4.2 51系列单片机IO口扩展

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单片机技术应用实训

第4章 51系列单片机外部扩展实训

主讲人：李晓艳 时 间：2011年11月1 1

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第4章 51系列单片机外部扩展实训1 251系列单片机存储器扩展

51系列单片机I/O口扩展

34 5 6

51系列单片机键盘接口

51系列单片机显示器接口

51系列单片机I2C总线

51系列单片机模-数、数-模转换器

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4.2 51系列单片机I/O口扩展4.2.1 51系列单片机I/O口扩展基础知识 1.输入/输出接口的功能

CPU与I/O设备间的数据传送，实际上是CPU与I/O接口间的数据 传送。I/O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器称为I/O端口，1 个I/O接口芯片可以包含几个I/O端口，如数据端口，控制端口，状 态端口等。 单片机应用系统的设计，在某种意义上可以认为是I/O接口芯片的 选配和驱动软件的设计。

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4.2 51系列单片机I/O口扩展

对单片机输出的数据锁存

对输入设备的三态缓冲

subject

信号转换

时序协调

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4.2 51系列单片机I/O口扩展2.单片机与I/O设备的数据传送方式

无条件传送

查询状态传送方式

传送方式

中断传送方式

中断传送方式

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4.2 51系列单片机I/O口扩展3.I/O口扩展方式

A

B

C

利用可编程并行 接口芯片进行扩 展

利用锁存器、三 态门电路扩展

利用串行口的移 位寄存器工作方 式(方式0)扩展 I/O口

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4.2 51系列单片机I/O口扩展4.2.2 51系列单片机I/O口扩展实验

掌握51系列单片机系统I/O口扩展方法

掌握并行接口芯片8255的性能以及编程 使用方法

实验目的

了解软件、硬件调试技术

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4.2 51系列单片机I/O口扩展2.实验内容与原理 (1)实验内容 利用8255可编程并行口芯片，实现输入/输出实验，实验中用8255的PA口作输 出，PB口作输入。 (2)实验原理 1)8255的结构。8255是一种在单片机应用系统中广泛应用的通用可编程并行 I/O接口器件，与单片机的接口非常简单。 本实验也采用8255扩展I/O口。它具有三个8位并行口PA、PB、PC,下面对是 对8255芯片的简单介绍。 ①数据总线：是一个双向三态门，8位驱动口，用于和单片机的数据总线相连，实现 单片机与8255芯片间的数据传送。

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4.2 51系列单片机I/O口扩展②3个并行I/O口如下：

PA口

PB口

PC口

具有一个8位数 据输出锁存/缓冲 器和一个8位数 据输入锁存器， 最为灵活，可编 程为8位输入、 输出或者双向寄 存器

具有一个8位数 据输入/输出锁存 /缓冲器和一个8 位数据输入缓冲 器(不带锁存功 能),可编程为 8位的输入或输 出，但不能为双 向的

具有一

个8位数 据锁存/缓冲器 和一个8位数据 输入缓冲器( 不带锁存功能 )。这个口可 分为两个4位口 使用

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4.2 51系列单片机I/O口扩展③读/写控制逻辑 用于管理所有的数据、控制字或状态字的传送、接收单片机的地址线和控制信号 来控制各个口的工作状态。

④工作方式控制电路：

分为两部分A组和B组。每组控制电路从读/写逻辑接收各种命令，从内部数据总线接收 控制字(即指令)并发出适当的指令到相应的端口。其中A组控制电路控制PA口及PC 口的高4位；B组控制电路控制PB口及PC口的低4位。

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4.2 51系列单片机I/O口扩展2)引脚介绍(40个引脚)

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4.2 51系列单片机I/O口扩展A0和A1:地址选择信号线，用于选择4个内部端口寄存器中的一个，具体见表4-8。表4-8 地址选择信号线与寄存器选择对应表A1 A0 0 0 寄存器选择 选中寄存器A

