AT89C51接口技术.docx

1、AT89C51接口技术第8章 AT89C51系统接口技术 难点8255的控制字8255的工作方式1和工作方式2DAC0832工作方式ADC0809工作方式 要求 掌握 ：8255接口芯片 MCS-51单片机与D/A转换器的接口连接 MCS-51单片机与A/D转换器的接口连接 初始化编程及应用了解：I/O口扩展的原因 简单I/O口的扩展 单片机的键盘技术 8.1 I/O口扩展概述 8.2 简单I/O口扩展8.3 8255可编程通用并行接口芯片8.4 8155可编程通用并行接口芯片8.1 I/O口扩展概述 8.1.1 I/O口扩展的原因MCS-51系列单片机共有四个并行I/O口，分别是P0、P1、

2、P2和P3。其中P0口一般作地址线的低八位和数据线使用；P2口作地址线的高八位使用；P3是一个双功能口，其第二功能是一些很重要的控制信号，所以P3一般使用其第二功能。这样供用户使用的I/O口就只剩下P1口了。另外，这些I/O口没有状态寄存和命令寄存的功能，因此难以满足复杂的I/O操作要求。由于MCS-51系列单片机I/O口数量和功能有限，所以在实际应用中不得不使用扩展的方法，来增加I/O口的数量，增强I/O口的功能。 8.1.2 I/O口的编址技术用户可以通过对I/O口进行读和写操作来完成数据的输入和输出。例如：P0口的地址为80H。用户可以使用MOV指令对P0口进行写操作。 MOV P0，

3、A8.1.3 单片机I/O传送的方式单片机为了实现数据的输入/输出传送，通常使用3种控制方式。1. 无条件传送方式 当外设和单片机能够同步工作时，可以采用无条件方式进行传送，即数据可以随时进行传送。2. 查询方式 查询方式又称为有条件传送方式，即数据的传送是有条件的。在进行I/O操作之前，用户要通过软件查询外设是否为数据传送做好准备，只有确认外设为数据传送做好准备。单片机才能执行数据的输入/输出（I/O）操作。3. 中断方式 当外设和计算机进行数据交换时，外设向单片机发出中断请求（即通知单片机）。单片机接到中断请求后，就作出响应，暂停正在执行的程序，而转去为设备的数据输入/输出服务。当服务完成

4、后，程序返回，单片机再继续执行被中断的程序。 中断方式大大提高了单片机系统的工作效率，所以在单片机中被广泛应用。8.2 简单I/O口扩展 8.2.1 简单输入口扩展 1. 两个输入口扩展 简单输入口扩展使用的集成芯片，比较典型的如74LS244芯片。图8.1为74LS244芯片的引脚。 图8.1 74LS244芯片的引脚 图8.2 74LS244扩展两个输入口 其中，1A11A4，2A12A4，为输入线；1Y11Y4，2Y12Y4，为输出线； ， 为片选信号线。该芯片内部有2个4位的三态缓冲器，因此一片74LS244可以扩展两个输入口，其电路连接如图8.2所示。使用时以 作为数据选通信号。2.

5、 多输入口扩展 使用多片74LS244实现多个（例如5个）输入口扩展的电路连接如图8.3。使用或门74LS32的输出作为输入口的选通信号。或门的两个输入端一个是读选通信号 ,另一个则为P2的一条口线（线选法）。当他们都是低电平时，才能得到一个有效的输入选通，使一片74LS244的8位数据进行输入。 图8.3 多个（例如5个）输入口扩展的电路8.2.2 简单输出口扩展输出口的主要功能是进行数据保持，或者说是数据锁存。所以简单输出口扩展应使用锁存器实现。1. 简单输出口扩展使用的典型芯片 简单输出口扩展通常使用74LS377芯片，该芯片是一个具有“使能”控制端的锁存器。其信号引脚如图8.4所示。其

