5.5 简单并行I、O口的扩展(10)
I-O接口扩展电路的设计
单片机原理及应用
I/O接口扩展电路的设计
知识能力：熟悉I/O接口的基本特点，了解8255A 芯片结构及编程方法。
技能能力：掌握I/O接口扩展的硬件设计方法、软件程序设计能力和调 试排错能力。
社会能力：训练学生工程意识和良好的劳动纪律观念，培养学生认真做 事、用心做事的态度 。
2. 8255AA的引脚功能介绍
知识能力
1.2 MCS-51对可编程并行I/O芯片8255AA的扩展
表5-6 8255AA 的操作功能表
知识能力
1.2 MCS-51对可编程并行I/O芯片8255AA的扩展
3. 8255AA的工作方式
图5-21 选通输入时的联络应答信号
知识能力
1.2 MCS-51对可编程并行I/O芯片8255AA的扩展
技能能力
图5-27 8255A I/O 扩展
技能能力
4)程序范例： 功能：PB作为输入口检测按键的状态，并把从PB口读入的数据输出到PA口。
ORG 00H MAIN: ACALL DELAY
MOV DPTR,#7003H MOV A,#82H MOVX @DPTR,A LOOP: MOV DPTR,#7001H MOVX A,@DPTR MOV DPTR,#7000H MOVX @DPTR,A SJMP LOOP DELAY: MOV R1,#00H DLP: MOV R2,#50H DJNZ R2,$ DJNZ R1,DLP RET END
3. 并行I/O口的扩展方法
知识能力
图5-17 用74LS165扩展1位并行输入口
3. 并行I/O口的扩展方法
知识能力
图5-18 用74LS164扩展1位并行输入口
单片机并行I-O口的扩展方法
单片机并行I/O口的扩展方法摘要：由于在MCS-51单片机开发中P0口经常作为地址/数据复用总线使用，P2口作为高8位地址线使用，P3口用作第二功能(定时计数器、中断等)使用，所以对于51单片机的4个I/O口，其可以作为基本并行输入/输出口使用的只有P1口。
因此在单片机的开发中，对于并行I/O口的扩展十分重要，主要分析3种扩展并行I/O口的方法。
关键词： MCS-51单片机; 并行I/O口; 扩展MCS-51单片机有4个并行的I/O口，分别为P0口、P1口、P2口和P3口，4个并行I/O 口在单片机的使用中非常重要，可以说对单片机的使用就是对这4个口的使用。
这4个并行I/O口除了作为基本的并行I/O口使用，还常作为其他功能使用，如P0口经常作为地址/数据复用总线使用[1]， P2口作为高8位地址线使用，P3口用作第二功能(定时计数器、中断等等)使用。
这样，单片机只有P1口作为基本的并行I/O口使用，如果在单片机的使用中对并行I/O口需求较多，对于并行I/O口的扩展就非常重要了。
下面通过具体的实例(8位流水灯设计)来给出几种不同的并行I/O口扩展方法。
为了更好地说明以下几种不同的并行I/O口扩展方法，假设利用单片机实现流水灯的设计。
采用单片机的P1口设计流水灯，电路。
由图1可知，8只LED直接连接在单片机的P1口上，通过对单片机进行编程即可以实现8只发光二极管产生流水灯。
1 使用单片机的串行口扩展并行I/O口单片机有一个全双工的串行口[2]，这个口既可以用于网络通信，也可以实现串行异步通信，还可以作为移位寄存器使用。
当单片机的串行口工作在模式0时，若外接一个串入/并出的移位寄存器(74LS164)，就可以扩展一个8 bit并行输出口；若外接一个并入/串出的移位寄存器(74LS165)，就可以扩展一个8 bit并行输入口。
，单片机外接一个串入/并出的移位寄存器(74LS164)，这样就可以扩展8 bit并行输出口。
任务八并行IO口扩展
任务分析：采用锁存器扩展并行I/O口
硬件
➢ 采用通用数字电路（74XX或40XX），作为接口电路扩 展并行I/O的方法
软件
➢ 采用锁存器扩展I/O口的编程
编译、下载、调试
➢ 编译软件：keil ➢ 下载软件：STC-ISP
锁存器扩展I/O口的特点
特点：
电路简单、成本低、配置灵活
P0 MCS51
CLK
Q0~Q7
输 出
设
E
备
D0~D7
74LS377
MCS51与74LS377的接口电路
例：将变量Outdata从74LS377输出。 unsigned char xdata *add377 = 0x7fff; unsinged char data Outdata; … *add377 = Outdata;
74LS244扩展并行输入口
74LS244是一种三态输
1G 1A11 2Leabharlann 20VCC19
2G
出8总线收发器/驱动器， 2Y4
无锁存功能。
1A2 2Y3
1A3
3
18
4 74LS 17
5 6
244 16
15
1Y1 2A4 1Y2 2A3
可作为常态数据输入设 2Y2 7
备的输入接口。
1A4
8
2Y1
9
14
1Y3
输出接口：由于大多数外设速度远远低于CPU
速度，输出接口电路必须有锁存功能，锁存CPU 给外设的数据，以便外设慢慢处理。
输入接口：由于大多数外设没有3态缓存功能，
