PCB元件封裝的編輯與制作及IO口的擴(kuò)展

1、情境10 PCB元件封裝的編輯與制作及I/O口的擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn) 1.了解PCB元件封裝庫（PCBLib）編輯器設(shè)計(jì)環(huán)境；2.掌握編輯元件封裝庫中已有封裝的方法；3.掌握制作新元器件封裝的方法；4.掌握I/O口的擴(kuò)展方法。技能點(diǎn)1.分別運(yùn)用手工法和向?qū)Хň庉嬇c制作新元件的封裝；2.在PCB編輯器環(huán)境下調(diào)用自建的元件封裝圖；3.利用8255擴(kuò)展I/O口，外接輸入輸出設(shè)備。學(xué)習(xí)情境目標(biāo)通過學(xué)習(xí)了解PCB元件封裝庫（PCBLib）編輯器設(shè)計(jì)環(huán)境；掌握編輯元件封裝庫中已有封裝的方法；掌握制作新元器件封裝的方法；掌握利用8255擴(kuò)展外部I/O口。任務(wù)一 PCB元件封裝的編輯與制作任務(wù)目標(biāo)雖然Protel 99

2、 SE中系統(tǒng)已經(jīng)提供了數(shù)量龐大的元件庫，其中含有大量的元件封裝，但是隨著新元器件的不斷出現(xiàn)，以及一些特殊要求的元器件的使用，設(shè)計(jì)軟件不可能包含電路板設(shè)計(jì)者所需的全部元器件的封裝圖。七段數(shù)碼管其實(shí)物如圖10-1，而原理圖中該元件符號如圖10-2所示，但在PCB封裝庫中沒有合適的封裝圖，這就需要設(shè)計(jì)者自己制作出符合實(shí)際尺寸的七段數(shù)碼管封裝圖。同樣常用繼電器（如圖10-3）也沒有對應(yīng)的封裝圖。故本次設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)：設(shè)置PCB元件封裝庫編輯器設(shè)計(jì)環(huán)境；2、建立一個(gè)新的封裝庫，取名為“自建PCB元件.lib”，它包括多個(gè)自建的元件封裝圖，具體參數(shù)要求如圖10-4七段數(shù)碼管封裝圖、圖10-5繼電器封裝圖所示

3、；其中圖10-4中焊盤外徑尺寸100 mil×60mil，焊盤孔徑25mil；圖10-5中焊盤外徑尺寸80×80mil ，焊盤孔徑40 mil 。 3、修改PCB Footprints.lib封裝庫中已有的二極管封裝圖，使其封裝焊盤號與原理圖中元件引腳號一致，如圖10-6所示。4、在PCB編輯器環(huán)境下調(diào)用自建的元件封裝庫及其封裝圖。 圖10-1 七段數(shù)碼管 圖10-2 七段數(shù)碼管元件圖 圖10-3 繼電器 圖10-4 七段數(shù)碼管封裝圖 圖10-5 繼電器封裝圖 圖10-6 二極管封裝焊盤號任務(wù)分析七段數(shù)碼管采用類似DIP（雙列直插式）封裝形式，因此可以通過向?qū)Хń栌肈IP1

4、0的封裝來制作。而繼電器封裝比較簡單，采用PCB封裝庫中的繪圖工具手工制作完成。相關(guān)知識(shí)1、元件封裝的分類： （1）針腳式元件：元件的引腳是一根導(dǎo)線，安裝元件時(shí)該導(dǎo)線必須通過焊盤，穿過電路板焊接固定，焊盤必須鉆一個(gè)能夠穿過引腳的孔（從頂層鉆通到底層），圖10-7為針腳式元件的封裝圖，其中焊盤的Layer板層屬性必須設(shè)置為MultiLayer（穿透層）。圖10-7 針腳式元件圖10-8 表面貼裝式元件（2）表面貼裝式元件：直接把元件貼在電路板表面，靠粘貼固定，所以焊盤不需要鉆孔，特別適合大批量、全自動(dòng)、機(jī)械化的生產(chǎn)加工，因此成本較低。表面貼裝式元件各引腳間的間距很小，故元件體積也小。圖10-8為

5、表面貼裝式元件的封裝圖，其中焊盤的Layer屬性必須設(shè)置為單一板層，如TopLayer（頂層）或BottomLayer（底層）。2、元件封裝的編號：一般用元件類型+焊盤距離(焊盤數(shù))+元件外形尺寸來表示，所以可根據(jù)元件封裝編號來判別元件封裝的規(guī)格。如： AXIAL0.4表示此元件封裝為軸狀，兩焊盤間距為400mil； RB.2.4表示極性電容類元件封裝，引腳間距為200mil，外形直徑為400mil。、元件封裝圖的結(jié)構(gòu)：包含元件外形、焊盤、元件屬性3部分。如圖10-5繼電器的封裝由矩形外形、8個(gè)焊盤及相關(guān)屬性信息構(gòu)成。(1)元件外形：元件的實(shí)際幾何圖形，不具備電氣性質(zhì)，它起到標(biāo)注符號或圖案的作

