编单片机原理与应用 三版 教学课件 作者 潘永雄 第4-7章第6章.ppt

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1、第6章数字信号输入/输出接口电路6.1开关信号的输入/输出方式6.2I/O资源及扩展6.3简单显示驱动电路6.4LED数码管及其显示驱动电路6.5LCD显示器件及其驱动电路6.6键盘电路6.7并行接口及应用实例6.8光电耦合器件接口电路6.9单片机与继电器接口电路6.10电平转换电路输入/输出接口电路是单片机应用系统中必不可少的单元电路之一，它涉及数据输入电路以及经过单片机处理后的数据输出电路。单片机应用系统总是要对输入信号进行比较、判断或运算处理后，输出适当的控制信号去控制特定设备。　　输入

2、/输出量可以是模拟信号，也可以是开关信号。对于模拟信号，经放大、限幅、低通滤波电路，再经A/D转换电路转换为数字信号后，单片机才能处理；单片机处理结果也需要经过D/A转换、平滑滤波后，才能得到模拟量。本章主要介绍数字信号的输入/输出(I/O)接口电路。开关信号包括脉冲信号、电平信号两类。在单片机控制系统中，常采用如下方式实现开关信号的输入和输出。6.1开关信号的输入/输出方式1.直接解码输入/输出方式在这种方式中，直接利用CPUI/O引脚输入/输出开关信号，如图6-1(a)所示，其中P1.0、P

3、1.1作为输入引脚，当S1、S2断开时，P1.0、P1.1引脚为高电平；当S1、S2被按下时，相应引脚为低电平。对于内置了上拉电阻的I/O口，如MCS-51系列CPU的P1口，无须外接上拉电阻R1、R2。对于CMOS输入结构的I/O口，输入时I/O引脚处于悬空状态，如PIC16C系列CPU的I/O端口，这类I/O引脚作输入引脚使用时，必须外接上拉电阻，使S1、S2不按下时，输入引脚为高电平。在图6-1(a)中，P1.2作为输出引脚，驱动LED发光二极管。如果CPUI/O引脚驱动电流有限，则必须外

4、接驱动器，如集电极开路输出的7407或7406等。　　在直接编码输入/输出方式中，每一I/O引脚仅能输入或输出一个开关信号，各引脚相互独立，没有编码关系。显然，I/O引脚利用率低，只适用于仅需要输入或输出少量开关信号的场合。2.编码输入/输出方式在这种方式中，将若干条用途相同(均为输入或输出)的I/O引脚组合在一起，按二进制编码后输入或输出。例如，对于n条输出引脚，经二进制译码器译码后，可以控制2n个设备；对于2n个不同时有效的输入量，经过编码器与CPU连接时，也只需要n个引脚，如图6-1(b

5、)所示。　　显然，采用编码输入/输出时，CPUI/O引脚利用率最高，但硬件开销大，在单片机控制系统中很少采用。3.矩阵输入/输出方式将CPUI/O引脚分成两组，用n条引脚构成行线，m条引脚构成列线，行、列交叉点就构成了所需的n×m个检测点。显然，所需的I/O引脚数目为n+m，而检测点总数达到了n×m个，如图6-1(c)所示。可见，I/O引脚的利用率较高，硬件开销少，因此得到了广泛应用。图6-1输入/输出方式(a)直接解码输入/输出方式；(b)矩阵输入/输出方式；(c)编码输入/输出方式在矩阵编

6、码方式中，如果行线、列线均定义为输出状态，就可输出n×m个开关量；当行、列线中有一组为输出线，另一组为输入线时就构成了n×m个输入检测点，如矩阵键盘电路。通过单片机芯片实现数字信号的输入处理和输出控制时，必须了解以下问题：(1)准确理解CPU各引脚的功能，确定可利用的I/O资源，并做出相对合理的使用规划。　　例如在MCS-51系列单片机中，理论上可以使用的I/O端口数目为四个8位口，共计32根I/O线。6.2I/O资源及扩展但当系统中含有外部ROM或外部RAM存储器时，P0口将作为地址/数据总

7、线使用，即在取指期间，P0口输出指令码所在存储单元(外部程序存储器)的低8位地址，读出的指令码也从P0口输入，即又作数据总线使用；P2口输出外部程序存储器、外部数据存储器高8位地址。因此，在含有外部存储器的MCS-51单片机应用系统中，P0、P2口不能再作为通常意义上的I/O总线使用。　　内含OTPROM、FlashROM程序存储器的MCS-51及兼容芯片，如87C51/52/54/58、89C51/52/54/58、87C51×2/52×2/54×2/58×2、89C51×2/52×2/54

8、×2/58X2、AT89S51/52/53已成为主流芯片，这类芯片无须扩展外部程序存储器，一般只需扩展外部数据存储器和I/O端口。但在MCS-51系统中，没有独立的I/O端口地址空间，即I/O地址空间是外部数据存储器空间的一部分，因此，只要系统中使用了可寻址的I/O接口芯片，如8155、8255等，也不能将P0口作为一般意义上的I/O引脚使用，P2口也不能作为一般意义上I/O引脚使用，除非扩展外部RAM和I/O端口地址小于256字节，P2口才可作为一般意义上的I/O引脚使用(通过“MOVX@Ri