而挂在数据总线的输出端必须有3态缓存功能， 故输入接口电路必须有3态缓存功能。
IO接口电路及其扩展
；写控制字
LD:
；最左边灯亮 ；指向B口 ；取显示数据
；查数据编码 ；写B口 ；延时
39
MB DB DB DB DB DB DB DB MOV MOV DJNZ DJNZ
A， R3
A R3， A LD 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH R7， #02H R6， #FFH R6， LOOP R7， DELAY
6
+5V
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 1Y5 1Y6 1Y7 1Y8 1G 2G 7 4 L S 2 4 4 1A1 1A2 1A3 1A4 1A5 1A6 1A7 1A8
MCS-51
P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RD WR
MOV DPTR, #0FEFFH MOVX A,@DPTR ;确定扩展芯片地址 ;将扩展输入口内容读入累加器A
当与74LS244相连的按键都没有按下时，输入全为 8 1，若按下某键，则所在线输入为0。
典型芯片—74LS245
9
图13-3 74LS244构成的简单输入端口（b)
10
13.1.3 简单的并行口输出
CS：片选信号线，低电平有效。
RD：读信号，控制8255A将数据或状 态信息送给CPU。 WR：写信号，控制CPU将数据或控制 信息到8255A。
A1，A2：地址线，这两个引脚上的信 号组合绝对对8255A内部的哪一个口或 寄存器进行操作。
22
8255的操作表
表13-1 8255的操作
/CS 0 0 0 0 A1 A0 00 01 10 11 WR 0 0 0 0 RD 1 1 1 1 操作 总线=>端口A 总线=>端口B 总线=>端口C 总线=>命令控制字
《单片机原理及应用》习题库
《单⽚机原理及应⽤》习题库⼀、填空题1．单⽚机与普通计算机的不同之处在于其将_CPU__、存储器和__I/O_3部分集成于⼀块芯⽚之上。
2．CPU主要由运算器和控制器组成。
CPU中的布尔处理器⽤来处理位操作。
3．MSC-51系列单⽚机中，⽚内⽆ROM的机型是8031 ，有4KB ROM的机型是_8051_，⽽有4KB EPROM 的机型是8751 。
-32的补码为11100000 B，补码11011010B代表的真值为_-38__D。
4．5．原码数BFH=_-63_D，原码数6EH=_110_D。
6．100的补码=_64_H，-100的补码= 9C H7．在8031单⽚机内部，其RAM⾼端128个字节的地址空间称为特殊功能寄存器或SFR 区，但其中仅有_21_个字节有实际意义。
8．通常单⽚机上电复位时PC=_0000_H，SP=_07_H，通⽤寄存器则采⽤第_0_组，这⼀组寄存器的地址范围是从_00H~_07_H。
9．若PSW为18H，则选取的是第_3__组通⽤寄存器。
10．8031单⽚机复位后R4所对应的存储单元地址为_04_H，因上电时PSW=_00_H。
11．若A中数据为63H，那么PSW的最低位（即奇偶位P）为_0_。
12．在微机系统中，CPU是按照程序计数器PC 来确定程序的执⾏顺序的。
13．在8031单⽚机中，使⽤P2、P0⼝传送地址信号，且使⽤了P0⼝来传送数据信号，这⾥采⽤的是总线复⽤技术。
14．堆栈遵循先进后出（或后进先出）的数据存储原则，针对堆栈的两种操作为_PUSH_和_POP_。
15．当8051地RST端上保持两个机器周期以上低电平时，8051即发⽣复位。
16．使⽤8031单⽚机时需将EA引脚接_低__电平，因为其⽚内⽆程序存储器。
17．8位机中的补码数80H和7F H的真值分别为_-128__和_127 。
18．配合实现“程序存储⾃动执⾏”的寄存器是_PC_，对其操作的⼀个特别之处是每取完⼀字节指令后PC内容会⾃动加1 。
(9)IO口扩展
+5V
R 8
WR P2.0 RD
1
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 G
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7
74LS244
程序如下：
ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MAIN： MOV DPTR，#0FEFFH；数据指针指向I/O口地址 MOVX A，@DPTR ；从244读入数据，检测按键 MOVX @DPTR，A ；向273输出数据，驱动LED AJMP MAIN END
同时，段选线上输出相应位要显示字符的字型码， 这样同一时刻，4位LED中只有选通的那一位 显示出字符，而其它三位则是熄灭的。