6、用。(2)焊盤：元件主要的電氣部分，相當(dāng)于電路圖里的引腳。(3)元件屬性：設(shè)置元件的位置、層面、序號和類型值等信息。封裝更注重元件的引腳尺寸，對于任何元器件都需要按照實(shí)際的元件尺寸畫封裝圖，同時(shí)對于針腳式元件還要使焊盤的尺寸足夠大，以便元器件的引腳能夠插入焊盤。所以在設(shè)計(jì)元件封裝圖前，需要了解元件外形、引腳形狀及尺寸、引腳間距等信息。元件使用手冊中一般給出元件安裝參數(shù)，若沒有器件封裝尺寸數(shù)據(jù)，在畫元件封裝圖時(shí)，可使用游標(biāo)卡尺、螺旋測微器等高精度測量工具對元件外形、引腳間距、安裝螺絲孔徑等進(jìn)行精確測量，然后在PCB封裝庫編輯器中繪制元件封裝圖。另外還需要注意公英制單位之間的轉(zhuǎn)換。任務(wù)實(shí)施過程1、

7、啟動(dòng)PCB元件封裝庫編輯器：方法類似原理圖元件庫編輯器的啟動(dòng)。首先在當(dāng)前設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，執(zhí)行菜單命令File/New，進(jìn)入“New Document”對話框，選擇PCB元件庫編輯器圖標(biāo)，如圖10-9所示。雙擊該圖標(biāo)或單擊OK按鈕后，系統(tǒng)在當(dāng)前設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫中建立一個(gè)新元件封裝庫文件，修改文件名為“自建PCB元件.lib”。然后雙擊該文件圖標(biāo)，進(jìn)入PCB封裝庫編輯器工作界面，如圖10-10所示 。2、設(shè)置PCB封裝庫編輯器環(huán)境（1）編輯區(qū)調(diào)整。最初進(jìn)入PCB封裝庫的編輯區(qū)內(nèi)有一個(gè)十字坐標(biāo)軸，其中心坐標(biāo)為原點(diǎn)（0，0）。單擊鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)圖10-11菜單，選擇Library Options命令， L

8、ayers標(biāo)簽中打開第一可視柵格，關(guān)閉第二可視柵格，如圖10-12所示；Options標(biāo)簽中將定位柵格均設(shè)置為5mil，電氣柵格取4mil，如圖10-13所示。提示：PCBLibplacementTools工具欄的各項(xiàng)含義類似PCB工作環(huán)境中相應(yīng)工具欄。 圖10-9 “New Document”對話框圖10-10 PCB封裝庫編輯器界面圖10-11 封裝庫編輯器環(huán)境設(shè)置菜單圖10-12 可視柵格設(shè)置（2）工作參數(shù)及圖紙參數(shù)設(shè)置。執(zhí)行菜單命令Tools/Preferences，進(jìn)入圖10-14所示參數(shù)設(shè)置對話框，可以對工作層、焊盤、過孔等的顯示顏色、光標(biāo)形狀等信息設(shè)置。（3）打開封裝庫管理器。點(diǎn)

9、擊View/Design Manager，選擇Browse PCBLib標(biāo)簽，可切換到封裝庫管理器，如圖10-15所示。其中Components(元件列表)窗口內(nèi)容與原理圖元件庫編輯器相同，不再重復(fù)。Update PCB按鈕功能是更新PCB圖中有關(guān)該元件的信息，即在元件封裝庫編輯器中所做的修改可相應(yīng)反應(yīng)到電路板中。圖10-13定位柵格設(shè)置 圖10-14 封裝庫參數(shù)設(shè)置對話框 圖10-15 封裝庫管理器3、用向?qū)Хㄖ谱髌叨螖?shù)碼管封裝圖(參數(shù)要求見圖10-4)(1)啟動(dòng)封裝向?qū)В涸谏鲜鲎越≒CB元件.lib的封裝庫編輯器工作界面中，單擊Browse PCBLib標(biāo)簽中的Add按鈕，或執(zhí)行菜單命令T

10、ools/New Component，進(jìn)入圖10-16的元件封裝向?qū)Ы缑?。?）選擇元件封裝外形及尺寸單位：單擊圖10-16中“Next”按鈕進(jìn)入圖10-17，選擇“Dual in-line Package (DIP)”雙排直插式封裝形式，并選擇英制單位“Imperial(mil)”。提示：表10-1列出了12種元件封裝形式的中文名稱。表10-1 通過向?qū)?chuàng)建的封裝類型Dual in-line Package (DIP)雙列直插式封裝Ball Grid Array(BGA)格點(diǎn)陣列式封裝Staggered Ball Grid Array錯(cuò)列BAG封裝Diodes二極管型封裝Capacitors