6、中：1D8D为8位数据输入线，1Q8Q为8位数据输出线，CK为时钟信号上升沿数据锁存， 为使能控制信号，低电平有效。VCC为5V电源。74LS377的逻辑电路如图8.5所示。图8.4 74LS377引脚图 图8.5 74LS377的逻辑电路 由逻辑电路可知，74LS377是由D触发器组成的，D触发器在上升沿输入数据，即在时钟信号（CK）由低电平跳变为高电平时，数据进入锁存器。其功能表如表7-1所示。 表7-1 74LS377功能表 CK D Q 1 Q0 0 1 1 0 0 0 0 Q0 从功能表可知： 若 1，不管数据和时钟信号（CK）是什么状态，锁存器输出锁存的内容（Q0）。 只有在 0时

7、，时钟信号才起作用，即时钟信号正跳变时，数据进入锁存器，也就是说输出端反映输入端的状态。 若CK=0，则不论 为何状态，锁存器输出锁存的内容（Q0），不受D端状态影响。输出口扩展连接： 扩展单输出口只需要一片74LS377，其连接电路如图8.6所示。图8.6 74LS377作输出口扩展 输出扩展使 作输出选通，因此，以MCS-51单片机的 信号在地址信号的配合下接CK。因为在 信号由低变高时，数据线上出现的正是输出的数据，因此 接CK正好控制输出数据进入锁存器。此外，74LS377的 信号接地，其目的是使锁存器的工作只受CK( )信号的控制。8.3 8255可编程通用并行接口芯片8.3.1 8

8、255的外部引脚和内部结构1. 外部引脚 8255的外部引脚如图8.7所示，其中：A口的输入输出信号线。该口是输入还是输出或双向，由软件决定。：B口的输入输出信号线。该口是输入还是输出，由软件决定。：C口信号线。该口可作输入、输出、控制和状态线使用，由软件决定。 ：双向数据信号线，用来传送数据和控制字。：读信号线。 ：写信号线。：片选信号线，低电平（有效）时， 才选中该芯片，才能对8255进行操作。RESET：复位输入信号，高电平有效时，复位8255。复位后8255的A口、B口和C口均被定为输入。表7-2 地址编码 端口 0 0 A口 0 1 B口 1 0 C口 1 1 控制寄存器 ：口地址选

9、择信号线。8255内部共有三个口，A口、B口、C口和一个控制寄存器供用户编程 的不同编码可分别选择上述三个口和一个控制寄存器。地址编码如表7-2所示。图8.7 8255外部引脚由 、 、 和 可以确定A口、B口、C口和控制寄存器的，如表7-3所示。表7-3 读写逻辑 所选断口 操作 0 0 0 0 1 A口 读A口 0 0 0 1 0 A口 写A口 0 0 1 0 1 B口 读B口 0 0 1 1 0 B口 写B口 0 1 0 0 1 C口 读C口 0 1 0 1 0 C口 写C口 0 1 1 1 0 控制寄存器 写控制寄存器 1 高阻状态 2. 内部结构 8255的内部结构框图如图8.8所示

10、。从图可以看到，左边的信号与系统总线相连。而右边是与外设相连接的三个口。三个口均为8位。其中A口输出有锁存能力，输入亦有锁存能力。B口输入输出均有锁存能力。C口输出有锁存能力，输入没有锁存能力，在使用上要注意到这一点。 图8.8 8255的内部结构框图 为了控制方便，将8255的三个口分成A，B两组。其中A组包括A口的8条口线和C口的高四位 。B组包括B口的8条口线和C口的低四位 。A组和B组分别由软件编程来加以控制。8.3.2 8255的扩展逻辑电路MCS-51单片机可 以和8255直接连接，图8.9给出了一种扩展电路。 图8.9 8255的扩展逻辑电路 8255的数据线和8031的P0直接