同样，在下一时刻，只让下一位的位选线处于选 通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态时， 在段选线上输出相应位将要显示字符的字型码， 则同一时刻，只有选通位显示出相应的字符， 而其它各位则是熄灭的。如此循环下去，就可 以使各位显示出将要显示的字符， 虽然这些字符是在不同时刻出现的，而且同一时 刻，只有一位显示，其它各位熄灭，但由于人 眼有视觉暂留现象， 只要每位显示间隔足够短便可造成多位同时亮的 假象，达到显示的目的。
// a b c d e f g h // Msb.......................................Lsb Const uchar table[10]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6} Const uchar counttable[4]={0x00,0x10,0x20,0x30} uchar Dispbuf[4]; uchar DispCount=0; /********************************************************** *原型：void Display(void) *功能：显示缓冲区的数值。 *参数：无 *返回：无 **********************************************************/ void Display(void) { LedPort = LedPort&0x0f; //先将为选择信号置为零 LedPort = LedPort | counttable[DispCount]; //输出下一位数码管的为选择信号 PORTA = Dispbuf[DispCount]; //输出对应缓冲区的段信号 DispCount ++; if( DispCount == 4 ) { DispCount=0; } }
并行IO接口的扩展实验报告
并行IO接口的扩展实验报告一、实验目的1、了解并行IO接口的扩展方法2、掌握可编程接口芯片8255A的工作原理、编程方式和使用方法二、实验条件1、DOS操作系统平台2、8255A接口芯片三、实验原理1、并行IO口的扩展方法：（1）通过通用的IO扩展芯片实现（2）通过TTL、CMOS 锁存器、缓冲器芯片实现。
如74LS377、74LS273、74LS244、74LS245 等。
（3）通过串行通信口扩展并行I/O 口。
2、8255A 扩展I/O 端口：（1）8255A 具有三种基本工作方式，即方式0、方式1、方式2。
各端口的工作方式及输入输出方向都由方式控制字设定（通过写入控制寄存器）。
8255A 的控制字有方式控制字和C 口置位/复位控制字两种。
3、8255A 的工作方式：（1）方式0 是一种基本I/O 方式。
在这种工作方式下，三个端口都可由程序设定为输入或输出，这种方式不使用联络信号，其基本功能为：a. 两个8 位端口(A、B) 和两个4 位端口(C)。
b. 任一个端口可以作为输入或输出。
c. 输出锁存，输入不锁存。
d. 在方式0 时，各端口都可以作为数据端口，CPU 用简单的输入或输出指令来进行读或写。
（2）方式1 是一种选通I/O 方式。
在这种方式下，端口A 和B 可作为数据端口，但C 口的某口的其它位仍可工作于方式0。
方式1 的基本功能为：a. 用作一个或两个选通端口。
b. 每个选通端口包含有：8 位数据瑞口，3 条控制线，提供中断逻辑。
c. 任一端口可输入或输出。
d. 若只有一个端口工作于方式1，余下的13 位可以工作于方式0。
e. 若两个端口工作于方式1，C 口余下2 位可以工作于方式0。
（3）方式2 是一种双向I/O 方式，只有端口 A 具有这种工作方式，其基本功能为：a. 一个8 位双向数据端口（A）和一个5 位控制端口(C)。
b. 输入和输出锁存。
c. 5 位控制端口用作端口A 的状态和控制信息。
51单片机总线扩展 io口扩展
三：单片机与Flash的其他扩展方式
1:线选法
如图，由P2.4～P2.0和P0口组成14位地址线，用P2.7和P2.6进行存 储器芯片选择。
2：地址译码法译码法
采用译码器的方法选片，能够扩展多片存储器。
二：单片机与Flash扩展的时序
74LS373是三态8位D透明触发器，当锁存允许端 EN为高电平时，输出 OUT随输入数据 D 而变。当 EN为低电平时，输出被锁存在已建立的输 入数据电平 。 （1）指令读取的时序 在指令读取时，P2口输出16位地址的高8位。P0口首先输出地址的低8 位数据，在ALE有效时（低电平），地址的低8位数据被锁存在74LS373 的输出端，与P2口袋8位数据共同组成了完整的16位地地址，
2：数据总线（DB） 数据总线宽度为8位，由P0口提供。 3：控制总线（CB） 控制总线由第二状态下的P3口和4根独立控制线组 成。 四根控制线为： ——/PSEN : 外部取指控制。在访问外部ROM时， /PSEN信号会自动产生。 ——ALE : ALE是地址锁存允许信号。在访问外部存储 器（RAM或ROM）时，通常用它的下降沿来锁存P0口 送出的低8位地址信号。 ——/EA : /EA是访问外部存储器的控制信号。当/EA 无效（高电平）时，访问内部ROM；当/EA有效（低 电平）时，访问外部ROM。 ——RST ： RST是复位信号输入端。