0 11 0 1 1

选中寄存器B选中寄存器C 控制寄存器

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4.2 51系列单片机I/O口扩展3)8255的控制字 ①方式选择控制字A组 B组 D4 D3 D2 D1 D0 D0 0 1 D1 0 1 D2 0 1

A组控制选择 D7=1方式选择控制 D6 D5 A组方式选择 00 01 10 D4 0 1 D3 0 1 方式0 方式1 方式2 A组方式选择 输出 输入 C口高4位 输出 输入

D7

D6

D5

B组C口低4位 输出 输入 B口 输出 输入 方式选择 方式0 方式1

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4.2 51系列单片机I/O口扩展②C口置/复位控制字

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

D0 不用置零 控制选择 =0 C口复位/置位控制字 D3D2D1 C口方式选择位 000 001 010 011 100 101 110 111 第0位 第1位 第2位 第3位 第4位 第5位 第6位 第7位 0 1

置位复位数据位 复位 置位

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4.2 51系列单片机I/O口扩展4)8255工作方式

工作方式0

基本输入/输出方式

工作方式

工作方式1

选通输入/输出方式

工作方式2

双向选通输入、输出方式

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4.2 51系列单片机I/O口扩展

工作方式0:基本输入/输出方式。 工作方式0是一种基本的输入/输出工作方式。在这种方式下，3个端口都可以由程 序设置为输入口或者输出口，不需要任何选通信号。作为输出口时，输出数据锁存； 作为输入口时，输入数据不锁存。在方式0下，PA口、PB口和PC口的任何一个端 口的高4位和低4位都可以分别定义为输入口或者输出口。这种工作方式适用于无条 件传输数据的设备。

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4.2 51系列单片机I/O口扩展工作方式1:选通输入/输出方式。 工作方式1是一种选通式输入/输出工作方式。PA口、PB口、PC口3个端 口分为两组，即A组和B组。 A组：包含A口和C口的高4位，其中A口可编程设定为输入口或输

出口，C 口的高4位用来做输入/输出操作的控制联络信号，此时A口的输入数据或输出 数据都被锁存。

B组：包含B口和C口的低4位，其中B口可编程设定为输入口或输出口，C 口的低4位用来做输入/输出操作的控制联络信号，此时B口的输入数据或输出 数据都被锁存。

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4.2 51系列单片机I/O口扩展表4-9 方式1时的A、B组控制情况表

A口 A组 I/O B口 B组 I/O

C口高4位 控制联络信号 输入/输出数据均锁存 C口低4位 控制联络信号

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4.2 51系列单片机I/O口扩展工作方式2:双向选通输入、输出方式。工作方式2仅适用于A口，A口为8位的双向数据总线端口，既可以发送数据也可以接 收数据，在这种方式下，C口高4位用来作为输入/输出的控制联络信号。只有A口允 许作为双向三态数据总线口使用，此时B口和C口的低4为则可编程为方式0和方式1。 表4-10 方式2时的A、B组控制情况表A口 双向总线 B口 工作于方式0或1 C口高4位 控制联络信号 C口低4位

A组

B组

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4.2 51系列单片机I/O口扩展本实验采用的是工作方式0:PA口作为数据输出口，PB口作为数据输入口，本实验 的电路连接原理图如图4-12所示。很多I/O实验都可以通过8255来实现。

P2.7

CS

PA

发光二极管

ALE

8255LE D7 74LS373 Q1 OE Q0 PB A0 A1 PC 开关矩阵

89S51

~D0

P0.0~P0.7 RD WR RST

D0~D7 RD WR REST

图4-12 8255与单片机连接原理图

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4.2 51系列单片机I/O口扩展3.实验设备与器件

QSWD-PBD3型单片 机综合实验装置(单 片机最小系统，8255 扩展模块，锁存模块 ，数据开关模块，发 光二极管模块

28C16芯片， 74LS373芯片 设备器件

TKS-52B型 仿真器

连接线数根