11、電容型封裝Quad Packs (QUAD)四方扁平塑料封裝Pin Grid Array (PGA)引腳網(wǎng)絡(luò)陣列封裝Resistors電阻型封裝Staggered Pin Grid Arrays錯(cuò)列PGA封裝Small Outline Package小型表貼式封裝Leadless Chip Carrier (LCC)無引線芯片載體型封裝Edge Connectors邊緣連接型封裝（3）確定元件引腳焊盤尺寸：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-18，缺省引腳焊盤外徑尺寸為100 mil×50mil，引腳焊盤孔徑為25mil。根據(jù)要求修改尺寸，直接將鼠標(biāo)移到原尺寸數(shù)據(jù)50mil上，單擊鼠標(biāo)左鍵

12、輸入60mil。圖10-16 元件封裝向?qū)Ы缑孀⒁猓汉副P外徑尺寸應(yīng)大于焊盤孔徑，引腳焊盤外徑與焊盤孔徑之間關(guān)系如表10-2所示。表10-2 最小焊盤直徑與引線孔直徑的關(guān)系 單位：mm 引線孔直徑最小焊盤直徑0.40.50.60.80.91.01.31.62.0高精度0.80.91.01.21.31.41.72.22.5普通精度1.01.01.21.41.51.61.82.53.0低精度1.21.21.51.82.02.53.03.54.0圖10-17 選擇元件封裝外形及尺寸單位（4）設(shè)置引腳水平間距和垂直間距（指焊盤中心距）：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-19，經(jīng)實(shí)際測量得知該數(shù)碼管引腳水平間

13、距為800mil，垂直間距為150mil。在圖10-19中加以修改。（5）設(shè)置元件外輪廓線寬度：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-20，設(shè)置元件外輪廓線寬度與設(shè)置元件引腳焊盤尺寸方法相同，一般采用默認(rèn)值10mil。圖10-18 設(shè)置引腳焊盤尺寸（6）輸入元件引腳數(shù)目：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-21，七段數(shù)碼管應(yīng)有10個(gè)引腳。（7）輸入元件封裝名稱：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-22，在文本框中輸入元件名“七段數(shù)碼管”。圖10-19 設(shè)置焊盤間距（8）最后確定：單擊 “Next”進(jìn)入圖10-23，當(dāng)確認(rèn)元件外形、焊盤外徑、孔徑、間距等尺寸無誤后，單擊“Finish”按鈕，完成向?qū)н^程，顯示出七段

14、數(shù)碼管的初步封裝，如圖10-24所示。圖10-20 設(shè)置元件外輪廓線寬（9）旋轉(zhuǎn)：圖10-24中元件引腳排列方向與實(shí)際七段數(shù)碼管不同，需要整體旋轉(zhuǎn)。選定整個(gè)七段數(shù)碼管，鼠標(biāo)左鍵一直按住七段數(shù)碼管5腳不放，點(diǎn)擊空格鍵即可旋轉(zhuǎn)。撤銷選定狀態(tài)后，如圖10-25所示。（10）修改引腳焊盤屬性：依次對10個(gè)焊盤引腳鼠標(biāo)左鍵雙擊，進(jìn)入到每個(gè)焊盤屬性對話框中，如圖10-26所示。根據(jù)七段數(shù)碼管引腳名稱及排列規(guī)則，逐一修改焊盤屬性。（11）設(shè)置參考點(diǎn)：執(zhí)行菜單命令Edit/Set Reference/Location，將參考點(diǎn)放在“dp”引腳焊盤上，作為本元件的參考點(diǎn)，即該引腳焊盤坐標(biāo)為（0，0）。圖10-2

15、1 輸入元件引腳數(shù)目圖10-22 輸入元件封裝名稱圖10-23 封裝向?qū)ЫY(jié)束 圖10-24 七段數(shù)碼管初步封裝圖 圖10-25 七段數(shù)碼管旋轉(zhuǎn)圖10-26 修改焊盤屬性（12）修改外輪廓線：將工作層面切換到TopOverlay（頂層絲印層)，刪除現(xiàn)有外輪廓線。然后將圖10-13中定位柵格Snap X改為1mil，Snap Y改為5mil。最后利用菜單命令Place/Track，或單擊PCBLibPlacementTools工具欄中的按鈕，按照任務(wù)目標(biāo)中的尺寸要求繪制出數(shù)碼管的外輪廓線，如圖10-27所示，全部完成之后如圖10-28所示。注意：根據(jù)尺寸要求，數(shù)碼管的外輪廓四點(diǎn)坐標(biāo)分別為（-662

