MCS51 单片机的系统扩展技术四.docx

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MCS51单片机的系统扩展技术四

MCS-51单片机的系统扩展技术（四）

4．2利用8255A可编程并行接口芯片扩展I/O口

8255A是INTEL公司生产的一种通用可编程并行I/O接口芯片。

它有3个并行端口，分别称为PA、PB、PC口，其中PC口又分为高4位口和低4位口两部份。

它们都可以通过软件编程来设置各I/O口的工作方式。

一、8255A的内部结构和引脚功能

图17是8255A的内部结构框图，图18是8255A的引脚排图，该芯片主要由以下几部份组成：

图178255的内部结构框图

（1）并行端口PA、PB、PC这三个端口都为8位，都可被编程为输入或输出两种方式，但它们在结构和功能上有差异。

PA口有一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器，可编程为输入/输出或双向寄存器；PB口有一个8位输入/输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（不锁存），可编程为输入或输出，但不能双向输入/输出；PC口有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，可分为两个4位口使用。

它除了作为输入输出口外，还可作为PA、PB口工作于选通方式时的状态控制信号。

（2）总线接口电路该电路主要用于实现8255A与单片机芯片的信号连接。

它由两部份组成：

①数据总线缓冲器数据总线缓冲器为8位双向三态缓冲器，可以直接与MCS-51系统总线相连。

MCS-51进行I/O操作的有关数据、控制字和状态信息都是过该缓冲器进行传送。

②读/写控制逻辑这部份主要是与读写有关的控制信号，主要包括：

CS：

片选输入信号，低电平有效（8255A被选中）

RD：

读信号，输入，低电平有效（允许CPU从8255A读取数据或状态信息）

WR：

写信号，输入，低电平有效（允许CPU将控制字或数据写入8255A）

RESET：

复位信号，输入，高电平有效（8255A被复位，所有控制寄存器被清0，所有端口被置输入方式）；

A1、A0：

端口选择信号，输入。

8255A的PA、PB、PC和一个控制寄存器，共有四个端口，根所A1A0输入的地址信号来进行寻址。

在利用8255A进行MCS-51的I/O扩展时，应

图188255引脚图

将A1A0和MCS-51的P0.1和P0.0相连。

读/写控制逻辑主要用于实现对8255A的硬件管理，其主要功能包括芯片选择、端口寻址及规定各端口和单片机之间的数据传送方向等，具体见表3。

表38255各端口组合功能表

（3）A、B组控制电路A、B组控制电路包括A组控制和B组控制，合在一起构成8位控制寄存器，用于存放各端口的工作方式控制字。

8255A的40个引脚中，除上述已提及的引脚外，还包括以下一些引脚：

GND：

接地；VCC：

+5V电源；

D0-D7：

双向8三态8位数据线；PA0-PA7：

A口8位双向数据线；PB0-PB7：

B口8位双向数据线；

PC0-PC7：

C口8位双向数据线。

当8255A工作于方式0时，PC0-PC7分为两组（每组

4位）并行I/O数据线。

当8255A工作于方式1或2时，PC0-PC7为PA、PB口提供联络和中断信号，这时PC口每根口线的的功能定义见表4。

表4工作方式1和工作方式2时PC口每根线的功能

二、8255A的工作方式及数据I/O操作

（1）8255A的工作方式8255A共有三种工作方式，即方式0、方式1和方式2。

①方式0（基本输入/输出方式）在这种工作方式下，PA、PB口及PC口的两个4位口中的任何一个端口都可以被编程设定为输入或输出方式，但不能既作输入又作输出。

在作为输入时，输入数据不被锁存，而作为输出时，数据被锁存。

在方式0时，不需要任何选通信号或联络信号。

方式0适用于数据的无条件传送，也可以人为指定某些位作为状态信息线，进行查询式传送。

②方式1（选通输入/输出）工作于方式1时，PA和PB口分别用于数据的输入/输出，PC口可以确定附加某些位作为PA和PB口的联络信号，以便8255A和外设之间，或者8255A与CPU之间传送状态信息以及中断请求信号。

