常用外圍設(shè)備接口技術(shù)7

甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院單片機接口技術(shù)及應(yīng)用1/11/20231甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院第七章常用外圍設(shè)備接口技術(shù)1/11/20232甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握簡單的并行接口芯片的外特性與應(yīng)用2、掌握8255A的結(jié)構(gòu)、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(yīng)用1/11/20233甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.1

概述1/11/20234甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院1、可編程接口芯片概述接口電路應(yīng)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(shè)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(shè)的控制命令，以及外設(shè)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1/11/20235甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2、片選概念A(yù)7~A0CE譯碼器接口芯片同內(nèi)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(yīng)的I/O設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。1/11/20236甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院3、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1/11/20237甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院4、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(shè)。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。1/11/20238甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院5、聯(lián)絡(luò)的概念數(shù)據(jù)線接口外設(shè)STBRDY1/11/20239甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.2

簡單的輸入輸出接口1/11/202310甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院簡單的I/O接口的擴展通常用74LS244(8位三態(tài)緩沖器及總線驅(qū)動器)擴展輸入口，用74LS273(8D鎖存器)擴展輸出口。1/11/202311甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院1/11/202312甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院若要求當(dāng)某鍵按下時，相應(yīng)的LED發(fā)光，則接口程序如下：LOOP：MOVDPTR,#PORT1MOVXA,@DPTRMOVDPTR,#PORT2MOVX@DPTR,AJMPLOOP1/11/202313甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院在擴展接口時，還應(yīng)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。1/11/202314甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院⑵總線負(fù)載能力的擴大：P0口作地址/數(shù)據(jù)總線時，其負(fù)載能力為8個LSTTL電路，P2口作為地址總線時，其負(fù)載能力為4個LSTTL電路，如果超過必須增加總線驅(qū)動器，如：74LS244(單向)、74LS245(雙向)等。1/11/202315甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.3

可編程并行接口芯片8255A1/11/202316甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院1、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(shè)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(shè)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(shè)引腳，分3個端口、2組控制共三種輸入輸出工作方式1/11/202317甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2、8255A的結(jié)構(gòu)和功能1.8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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）。1/11/202318甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院端口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1/11/202319甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院③A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(nèi)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(dāng)?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(fù)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(guān)信號（RD、WR、RESET等)，向8255A的A、B兩組控制部件發(fā)送命令。1/11/202320甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院數(shù)據(jù)總線緩沖器內(nèi)部控制線內(nèi)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(jié)構(gòu)框圖1/11/202321甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2.8255A的引腳功能1/11/202322甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院3、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(shè)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(luò)信號。1/11/202323甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院⑴方式1的輸入數(shù)據(jù)選通信號表示外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經(jīng)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(luò)信號同時還具有中斷請求和屏蔽功能1/11/202324甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBIBFBINTRBSTBB數(shù)據(jù)選通信號表示外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)輸入緩沖器滿信號表示A口已經(jīng)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1/11/202325甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院STB——選通信號，低電平有效由外設(shè)提供的輸入信號，當(dāng)其有效時，將輸入設(shè)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(luò)信號。當(dāng)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(shè)數(shù)據(jù)A口所用的三個聯(lián)絡(luò)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。1/11/202326甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院方式1輸入時序dataINTRIBF

data輸入端口D0～D7STBRDSTB和IBF是外設(shè)和8255A間的一對應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，為的是可靠地輸入數(shù)據(jù)1/11/202327甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院8255A的中斷由中斷允許觸發(fā)器INTE控制置位允許中斷，復(fù)位禁止中斷對INTE的操作通過寫入端口C的對應(yīng)位實現(xiàn)，INTE觸發(fā)器對應(yīng)端口C的位是作應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號的輸入信號的哪一位，只要對那一位置位/復(fù)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(yīng)PC4端口B的INTEB對應(yīng)PC21/11/202328甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院⑵方式1的輸出外設(shè)響應(yīng)信號表示外設(shè)已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經(jīng)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1/11/202329甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院PC2PC1PC0PB7~PB0INTEBOBFBINTRBACKB外設(shè)響應(yīng)信號表示外設(shè)已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)輸出緩沖器滿信號表示CPU已經(jīng)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1/11/202330甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院方式1輸出聯(lián)絡(luò)信號OBF——輸出緩沖器滿信號，低有效8255A輸出給外設(shè)的一個控制信號，當(dāng)其有效時，表示CPU已把數(shù)據(jù)輸出給指定的端口，外設(shè)可以取走ACK——響應(yīng)信號，低有效外設(shè)的響應(yīng)信號，指示8255A的端口數(shù)據(jù)已由外設(shè)接受INTR——中斷請求信號，高有效當(dāng)輸出設(shè)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(yīng)PC6端口B的INTEB對應(yīng)PC21/11/202331甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院方式1輸出時序輸出端口OBF*和ACK*是外設(shè)和8255A間的一對應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，為的是可靠地輸出數(shù)據(jù)