16、，875）、（63，875）、（-662，-75）、（63，-75），依據(jù)此坐標(biāo)值繪制外輪廓線。 圖10-27 繪制外輪廓線 圖10-28 七段數(shù)碼管封裝圖（13）保存：單擊主工具欄內(nèi)的按鈕，將生成的七段數(shù)碼管元件封裝圖保存到自建PCB元件.lib庫文件中。至此，用向?qū)Хㄍ瓿闪嗽谧越≒CB元件.lib庫中制作并增加七段數(shù)碼管封裝圖的任務(wù)。注意：數(shù)碼管元件圖中管腳編號為18，分別對應(yīng)adp，9對應(yīng)VCC；而數(shù)碼管封裝圖中管腳編號依次是e、d、3、c、dp、b、a、8、 f、g，兩個(gè)圖的管腳號不一致，勢必在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)出錯(cuò)，所以修改其封裝圖管腳號如圖10-29所示。圖10-29 修改七段數(shù)碼管封裝

17、圖管腳號4、手工制作繼電器封裝圖（參數(shù)要求見圖10-5）（1）新建元件封裝：在自建PCB元件.lib的封裝庫編輯器工作界面中，單擊Browse PCBLib標(biāo)簽中的Add按鈕，或執(zhí)行菜單命令Tools/New Component，進(jìn)入圖10-16的元件封裝向?qū)Ы缑?，對話框中單擊按鈕，退出元件封裝創(chuàng)建向?qū)?。?）設(shè)置工作環(huán)境：執(zhí)行菜單命令Tools/Library Options進(jìn)入圖10-13，將定位柵格Snap X改為10mil，Snap Y改為10mil。如圖10-30所示。注意：為了使用戶在繪制元件封裝的過程中放置線段、弧線等更精確，應(yīng)該將定位柵格設(shè)置的小一些，而電氣柵格中數(shù)值要小于定位

18、柵格。（3）放置引腳焊盤：執(zhí)行菜單命令Place/Pad，或單擊PCBLibPlacementTools工具欄中的按鈕，將十字光標(biāo)定位于（0，0）放置第一個(gè)焊盤。然后根據(jù)圖10-5中焊盤之間的水平間距和垂直間距放置其它7個(gè)焊盤，如圖10-31所示。圖10-30 重新設(shè)置定位柵格注意：可以利用柵格來確定焊盤間的相對位置，也可利用Pad屬性對話框中焊盤的坐標(biāo)值來確定各焊盤間的相對位置。 圖10-31 放置引腳焊盤 圖10-32 焊盤屬性設(shè)置（4）修改引腳焊盤屬性：依次雙擊各個(gè)引腳焊盤（或選中焊盤后按Tab鍵），調(diào)出其相應(yīng)的引腳焊盤屬性對話框，根據(jù)任務(wù)要求修改各項(xiàng)值，如圖10-32是修改第一個(gè)引腳焊

19、盤的對話框，其中焊盤外徑尺寸80×80mil，焊盤孔徑30 mil。其它焊盤屬性依照圖10-5逐一修改。若需要對所有焊盤的相同屬性進(jìn)行修改，可以采用整體修改方式。如將圖10-31上所有外徑為80×80mil的圓形焊盤，修改其焊盤孔徑為40mil，則單擊圖10-32對話框中的“Global”按鈕，對話框展開，出現(xiàn)整體編輯區(qū)，如圖10-33所示，“Hole Size”改為40mil，在“Attributes Match By”區(qū)域中的“X-Size”、“Y-Size”、“Shape”三欄都設(shè)為“Same”，將“Designator”欄設(shè)為“Different”；其他各欄都設(shè)為“

20、Any”，則表示將電路板圖中所有X軸和Y軸尺寸為80mil、形狀為圓形、序號不是1的焊盤作為整體編輯的對象；在“Change Scope”區(qū)域中，選擇“All Primitives in current component”；在“Copy attributes”區(qū)域，選擇“Hole Size”欄，表示將所有被整體編輯的焊盤鉆孔直徑改為40mils。圖10.33 焊盤屬性整體修改（5）設(shè)置參考點(diǎn)：執(zhí)行菜單命令Edit/Set Reference/Location，將參考點(diǎn)放在“1”引腳焊盤上，作為本元件的參考點(diǎn)，即該引腳焊盤坐標(biāo)為（0，0）。（6）繪制封裝外形輪廓線：將工作層面切換到TopOve

