一個響應信號ACK11/12/2023437.4 用串行口擴展并行I/O口11/12/202344前提：MCS-51單片機的串行口在方式0時是一個同步移位寄存器I/O方式，可用來擴展8位并行輸入/輸出口。11/12/202345⑴用串行接口擴展并行輸入口用一片8位并行輸入/串行輸出移位寄存器，如4014或74LS165便可以擴展一個并行輸入口。11/12/202346⑵用串行口擴展并行輸出口用一片串行輸入/8位并行輸出移位寄存器，如4094或74LS164便可以擴展一個并行輸出口。11/12/2023477.5 鍵盤及其接口11/12/202348在設計鍵盤接口時，解決以下幾個問題：

開關狀態(tài)的可靠輸入——可設計硬件去抖動電路或設計去抖動軟件。

鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法——中斷方式還是查詢方式。

鍵盤編碼方法。

鍵盤控制程序的編制。11/12/202349一、獨立式鍵盤接口 1．獨立式按鍵結構獨立式按鍵是指直接用I/O口線構成的單個按鍵電路。每根I/O口線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)。獨立式按鍵電路如圖所示。2．獨立式按鍵的軟件結構包括按鍵查詢、鍵功能程序轉移。FP0～FP7為功能程序入口地址標號，PROM0～PROM7分別為每個按鍵的功能程序。11/12/202350獨立式按鍵電路11/12/202351使用8255擴展I/O的獨立式鍵盤11/12/202352二、行列式鍵盤 1．鍵盤工作原理行列式鍵盤電路原理如圖所示。按鍵設置在行列式交點上，行列線分別連接到按鍵開關的兩端。當行線通過上拉電阻接+5伏時，被鉗位在高電平狀態(tài)。鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的。鍵盤中哪一個鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷。11/12/202353行列式鍵盤原理電路11/12/2023542．鍵盤工作方式鍵盤的工作方式：編程掃描方式、定時掃描方式、中斷掃描方式三種。在鍵盤掃描子程序中完成下述幾個功能。（1）判斷鍵盤上有無鍵按下（2）去鍵的機械抖動影響。（3）求按下鍵的鍵號。（4）鍵閉合一次僅進行一次鍵功能操作。11/12/2023558155擴展I/O口組成的行列式鍵盤11/12/202356鍵掃描子程序框圖11/12/202357定時掃描方式程序框圖11/12/202358中斷方式鍵盤接口11/12/2023593．鍵盤掃描方式掃描法：在判定有鍵按下后逐列（或逐行）置低電平，同時讀入行（或列）的狀態(tài)，如果行（或列）的狀態(tài)出現(xiàn)非全1狀態(tài)，這時0狀態(tài)的行、列交點的鍵就是所按下的鍵。特點是逐列（或逐行）掃描查詢。這時相應行（或列）應有上拉電阻接高電平。反轉法：只要經過兩個步驟就可獲得鍵值。反轉法原理如圖所示。11/12/202360

（a）線反轉法第一步（b）線反轉法第二步線反轉法原理11/12/2023614．行列式鍵盤接口通用并行擴展I/O口鍵盤接口8031串行I/O口擴展的鍵盤接口11/12/2023628031串行I/O口擴展的行列式鍵盤接口11/12/2023637.6 顯示器接口11/12/202364一、LED顯示器接口 1．LED顯示器結構與原理LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在微機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，如圖所示。七段顯示塊與微機接口非常容易。11/12/202365

（a）共陰極（b）共陽極