《片机接口技术》PPT课件

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1、第三章MCS-51单片机接口技术MCS-51单片机具有四个8位并行I/O口,只有对于单片机8051/8751在不使用外扩展时,才能允许四个I/O口作为用户I/O口使用。但是,对于在多数使用8031以及使用8051/8751需外部扩展时,MCS-51单片机可提供给用户使用的I/O口只有P1口和P3口的部分口线,作为用户使用的I/O口线,可用为简单的I/O口应用。在大多数应用系统中,MCS-51单片机本身的I/O口线不能满足要求,必须进行I/O口的扩展1§3.1MCS-51单片机接口技术概述一、计算机为什么需要I/O接口电路？(1)

2、外部设备的工作速度快慢差异很大慢速设备如开关、继电器、机械传感器等。每秒钟提供不了一个数据;而高速设备如磁盘、CRT显示器等,每秒可传送几千位数据。面对速度差异如此之大的各类外部设备,CPU无法按固定的时序与他们以同步方式协调工作。(2)外部设备种类繁多既有机械式的,又有机电式的。不同种类的外部设备之间性能各异对数据传送的要求也各有不同,无法按统一格式进行。2(3)外部设备的数据信号多种多样既有电压信号,也有电流信号,既有数字形式,还有模拟形式(4)外设和数据传送距离有远近不同有的使用并行数据传送,而有的则需要使用串行传送方式。

3、正是由于上述原因,使数据的I/O操作变得十分复杂。无法实现外部设备与CPU进行直接的同步数据传送,而必须在CPU和外设之间设置一个接口电路,通过接口电路对CPU与外设之间的数据传送进行协调。因此接口电路就成了数据I/O操作的核心内容。3二、接口电路主要有如下几项功能(1)速度协调由于速度上的差异,使得数据的I/O传送难以异步方式进行,即只能在确认外设已为数据传送作好准备的前提下才能进行I/O操作。而要知道外设是否准备好,就需要通过接口或产生或传送外设的状态信息,以此进行CPU与外设之间的速度协调。(2)数据锁存数据输出都是通过系

4、统的公用数据通道(即数据总线)进行的。但是由于CPU的工作速度快,数据在数据总线上保留的时间十分短暂,无法满足慢速输出设备的需要。为此在接口电路中需设置数据锁存器。以保存输出数据直至为输出设备所接收。因此数据锁存就成为接口电路的一项重要功能。4(3)三态缓冲数据输入时,输入设备向CPU传送的数据也要通过数据总线,但数据总线是系统的公用数据通道,上面可能“挂”着许多数据源,工作十分繁忙。为了维护数据总线上数据传送的‘秩序”,因此只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源作用数据总线,其余数据源都必须与数据总线处于隔离状态。为此要求接口

5、电路能为数据输入提供三态缓冲功能。(4)数据转换CPU只能输入和输出并行的电压数字信号,但是有些外部设备所提供或所需要的并不是这种信号形式。为此需要使用接口电路进行数据信号的转换。其中包括:模→数转换、数→模转换、串→并转换和并→串转换等。5三、MCS-51单片机I/O扩展性能单片机应用系统中的I/O扩展方法与单片机的I/O口扩展性能有关。1.在MCS-51单片机应用系统中,扩展的I/O口采取与数据存储器相同的寻址方法。所有扩展I/O口或相当于I/O口外设以及通过扩展I/O连接的外围设备均与片外数据存储器统一编址,任何一个扩展I

6、/O口根据地址线的选择方式不同,占用一个片外RAM区域。而与外部程序存储器无关。2.利用MCS-51串行口的移位寄存器工作方式(方式0)也可以扩展I/O口,这时所扩展的I/O口不占用片外RAM地址。63.MCS-51单片机的I/O口扩展主要是通过总线(P0)口扩展,利用P0口扩展时必须分时使用,要求P2口提供较多的片选线(供数据锁存和缓冲)及读/写线,必须注意P0、P2、P3的负载问题。4.扩展I/O口的硬件相依性。在单片机应用系统中,I/O的扩展不是目的,而是为外部通道及设备提供一个输入、输出通道。因此,I/O的扩展总是为实现

7、某测、控及管理功能而进行的。例如联接键盘、显示器、驱动开关控制、开关量监测等。这样,在I/O扩展时必须考虑与之相连的外设硬件电路特性,如驱动功率、电平、干扰抑制及隔离等。75.扩展I/O口的软件相依性根据选用不同的I/O口扩展芯片或外部设备时,扩展I/O口的操作方式不同,因而应用程序应有不同,如入口地址、初始化状态设置、工作方法选择等。例如,使用8255扩展的I/O口和使用8155扩展的I/O口,其状态设置及地址选择方式完全不同,必须按芯片规定的方式设置相应的操作指令。8四、I/O扩展方法1.总线扩展方法扩展的并行口I/O芯片,

8、其并行数据输入线取自MCS-51单片机接口。这种扩展方法只分时占P0口,不影响P0口与其它扩展芯片的连接操作,不会造成单片机硬件的额外开支。因此,在MCS-51单片机应用系统的I/O扩展芯片是TTL/MOS锁存器,三态门电路芯片。2.串行口扩展方法这是MCS-5