21、rlay（頂層絲印層），執(zhí)行菜單命令Place/Track，或單擊PCBLibPlacementTools工具欄中的按鈕，按照任務(wù)目標(biāo)中的尺寸要求繪制出繼電器的外輪廓線，完成后如圖10.34所示。圖10.34 繪制繼電器外輪廓線（7）修改元件封裝名稱：執(zhí)行菜單命令Tools/Rename Component，或單擊Browse PCBLib標(biāo)簽中的Rename按鈕，出現(xiàn)如圖10-35對話框，修改元件封裝名為繼電器。圖10.35 修改封裝名（8）保存：單擊主工具欄內(nèi)的按鈕，將生成的繼電器元件封裝圖保存到自建PCB元件.lib庫文件中。至此，用手工法完成了在自建PCB元件.lib庫中制作并增加繼電

22、器封裝圖的任務(wù)。此時(shí)自建PCB元件.lib庫中已新建了兩個(gè)元件封裝圖。5、修改PCB Footprints.lib封裝庫中已有的二極管封裝圖（如圖10.6所示）（1）新建元件封裝：方法同上，改名為二極管。（2）打開軟件自帶封裝庫。執(zhí)行菜單Files/Open命令，在路徑C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric FootprintsAdvpcb.DDB中打開PCB Footprints.lib元件庫，找到需要修改的二極管封裝DIODE0.4，將其選定、復(fù)制、粘貼到“自建PCB元件.lib”庫文件的“二極管”封裝圖紙中，如圖10.3

23、6。（3）修改引腳焊盤編號：依次雙擊兩個(gè)引腳焊盤（或選中焊盤后按Tab鍵），調(diào)出其相應(yīng)的引腳焊盤屬性對話框，分別將原來的編號1改為A，如圖10.37所示，將原來的編號2改為K，使其封裝焊盤號與原理圖中元件引腳號保持一致。（4）保存：單擊主工具欄內(nèi)的按鈕，將生成的二極管元件封裝圖保存到自建PCB元件.lib庫文件中，注意保存路徑，本例在D:畫圖練習(xí)放大整形電路.ddb。圖10.36 復(fù)制已有封裝 圖10.37 圖10.38至此，在自建PCB元件.lib庫中制作并增加了三個(gè)元件封裝圖，如圖10.38所示。6、調(diào)用自建封裝庫（1）回到PCB編輯狀態(tài)，執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove L

24、ibrary，將自己創(chuàng)建的封裝庫“自建PCB元件.lib” 添加到當(dāng)前PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，如圖10.39所示。（2）和其它封裝庫一樣，使用自建PCB元件.lib庫中封裝，如圖10.40所示。7、創(chuàng)建項(xiàng)目元件封裝庫項(xiàng)目元件封裝庫是根據(jù)本項(xiàng)目電路圖上的元件而產(chǎn)生的元件封裝庫，實(shí)際就是把整個(gè)項(xiàng)目中所用到的元件整理并存入一個(gè)元件封裝庫文件中。以高靈敏度無線話筒.pcb為例：（1）執(zhí)行菜單命令File/Open，打開高靈敏度無線話筒.pcb文件，進(jìn)入其PCB設(shè)計(jì)環(huán)境。（2）執(zhí)行菜單命令Design/Make Library后，自動(dòng)切換到元件封裝庫編輯器，并生成相應(yīng)的項(xiàng)目元件封裝庫“高靈敏度無線話筒.lib

25、”文件，如圖10-41所示。 圖10-39 添加“自建PCB元件.lib” 圖10-40 使用“自建PCB元件.lib”庫元件圖10.41 創(chuàng)建高靈敏度無線話筒.lib實(shí)訓(xùn)練習(xí):在自己的文件夾中創(chuàng)建元件封裝庫，名為“自建封裝.lib”，然后繪制以下各元件封裝，并將其存放于上述自建封裝庫中。實(shí)訓(xùn)題1 從已有的封裝庫中拷貝一個(gè)DIP8的封裝，然后將它修改為DIP4的封裝。提示：（1）在Protel 99 SE環(huán)境，使用File/New Design建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，然后再使用File/New菜單，在跳出的窗口中選擇PCB Library Document圖標(biāo)。（2）拷貝操作：打開General IC

26、封裝庫，并使DIP-8封裝處于編輯狀態(tài)，執(zhí)行菜單命令Edit/Copy Component。（3）粘貼操作：使用菜單命令Edit/Paste Component，就可以看到封裝DIP-8就被調(diào)入該窗口，執(zhí)行菜單命令Tools/Rename Component，把元件封裝名改為DIP-4。（34）修改操作：用Edit/Delete菜單刪除4個(gè)焊盤，然后重新為焊盤編號，順序與原DIP-8的順序一致，在頂層絲網(wǎng)層重畫輪廓線，注意焊盤尺寸使用原焊盤尺寸，最后存盤。實(shí)訓(xùn)題2試畫一個(gè)PGA44的封裝，要求：如圖10.42，圖中的數(shù)字為焊盤號碼，畫圖時(shí)注意封裝焊盤號和實(shí)際器件的關(guān)系。提示：（1）首先用元件封