11、相连，8255的片选信号 、A0、A1分别和8031的P2.7、P0.0、P0.1相连，所以8255的A口、B口、C口、控制寄存器的地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。8255的读写线 、 分别和8031的读写选通线 、 相连。8255的复位端RESET与8031的RST端相连。8.3.3 8255的工作方式 8255共有三种工作方式，这些工作方式可用软件编程来指定。1. 工作方式0，又称基本输入输出方式 在此方式下，A口的8条线，B口的8条线，C口的高四位对应的4条线和C口的低四位对应的4条线这四部分可分别定义为输入或输出。上述四部分的输入或输出是相互独立的，因此它们的

12、输入或输出共有16种组合，方式0可将内部数据并行写到（输出）某个端口锁存，也可将外部数据通过某个端口缓冲后并行读入（输入）CPU。在方式0下，C口还有按位复位和按位置位的功能。有关C口的按位操作在后面再作详述。2. 工作方式1，又称选通输入输出方式 在这种方式下，A口和B口仍作为数据的输出或输入口而同时要利用C口的某些位作为控制和状态信号，从而实现这种工作方式。A口和B口所使用的C口的各引线是固定不变的。A口要利用 、 、 ，B口要利用 、 、 。A口和B口可任意由程序指定是输入口还是输出口。为了阐述问题的方便，我们分别以A口、B口均为输入或均为输出加以说明。 （1）方式1下，A口和B口均为输

13、出 各条控制引线的定义如图8.10所示。 各控制信号的含义如下：:输出缓冲器满信号，低电平有效。用来告诉外设，在规定的接口上CPU已输出一个有效的数据，外设可以从该口取走此数据。：外设响应信号，低电平有效。用来通知接口外设已经将数据接收，并使 。INTR：中断请求信号，高电平有效。当外设已从接口取走数据，口的缓冲器变空，且接口允许中断时，INTR有效。即 ， 且允许中断，则INTR=1。方式1下，数据的输出过程可描述为：当CPU向接口输出数据，并将数据锁存到输出缓冲器中。此时， 有效。有效的 通知外设接收数据。一旦外设将数据取走，就送出一个有效的 信号。该信号使 无效，同时产生中断请求（INT

14、R=1），请求CPU输出下一个数据。如此循环进行数据的输出。图8.10 A口和B口作输出口时，C口提供的控制引线 （2）方式1下，A口和B口均为输入 这种情况和两口均为输出类似，各条控制引线的定义如图8.11所示。图8.11 A口和B口作输入口时，C口提供的控制引线 各控制信号的含义如下：输入选通信号，低电平有效。它由外设提供，利用该信号可以将外设数据锁存于8255的口锁存器中。：输入缓冲器满信号，高电平有效。当它有效时，表示已有一个有效的外设数据锁存于8255的口锁存器中。可用此信号通知外设数据已锁存于接口中，尚未被CPU读走，暂不能向接口输入数据。INTR：中断请求信号，高电平有效。当外设

15、将数据锁存于接口之中，且又允许中断请求发生时，就会产生中断请求。方式1下，数据的输入过程可描述为：当外设有数据需要输入时，将数据送到8255的接口上，同时利用输出信号 将数据锁存于口的数据锁存器中。 使 有效，如果此时接口允许中断，则产生中断请求信号INTR.。CPU响应中断，去读8255的有关接口，将数据读到CPU中。CPU读走数据后，IBF变为无效，表示输入缓冲器已空，可以再次接收外设提供的下一个数据。3. 工作方式2，又称双向输入输出方式I/O操作 只有A口才能工作在方式2。A口工作方式2时要利用C口的5条线才能实现。此时，B口只能工作在方式0或者方式1下，而C口剩余的3条线可作为输入线