Flash简介
Flash介绍：
flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦 写和再编程。 Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，紧接着，1989年，东芝 公司发表了NAND Flash 结构。 NOR Flash 的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在Flash闪 存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在 1~4MB的小容量时具有很高的成本效益。NAND的结构能提供极高的 单元密度，可以达到高存储密度。应用NAND的困难在于Flash的管理 和需要特殊的系统接口。通常NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND 的写入速度比NOR快很多。闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR 闪存更适合一些；而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。 NOR/ NAND Flash 比较 • 1 NOR的读速度比NAND稍快一些。 • 2 NAND的写入速度比NOR快很多。 • 3 NAND擦除速度远比NOR快。 • 4 NOR Flash上数据线和地址线是分开的；NAND Flash上数据线和地址 线是共用的 （所以单片机可以对NOR Flash扩展）。
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4、I/O接口的扩展方法 （1） 总线扩展法：扩展的并行I/O接口芯片，其数据、 地址取自P0、P2和P3口。这种扩展方法只分时占用P0、P2 和P3口线。 （2） 串行口扩展方法
二、MCS-51内部并行I/O端口的应用 （P244）
1、 I/O端口的三种操作方式：输出数据方 式、端口操作方式和输入（引脚）数据方式。 2、并行I/O端口的应用（P244例7.1） 在K3闭合时，模拟实现： F=/(K0&K1) &(K0+K1)
5.5 简单并行I/O口的扩展（教材P 244 ）
一、概述 1、I/O接口扩展的原因 由于单片机自身可用作于输人、输出的口线不多，特别 是在扩展了存储器的单片机应用系统中，只有P1口和P3的 一部分口线还可作为I／O口使用，这些口线往往是不够的。 因而应用系统设计过程不可避免的要进行输入/输出口扩展 设计。 2、 I/O接口扩展的分类 MCS－51单片机扩展I／O口时，借助于单片机可寻址 64KB数据存储区的一部分地址空间。单片机对这部分地址 寻址时，操作的数据并不是来自外扩数据存储器，而是来自 于具有数据读写能力的外部接口芯片。单片机外部I／O接口 的芯片种类很多：专用的外围接口芯片，如8255A可编程外 围并行接口，8279可编程键盘显示接口等；通用型I/O电路 或MOS电路外围接口芯片。 I/O接口扩展分类有以下三种：
（1）TTL或CMOS芯片，如74273、4373、377、244、 245等并入并出芯片。（2）多功能I/O扩展芯片，如8255A、 8259、8253和8279可编程芯片。（3）串行口扩展芯片 （74LS164串入并出、 74LS165并入串出）。 3、I/O接口的作用（P238） I/O接口扩展不是最终目的， 而是为外部通道及设备提供一个输入/输出缓冲通道。所以 I/O接口应具有以下作用： ● I/O接口可实现单片机与不同 外设的速度相匹配。要求扩展的I/O接口具有输出数据带锁 存功能，而输入数据具有缓冲功能，以便暂存信息和数据。 ● I/O接口可实现单片机与不同外设的信息格式相匹配。 要求扩展的I/O接口具有改变数据传送方式的功能，即串、 并转换功能。 ● I/O接口可实现单片机与不同外设的信 息电平相匹配。要求扩展的I/O接口具有电平自动转换功能。
74LS245具有总线数据双向传送功能，在应用系统中， 常用来作为总线驱动器使用，其操作功能如下表所示。
上图中，74LS245的输出允许（19引脚）接地，芯 片处于选通状态，74LS245数据的传输受方向控制端 DIR的控制，显然，为了实现数据的双向传送， 74LS245的方向控制端DIR可直接与单片机的/ RD脚相 连。/ RD＝0，数据从B口送到A口，/ RD＝1，数据从A 口送到B口。
三、用74系列TTL芯片扩展I／0接口 1、用74LS244扩展8位并行输入口 (1) 74LS244芯片介绍
（2）、用74LS244扩展8位并行输入口电路图
Hale Waihona Puke 2、用74LS373扩展8位并行输出口 (1) 74LS373芯片介绍
2、用74LS373扩展8位并行输出口
3、用双向8总线收发器74LS245实现总线数据双向传送