27、裝制作向?qū)Ы?×8的PGA封裝，然后再刪去不需要的焊盤，最后編輯焊盤號、書寫文字和畫邊框。（2）注意焊盤使用向?qū)е械娜笔『副P尺寸。 圖10.42 PGA44封裝圖 圖10.43 發(fā)光二極管封裝圖實(shí)訓(xùn)題3 試畫出所示的發(fā)光二極管封裝圖，要求如圖10.43，焊盤外徑為60mil，內(nèi)徑為30mil，焊盤號如圖所示。實(shí)訓(xùn)題4試畫出所示的按鈕封裝圖，要求如圖10.44，焊盤尺寸為外徑120mil，內(nèi)徑為60mil，焊盤號如圖所示。 圖10.44 按鈕封裝圖 圖10.45 開關(guān)封裝圖實(shí)訓(xùn)題5試畫出所示的開關(guān)封裝圖，要求如圖10-45，焊盤尺寸為外徑200mil，內(nèi)徑為150mil，焊盤號如圖所

28、示。任務(wù)2 外部I/O口的擴(kuò)展任務(wù)目標(biāo)通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，掌握利用8255A可編程芯片擴(kuò)展外部I/O口的方法；掌握利用8255A的A口、B口、C口完成數(shù)據(jù)的輸入與輸出；進(jìn)一步掌握指針變量的使用；了解TTL芯片擴(kuò)展I/O口的方法。任務(wù)描述把8255A的C口外接的8個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)讀入到內(nèi)部RAM 50H單元，然后分別通過8255A的A口、B口輸出，并分別在其外接的8個(gè)發(fā)光二極管上顯示。硬件電路如圖10.46所示。圖10.46 8255擴(kuò)展I/O口電路源程序#define uchar unsigned char#define A8255 0x7ffc#define B8255 0x7ffd#defin

29、e C8255 0x7ffe#define K8255 0x7fffvoid delay() uchar i,j; for(i=0;i<40;i+) for(j=0;j<250;j+) ;void main() uchar xdata *p; uchar data *pn=(uchar data *)0x50; while(1) p=(unsigned int *)(K8255); *p=0x89; p=(unsigned int *)(C8255); *pn=*p; p-; *p=*pn; p-; *p=*pn; delay(); 任務(wù)實(shí)施1.利用PROTEL軟件繪制如圖9.69

30、硬件電路圖，生成元件清單、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、制作PCB板（根據(jù)設(shè)計(jì)情況盡量?。?。2.利用proteus仿真軟件繪制電路原理圖3. C51程序的編譯按照情景一Keil C51編譯軟件的操作步驟對源程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。4.執(zhí)行程序觀察效果將編譯成功后的.HEX文件加載到CPU執(zhí)行程序并設(shè)置開關(guān)的狀態(tài)觀察效果。相關(guān)知識(shí)1.并行I/O口的簡單擴(kuò)展簡單I/O口擴(kuò)展是通過系統(tǒng)外總線進(jìn)行的。簡單I/O口擴(kuò)展芯片可選用帶輸入、輸出鎖存端的三態(tài)門組合門電路，如74LS373、74LS377、74LS273、74LS245及8282等。圖10.47為由74LS373及8282構(gòu)成的8位并行輸入輸出I/O口，其中74LS3

31、73用作輸出口，8282用作輸入口，若不用的地址線取為“1”，則口地址為：BFFFH（輸出口）、7FFFH（輸入口）。數(shù)據(jù)的輸入與輸出通過下述指令進(jìn)行：輸出數(shù)據(jù)：unsigned char xata *p;unsigned char i;p=(unaignedchar data *)0xbfff；/指向輸出口*p=0x30; / 輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)：p=(unaignedchar data *)0x7fff；/指向輸入口i=*p； /輸入數(shù)據(jù)圖10.47 簡單I/O口擴(kuò)展2.采用8255擴(kuò)展I/O口簡單I/O口擴(kuò)展有使用普通的TTL門電路作為擴(kuò)展器件的簡單I/O口擴(kuò)展，該方式線路簡單，但由于TF