16、、输出线或B口方式1之下的控制线。C口提供的控制线如图8.12所示。图8.12 工作方式2时，C口提供的控制线 8.3.4 8255的控制字及初始化程序 8255是编程接口芯片，通过控制字（控制寄存器）对其端口的工作方式和C口各位的状态进行设置。8255共有两个控制字，一个是工作方式控制字，另一个是C口置位/复位控制字。这两个控制字共用一个地址，通过最高位来选择使用那个控制字。1. 工作方式控制字 主要功能：确定8255接口的工作方式及数据的传送方向。各位的控制功能如图8.13所示。图8.13 8255工作方式控制字 对工作方式控制字作如下说明： A口可工作在方式0、方式1和方式2，B口可工作

17、在方式0和方式1 在方式1或方式2下，对C口的定义（输入或输出）不影响作为控制信号使用的C口各位功能 最高位是标志位，作为方式控制字使用时，其值固定为1。2. 置位/复位控制字 在某些情况下，C口用来定义控制信号和状态信号，因此C口的每一位都可以 进行置位或复位。对C口的置位或复位是由置位/复位控制字进行的。各位的功能如图8.14所示。其中，最高位必须固定为“0”。 图8.14 8255置位/复位控制字3. 8255初始化 8255初始化就是向控制寄存器写入工作方式控制字和C口置位/复位控制字。例如，对8255各口作如下设置：A口方式0输入，B口方式1输出，C口高位部分为输出，低位部分为输入。

18、设8255的扩展电路如图8.8所示，则控制寄存器的地址为7FFFH。按各口的设置要求，工作方式控制字为10010101，即95H。所以初始化程序应为：MOV DPTR, #7FFFHMOV A, #95HMOVX DPTR, A8.3.5 8255的应用举例1. 光二极管显示器的工作原理 发光二极管简称为LED（Light Emiting Diode）。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，其排列形状如图8.15（a）所示。此外，显示器中还有一个小圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以

19、及其它符合。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法，一种是共阴极连接，另一种共阳极连接。其连接图如图8.15（b）所示。 图8.15 七段LED显示器 使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计8段。因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节。用LED显示器显示16进制数的编码已列在表7-4所示。 表7-4 LED显示器16进制数编码 通常使用的LED显示器都是多位的。对多位LED显示器，通常采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。 为了实现LED显示器的动态扫描除了要给显示器提供段码（字形编码

20、）的输入之外，还要对显示器加位的控制（控制LED显示器亮灭），这就是通常所说的位控和段控。 2. 应用举例 具体要求： 6个LED采用共阴极连接 79H7EH分别存放6位显示器的显示数据（09） 8255的A口接LED显示器位控 8255的B口接LED显示器段控（1） 电路设计经分析知：8255的A口、B口、C口、控制寄存器的地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH、7FFFH。 （2） 编写程序 MOV DPTR，#7FFFH MOV R0， #79H MOV A，#80H MOVX DPTR， A ；写控制字 MOV R3， #0FEH MOV A， R3 LD: MOV DPTR，

21、#7FFCH MOVX DPTR， A ；最左边灯亮 INC DPTR ；指向B口 MOV A， R0 ；取显示数据 ADD A， #13H MOVC A， A+PC ；查数据编码 MOVX DPTR， A ；写B口 ACALL DELAY ；延时 INC R0 MOV A， R3 JNB ACC.5， ED RL A MOV R3， A AJMP LD LEDTAB: DB 3FH DB 06H DB 5BH DB 4FH DB 66H DB 6DH DB 7DH DB 07H DB 7FH DELAY: MOV R7， #02H MOV R6， #FFH LOOP: DJNZ R6， LO

22、OP DJNZ R7， DELAY RET ED: AJMP ED 8.1 MCS-51单片机与D/A转换器的接口和应用8.1.1典型D/A转换器芯片DAC0832 DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压的范围为10V，电流建立时间为1s，CMOS工艺，低功耗20mW。其内部结构如图8.1所示，它由1个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器和1个8位D/A转换器组成和引脚排列如图8.2所示。 该D/A转换器为20引脚双列直插式封装，各引脚含义如下：(1)D7D0转换数据输入。(2)片选信号（输入），低电平有效。(3)ILE数据锁存允许信号（输