在方式1中，PA、PB口的数据输入输出都具有锁存功能。

若PA口和PB口都工作于方式1，则PC口中有6位固定作为PA口和PB口的状态和控制信号，PC口剩下的2位可以编程为输入或输出。

若PA口、PB口中有1个工作于方式1，另一个工作于方式0，则PC口中有3位固定作为PA口或PB口的状态和控制信号，PC口剩下的5位可以编程为输入或输出。

方式1适用于查询中断方式的数据输入/输出。

方式2（双向数据传送方式）只有PA口才能选择这种方式。

此时，PA口既能输入数据又能输出数据，PC口的PC3-PC7用作PA口的输入/输出同步控控制信号。

在方式2下，PC口剩下的3位可编程为I/O线，而PB口可编程为方式0或方式1工作。

方式2适用于查询或中断方式的双向数据数据传送。

（2）数据的输入操作①用于数据输入操作的联络信号从表中可能看出PC口中用于数据输入操作的联络信号有：

STB：

选通脉冲输入、低电平有效。

外设送来的STB下降沿将端口数据线上的输入数据状态入端口锁存器；

IBF：

输出缓冲器满信号输出，高电平有效。

在此信号有效时，表示外设已将数据装入端口锁存器，但CPU尚未读取。

在CPU读取端口数据后，IBF将变为低电平，表示端口锁存器空。

INTR：

中断请求信号，高电平有效。

在IBF为高电平，STB信号由低变高时，中断请求信号有效，向MCS-51发出中断请求。

INTE：

8255A端口内部的中断允许触发器。

只有在INTE为高电平时才允许端口中断请求。

INTEA和INTEB分别由PC4、PC2的置位/复位控制。

②数据输入操作过程当外设准备好输入数据后，发出STB=0信号，输入的数据进入8255A的端口缓冲器，并使IBF=1。

如MCS-51采用查询的方式，此时CPU可以查询IBF这一状态，以决定是否可以输入数据。

如采用中断方式，当STB信号由低变高并且INTE为高时，INTR有效，向CPU发出中断请求信号（必须加反相将此信号变为低有效），MCS-51响应中断后，在执行中断服务程序时读入数据，并使INTR信号变为低电平（无效），同时也使IBF信号变低，用以通知外设再次输入数据。