32、L門電路不可編程，因此用這種方法擴(kuò)展的I/O口功能單一，使用不太方便。使用通用可編程I/O擴(kuò)展芯片如8255、8155等芯片進(jìn)行擴(kuò)展，由于它是I/O口擴(kuò)展專用芯片，與單片機(jī)進(jìn)行連接比較方便，而且芯片的可編程性質(zhì)使I/O擴(kuò)展口應(yīng)用靈活，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中用得較多。通過串行口擴(kuò)展并行I/O口也是一種常用的I/O口擴(kuò)展方法，該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，但速度較慢，適用于數(shù)據(jù)空間使用較多且對I/O口速度要求不高的應(yīng)用場所。除通過串行口擴(kuò)展I/O口外，用另兩種方法擴(kuò)展I/O口，其I/O口地址與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一編址。8255是一種可編程的并行I/O接口芯片，與8155相比沒有內(nèi)部定時(shí)器

33、/計(jì)數(shù)器及靜態(tài)RAM，但同樣具有三個(gè)端口，端口的結(jié)構(gòu)與功能略強(qiáng)于8155。1) 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能。8255的內(nèi)部由端口、端口控制電路、數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫控制邏輯電路組成。8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（見圖10.48）和引腳功能 （見圖10.49）圖10.48 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10.49 8255A引腳圖（1）外設(shè)接口部分該部分有3個(gè)8位并行I/O端口，即A口、B口、C口?？捎删幊虥Q定這3個(gè)端口的功能。A口：具有個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，PA0PA7是其可與外設(shè)連接的外部引腳。它可編程為8位輸入/輸出或雙向I/O口。B口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位

34、數(shù)據(jù)輸入緩沖器（不鎖存），PB0PB7是其可與外設(shè)連接的外部引腳。B口可編程為8位輸入/輸出口，但不能作為雙向輸入/輸出口。C口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（不鎖存），PC0PC7為其與外設(shè)連接的外部引腳。這個(gè)口包括兩個(gè)4位口。C口除作輸入、輸出口使用外，還可以作為A口、B口選通方式操作時(shí)的狀態(tài)/控制口。（2）A組和B組控制電路這兩組控制電路合在一起構(gòu)成一個(gè)8位控制寄存器，每組控制電路既接收來自讀/寫控制邏輯電路的讀/寫命令，也從數(shù)據(jù)線接收來自CPU的控制字，并發(fā)出相應(yīng)的命令到各自管理的外設(shè)接口通道。或?qū)Χ丝贑按位清0、置1。（3）數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是一

35、個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，D7D0為相應(yīng)外部引腳，用于和單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與8255A芯片之間的數(shù)、控制及狀態(tài)信息的傳送。（4）讀/寫控制邏輯讀/寫控制邏輯電路依據(jù)CPU發(fā)來的A1、A0、和信號，對8255進(jìn)行硬件管理。決定8255使用的端口對象、芯片選擇、是否被復(fù)位以及8255與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸方向，具體操作情況如表10-10-1。RESET（輸入）：復(fù)位信號，高電平有效，清除控制寄存器，使8255各端口均處于基本的輸入方式。（輸入）：片選信號，低電平有效。（輸入）：讀信號，低電平有效?？刂?255將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送至CPU。（輸入）：寫信號，低電平有效?？刂瓢袰PU輸出

36、數(shù)據(jù)或命令信息寫入8255。A1、A0（輸入）：端口選擇線。這兩條線通常與地址總線的低兩位地址相連，使CPU可以選擇片內(nèi)的4個(gè)端口寄存器。表10-1 8255的端口選擇及操作表A1A0端口操作00001讀PA口，端口A數(shù)據(jù)總線00010寫PA口，端口A數(shù)據(jù)總線00101讀PB口，端口A數(shù)據(jù)總線00110寫PB口，端口A數(shù)據(jù)總線01001讀PC口，端口A數(shù)據(jù)總線01010寫PC口，端口A數(shù)據(jù)總線01110數(shù)據(jù)總線8255控制寄存器1××××芯片未選中（數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)）01101非法操作0××11非法操作2）80C51與8255A的連接

37、方法80C51和8255可以直接連接，簡單的連接方法如10.46所示。A1A0：與8031的低兩位地址線經(jīng)鎖存器后相連。：與8031剩下地址線中的一根相連。：與8031相連。：與8031相連。RESET：與8031的RESET直接相連。D0D7：與8031的P0口直接相連。根據(jù)10.46的連接情況，地址分配如下（設(shè)未用地址線為高電平）。P2.7（）A1（P0.1）A0（P0.0）端口地址000A口7FFCH001B口7FFDH010C口7FFEH011控制寄存器7FFFH3）8255的方式控制字用編程的方法向8255A的控制端口寫入控制字，可以用來選擇8255A的工作方式。8255A的控制字有