23、入），高电平有效。(4)第一信号（输入），低电平有效。该信号与ILE 信号共同控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。(5)第2写信号(输入),低电平有效.该信号与信号合在一起控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式:当=0和=0时,为DAC寄存器直通方式; 当=1和=0时,为DAC寄存器锁存方式。(6)数据传送控制信号(输入),低电平有效 。(7)Iout2电流输出“1”。当数据为全“1”时，输出电流最大；为全“0”时输出电流最小。(8)Iout2电流输出“2”。DAC转换器的特性之一是：Io

24、ut1 +Iout2=常数。(9)Rfb反馈电阻端 既运算放大器的反馈电阻端，电阻（15K）已固化在芯片中。因为DAC0832是电流输出型D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流输出端接运算放大器，Rfb 即为运算放大器的反馈电阻，运算放大器的接法如图8.3所示。(10)Vref基准电压，是外加高精度电压源，与芯片内的电阻网络相连接，该电压可正可负，范围为-10V+10V.(11)DGND数字地(12)AGND模拟地8.1.2 DAC0832工作方式 DAC0832利用、ILE、 控制信号可以构成三种不同的工作方 式。1.直通方式 =0时，数据可以从输入端经两个寄存器直接 进入D

25、/A转换器。2.单缓冲方式 两个寄存器之一始终处于直通，即=0或 =0，另一个寄存器处于受控状态。 3.双缓冲方式 两个寄存器均处于受控状态。这种工作方式适合于多模拟信号同时输出的应用场合。 8.1.3 单缓冲方式的接口与应用1 单缓冲方式连接 所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个（多位DAC寄存器）处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽是多路模拟量输出但并不要求输出同步的情况下，就可采用单缓冲方式。单缓冲方式连接 如图8.3所示。 为使DAC寄存器处于直通方式，应使=0和=0。为此可把这两个信号 固定接地，或如电路中把与相连，

26、把与相连。 为使输入寄存器处于受控锁存方式，应把接80C51的，ILE接高电平。 此外还应把接高位地址线或地址译码输出，以便于对输入寄存器进行选择。 图8.3 DAC0832单缓冲方式接口2 单缓冲方式应用举例【例8.1】锯齿波电压发生器 在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（锯齿波）来控制检测过程、移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实现，其电路连接图如图8.4所示。图8.4 用DAC0832产生锯齿波电路 图中的DAC0832工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控，而DAC寄存器直通。假定输入寄存器地址为7FFFH，产生锯齿

27、波的程序清单如下：MOV A， #00H ；取下限值MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832口地址MM： MOVX DPTR，A ；输出INC A ；延时NOPNOPNOPSJMP MM ；反复执行上述程序就可得到如图8.5所示的锯齿波。 图8.5 D/A 转换产生的锯齿波几点说明：(1) 程序每循环一次，A加1，因此实际上锯齿波的上升边是由256个小阶梯构成的，但由于阶梯很小，所以宏观上看就如图中所画的先行增长锯齿波。 （2） 可通过循环程序段的机器周期数，计算出锯齿波的周期。并可根据需要，通过延时的方法来改变波形周期。若要改变锯齿波的频率，可在AJMP MM指令前加入延迟程序即可。延时较短时可用NOP指令实现（本程序就是如此），需要延时较长时，可以使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。（3） 通过A加1，可得到正向的锯齿波，反之A减1可得到负向的锯齿波。（4） 程序中A的变化范围是0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到非满幅锯齿波，可通过计算求的数字量的处置和终值，然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。【例8.2】 矩形波电压发生器采用单缓冲方式，口地址设为FEFFH.参考程序如下：ORG 1100HSTART: MOV DPTR , #00FEH ；送DAC0832口地址LOOP: MOV A , #dataH ；送高电平数