INTR

datadataD0～D7WROBFACK

1/11/202332甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院③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(shè)輸出數(shù)據(jù)，而是在外設(shè)提供響應(yīng)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。

1/11/202333甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院PC6PC7PC3PA7~PA0INTE1OBFAINTRAACKAPC4PC5IBFASTBAINTE2用PC6設(shè)置INTE1（輸出）用PC4設(shè)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1/11/202334甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院方式2雙向時序data-out

INTR

data-outdata-indata-inPA0～PA7D0～D7IBF

WROBFACKSTBRD1/11/202335甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2.初始化①寫入方式控制字：控制字格式1/11/202336甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院寫入方式控制字：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(shè)控制端口為0FFFEHmoval,0b1h ；方式控制字outdx,al ；送到控制端口1/11/202337甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院說明：初始化編程后：當(dāng)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(shè)備得到外設(shè)數(shù)據(jù)當(dāng)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(shè)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(shè)數(shù)據(jù)讀取的是上次CPU給外設(shè)的數(shù)據(jù)1/11/202338甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院②C口按位置、復(fù)位控制字位控制字寫入控制端口特別便于置位復(fù)位內(nèi)部中斷允許觸發(fā)器INTE1/11/202339甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院寫端口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(shè)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(fù)位內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。1/11/202340甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院讀端口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(luò)線的引腳：將讀到反映8255A狀態(tài)的狀態(tài)字1/11/202341甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院4、應(yīng)用舉例BUSY

DATA0～78255APC6PC2PA0～PA7打印機STROBE查詢式打印機接口1/11/202342甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院BUSYDATA0～7ACKSTROBE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(yīng)信號ACK1/11/202343甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.4

用串行口擴展并行I/O口1/11/202344甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院前提：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。1/11/202345甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院⑴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。1/11/202346甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院⑵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。1/11/202347甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.5

鍵盤及其接口1/11/202348甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院在設(shè)計鍵盤接口時，解決以下幾個問題：

開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入——可設(shè)計硬件去抖動電路或設(shè)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。1/11/202349甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院一、獨立式鍵盤接口 1．獨立式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)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(jié)構(gòu)包括按鍵查詢、鍵功能程序轉(zhuǎn)移。FP0～FP7為功能程序入口地址標(biāo)號，PROM0～PROM7分別為每個按鍵的功能程序。1/11/202350甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院獨立式按鍵電路1/11/202351甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院使用8255擴展I/O的獨立式鍵盤1/11/202352甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院二、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(shè)置在行列式交點上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。當(dāng)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。1/11/202353甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院行列式鍵盤原理電路1/11/202354甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2．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。1/11/202355甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院8155擴展I/O口組成的行列式鍵盤1/11/202356甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院鍵掃描子程序框圖1/11/202357甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院定時掃描方式程序框圖1/11/202358甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院中斷方式鍵盤接口1/11/202359甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院3．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(yīng)行（或列）應(yīng)有上拉電阻接高電平。反轉(zhuǎn)法：只要經(jīng)過兩個步驟就可獲得鍵值。反轉(zhuǎn)法原理如圖所示。1/11/202360甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院

（a）線反轉(zhuǎn)法第一步（b）線反轉(zhuǎn)法第二步線反轉(zhuǎn)法原理1/11/202361甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院4．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1/11/202362甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院8031串行I/O口擴展的行列式鍵盤接口1/11/202363甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院7.6

顯示器接口1/11/202364甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院一、LED顯示器接口 1．LED顯示器結(jié)構(gòu)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(yīng)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。1/11/202365甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院

（a）共陰極（b）共陽極（c）管腳配置七段LED顯示塊1/11/202366甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院七段LED的段選碼1/11/202367甘肅冶金高級技術(shù)學(xué)院2．LED顯示器與顯示方式在微機