38、兩個(gè)：即方式選擇控制字和PC口復(fù)位/置位控制字。這兩個(gè)控制字共用一個(gè)地址，根據(jù)每個(gè)控制字的最高位D7來識(shí)別是何種控制字，D7=1為方式選擇控制字，D7=0為C口置位/復(fù)位控制字。（1）方式選擇控制字方式選擇控制字用來定義PA、PB、PC口的工作方式。其中對PC口的定義不影響其某些位作PA、PB口的聯(lián)絡(luò)線使用。方式控制字的格式和定義如圖10.50所示。圖10.50 8255A方式選擇控制字8255A的PA和PB在設(shè)定工作方式時(shí)，必須以8位為一個(gè)整體進(jìn)行，而PC可以分為高4位和低4位分別選擇不同的工作方式，這樣四個(gè)部分可以按規(guī)定互相組合起來，非常靈活方便。例如，假設(shè)8255A的PA和PB工作方式0

39、輸出，PC工作于方式為0輸入，則命令字為10010000B=89H，以10.46所示電路為例，則任務(wù)中初始化程序?yàn)椋?uchar xdata *p; /指針指向命令口 p=(unsigned int *)(K8255); *p=0x89; /方式命令字寫入8255A的命令寄存器（2）C口按位復(fù)位/置位控制字C口的各位具有位控制功能，在8255工作方式1、2時(shí)，某些位是狀態(tài)信號和控制信號，為便于實(shí)現(xiàn)控制功能，可以單獨(dú)的對某一位復(fù)位/置位。格式如圖10.51。圖10.51 C口 按位復(fù)位/置位控制寄存器必須注意的是，雖然是對PC口的某一位進(jìn)行操作，但命令字必須從8255A的命令口寫入。例如編程使P

40、C口的PC1置1輸出： uchar xdata *p; /指針指向命令口 p=(unsigned int *)(K8255); *p=0x03; /復(fù)位/置位控制字寫入8255A的命令寄存器4）8255工作方式8255有三種方式：方式0、方式1、方式2（僅A口）。（1）方式0（基本輸入/輸出方式）適用這種工作方式的外設(shè)，不需要任何選通信號。8255A以方式0工作的端口在單片機(jī)執(zhí)行I/O操作時(shí)，在單片機(jī)和外設(shè)之間建立一個(gè)直接的數(shù)據(jù)通道。PA口、PB口及PC口的高、低兩個(gè)4位端口中的任何一個(gè)端口都可以被設(shè)定為方式0輸入或輸出。作為輸出口時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存；作為輸入口時(shí)，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。（2）方式1（

41、選通輸入/輸出方式）方式1有選通輸入和選通輸出兩種工作方式，只有PA口和PB口可由編程設(shè)定為方式1輸入或輸出口，PC口中的若干位將用來作為方式1輸入/輸出操作時(shí)的控制聯(lián)絡(luò)信號。8255A工作于方式1輸入情況下的功能如圖10.51所示。此時(shí)PC的位被定義為：PC4：PA的選通信號，低電平有效，由外設(shè)提供。當(dāng)該信號有效時(shí)，8255A的PA將外設(shè)提供的數(shù)據(jù)鎖存。PC5：PA的輸入緩沖器滿信號IBFA，高電平有效，由8255A輸出給外設(shè)。當(dāng)該信號有效時(shí)，表明外設(shè)送來的數(shù)據(jù)已到PA的輸入緩沖器。該信號可以作為端口查詢信號，只有當(dāng)PA端口的數(shù)據(jù)被取走以后，該信號才變?yōu)榈碗娖?，端口才可以接收新的?shù)據(jù)。PC3

42、：PA的中斷請求信號INTRA，高電平有效，由8255A輸出給外設(shè)。在INTEA=1的條件下，當(dāng)=1和IBFA=1時(shí)，INTRA被置為1，當(dāng)數(shù)據(jù)被取走后清除。PC2：PB的選通信號，功能與作用同。PC1：PB的輸入緩沖器滿信號IBFB，功能與作用同IBFA。PC0：PB的中斷請求信號INTRB，功能與作用同INTRA。PC6和PC7可以作為自由的輸入/輸出線。INTEA和INTEB是PA和PB的中斷允許位，它們是通過對PC4和PC2置1或清0來實(shí)現(xiàn)中斷允許和中斷禁止控制的，但這對PC4和PC2兩引腳的功能（和）并不影響。圖10.52 8255A方式1選通輸入方式8255A工作于方式1輸出情況下的功能如圖所示。此時(shí)PC的位被定義為：PC7：PA的輸出緩沖器滿信號，低電平有效，由8255A輸出給外設(shè)。當(dāng)該信號有效時(shí)，表示8255A的PA中已有數(shù)據(jù)，外設(shè)可以將此數(shù)據(jù)取走。當(dāng)?shù)絹頃r(shí)，該信號變?yōu)楦唠娖?。PC6：PA的響應(yīng)信號，低電平有效，當(dāng)外設(shè)將數(shù)據(jù)取走后發(fā)回給825