（3）数据的输出操作

①用于数据输出操作的联络信号从表中可以看出8255A的PC口中用于数据输出操作的联络信号有：

ACK：

外设响应输入信号，低电平有效。

它是外设取走并且处理完8255A的数据后，向单片机发出的响应信号。

OBF：

输出，低电平有效，输出缓冲器满信号。

当CPU把输出数据写入8255A锁存器后，该信号有效，用来启动外设开始接收数据。

外设从端口取走数据后发回来的回答信号使OBF变为高电平。

INTR：

输出，高电平有效，中断请求信号。

INTE：

端口内部的中断允许触发器。

INTE为高电平时才允许端口提出中断请求。

INTEA和INTEB分别由PC6和PC2的置位/复位进行控制。

②数据输出操作过程当外设接收并处理完一组数据（如打印完毕）后，发出ACK信号使OBF变高，表示输出缓冲器已空（实际上表示缓冲器中的数据不必再保留）。

如采用查询方式，则OBF可作为状态信号供CPU查询使用；如使用中断方式，则在ACK信号变高且INTE信号有效时，使INTR有效，向单片机发出中断请求信号。

在中断服务过程中，CPU将下一下数据写到8255A的输出缓冲器，并使OBF有效，表示数据已送到。

利用这一信号启动外设开始工作，取走并处理8255A中的输入数据，再给出ACK信号。

三、8255A的控制字

8255A有两种控制字，即控制PA、PB和PC口工作方式的方式式控制字；专门用于控制PC口各位置位/复位的控制字。

这两种控制字都是写到控制寄存器中去，利用控制字的最高位来进行区别。

（1）方式控制字图5-19是8255A的工作方式控制字的格式，方式控制字用于确定各口的工作方式及数据传的方向，其特征为最高位为1。

在确定方式控制字时，应注意以下两点：

①A口有三种工作方式（方式0、方式1、方式2），而B口只有两种工作方式（方式0和方式1）。

②在方式1和方式2下，对PC口的定义（输入或输出）不影响作为联络线使用的PC口各位的功能。

例如，将PA口设置为方式0输入，PB口设置为方式1输出，PC4-PC7为输出，PC0-PC3为输入。

根据此工作要求，对照方式控制字的格式及各位的功能，可写出方式控制字为10010101B，即95H，然后，将95H写入控制寄存器即可。

（2）PC口位控制字在某些实际应用情况下，PC口被用来定义控制信号和状态信号（如对PC口内的中断允许触发器的开中断或关中断的设置）。

因此，可利用PC口所具有的位操作功能和PC口位置位/复位控制字，对PC口的每一位进行置位或复位（即将某一位置1或清0）。

图20给出了PC口位控制字的格式及其功能，PC口位控制字的特征位为0。

四、8255A与MCS-51单片机的连接

图21是8255A与MCS-51单片机连接的电路图。

从图中可以看出，8255A的总线与单片机的总线直接相连，WR和RD分别与单片机的和RD相连。

（1）8255A各端口地址的确定8255A的PA、PB、PC口和控制字寄存器的地址不仅和A1、A0有关，而且和8255A的片选有关。

只有在MCS-51选通8255A时，才能对寄存器和端口进行操作。

根据上述原则，可以确定出如图21所示8255A各端口的地址如表5所示

（2）8255A的初始化编程在利用8255A对MCS-51进行I/O扩展时，要先对8255A进行初始化。

所谓初始化，就是根据需要，将相应的控制字写入8255A的寄

图198255A工作方式控制字

图208255A复位控制字

存器中。

例如，若对8255A各口作如下设置：

PA口方式0输入，PB口方式1输出，PC口高4位输出，低4位输入，设控制寄存器地址为DFFFH。

按各口的工作要求，工作方式控制字为10010101B即95H，则初始化编程为：

MOVDPTR，#0DFFFHMOVA，#95HMOVX@DPTR,A

表5图21中端口地址的确定端口PAPBPC控制字寄存器P2××0×××××××0×××××××0×××××××0×××××P0××××××00××××××01××××××10××××××11端口地址DFFCHDFFDHDFFEHDFFFH注：

按一般习惯将所有的×取1即得到了端口地址五、8255A的简单应用对于图21的电路，将PA口设置为输出，PB口设置为输入，均工作于方式0，由此可以写出控制字为：

1000×01×，如果将×全取1，则控制字就是10001011即8BH。

VCCP2.5CSA1A0G74LS373MCS-51P0RDWRD0-D7LED7PALED0ALERDWRPBK0I/OPCGNDK7图218255A应用例如果要实现流水灯，可以这样来做：

ORG0000HJMPSTARTSTART：

MOVSP，#5FH；堆栈初始化MOVA，#8BH；方式控制字MOVDPTR，#0DFFFH；控制字端口的地址MOVX@DPTR，A；设置工作方式MOVA，#80HMOVDPTR，#0DFFCH；端口A的地址LOOP：

MOVX@DPTR，ACALLDELAY；调用延时子程序RLA；左移JMPLOOP；循环DELAY：

……；与第二章程序同，不再重复

其中CALL不是MCS-51的指令，最终会由汇编程序根据实际情况决定使用ACALL或LCALL指令。

如果上面的程序要实现按某键而灯亮，可以这样做：

ORG0000HJMPSTARTSTART：

MOVSP，#5FHMOVA，#8BHMOVDPTR，#0DFFFHMOVX@DPTR，ALOOP：

MOVDPTR，#0DFFDH；端口B的地址MOVXA，@DPTR；读B口的数据MOVDPTR，#0DFFCH；端口A的地址MOVX@DPTR，AJMPLOOP