第八章 接口技术
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微型计算机原理及接口技术第8章8253
计数器/定时器的内部结构
8253内部包含三个完全一样的计数器/定时器通道， 每个通道的工作是完全独立的
每个通道包含：
① 一个8位控制字寄存器：由编程设定该通道的工作方式、读 写格式和数制
② 一个16位计数初值寄存器：由程序设定初始计数值，可分 成高8位和低8位两个部分，可作8位寄存器使用
③ 一个计数器执行部件（实际的计数器）：实际上是一个16 位减法计数器，它的起始值是初始寄存器的值，由程序设 定。可分成高8位和低8位两个部分
优点：电路结构简单，价格便宜，通过 改变电阻或电容值，可以在一定的定时 范围内改变定时时间
缺点：电路在硬件已连接好的情况下， 定时时间和范围就不能由程序来控制和 改变，而且定时精度也不高
555定时器外部引脚和内部结构
可编程硬件定时
定时原理：利用可编程定时器/计数器芯 片附加硬件电路实现定时
输出信号的波形由工作方式决定，同时还要受 到GATE引脚上的门控信号控制，它决定是否 允许计数
计数器/定时器的定时功能
当加到CLK引脚上的脉冲为精确的时钟脉 冲，可实现定时的功能。
定时时间决定于计数脉冲的频率和计数 器的初值。
定时时间＝时钟脉冲周期×预置的计数初值
计数器/定时器的计数功能
方式1：可编程单稳态输出方式
写入控制字后OUT初始状态：高电平 门控信号GATE的作用：①高电平或低电平均不起作用；
②只有在GATE发生由低到高的正跳变，输出OUT由高
到低跳变，并开始计数；③在计数过程中，若GATE产 生负跳变，不影响计数；④在计数器回0之前，GATE 又产生由低到高的正跳变，8253又将初始值装入，重 新开始计数，使生成脉冲加宽。 计数过程中OUT状态：保持低电平 计数结束OUT状态：发生由低到高的正跳变。 计数器回0后，是否重新计数：否 应用：用于定时
微机原理及接口第八章习题解答
“微机系统原理与接口技术”第八章习题解答（部分）1. 什么叫总线和总线操作？为什么各种微型计算机系统中普遍采用总线结构？答：总线是模块与模块之间传送信息的一组公用信号线；而模块间信息传送时与总线有关的操作统称为总线操作；模块间完成一次完整信息交换的时间称为一个总线操作周期。
总线标准的建立使得各种符合标准的模块可以很方便地挂在总线上，使系统扩展和升级变得高效、简单、易行。
因此微型计算机系统中普遍采用总线结构。
2．微机总线有哪些种类？其数据传输的主要过程是什么？答：微机中目前普遍采用的总线标准包括系统内总线标准和系统外总线标准两类：系统内总线标准一般指微机主板插槽（系统扩展板）遵循的各种标准，如PC/XT总线标准、ISA 总线标准（PC/AT总线标准）、VL总线标准（VESA具备总线标准）、PCI局部总线标准等；系统外总线标准指系统互连时遵循的各种标准，多表现为微机对外的标准接口插头，有时也称为接口标准，如EIA RS-232异步串行接口标准、USB通用串行接口标准、IEEE-488通用并行接口标准等。
一个总线操作周期一般分为四个阶段，即：总线请求及仲裁阶段、寻址阶段、传数阶段和结束阶段。
在含有多个主控制器的微机系统中，这四个阶段都是必不可少的；而在仅含一个主控制器的单处理器系统中，则只需要寻址和传数两个阶段。
3．计算机系统与外部设备之间相互连接的总线称为系统外总线（通信总线）；用于连接微型机系统内各插件板的总线称为系统内总线（板级总线）；CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线称为片内总线。
4．一次总线的信息传送过程大致可以分为4个阶段，依次为总线请求及仲裁阶段、寻址阶段、传数阶段和结束阶段。
8．同步总线有哪些优点和缺点？主要用在什么场合？答：同步并行总线时序是指总线上所有信号均以同步时钟为基准，所有接在总线上的设备的信息传输也严格与同步时钟同步。
同步并行总线的优点是简单、易实现；缺点是无法兼容总线上各种不同响应速度的设备，因为同步时钟的速度必须以最慢的响应设备为准，这样总线上的高速设备将无法发挥其高速性能。
第八章 单片机扩展与接口技术
最大地址：0 1 1 1 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 AB7 AB6 AB5 AB4 最小地址：0 0 0 0 . . . .
最大地址：1 1 1 1
1 P0.3 AB3 0 .
1
1 P0.2 AB2 0 .
1
1 1 P0.1 P0.0 AB1 AB0 0 0 . .
1 1
所以地址范围为:0110000000000000~0111111111111111
8 位 A/D 转 换 器 地址 锁存 与译码 VrefVref+
START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部 寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；
在A/D转换期间，START应保持低电平。
ADC0809的引脚
（1） ADC0801~ADC0805型 8 位MOS型A/D转换 器;
（2） ADC0808/0809 型 8 位MOS型A/D转换器; （3） ADC0816/0817 型 8 位MOS型A/D转换器;
2. 典型A/D转换器芯片ADC0809 简介 (P281-287) ADC0809 是采用CMOS 工艺制造的双列直插式 单片8 位A/D 转换器。分辨率8 位，带8 个模拟量 输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数 据锁存器。 启动信号为脉冲启动方式，最大可调节误差为 ±1LSB，ADC0809 内部没有时钟电路，故CLK 时 钟需由外部输入，fclk 允许范围为500kHz~1MHz， 典型值为640kHz。每通道的转换需时间大约 100~150μ s。 工作温度范围为-40℃~+85℃。功耗为15mW， 输入电压范围为0~5V，单一+5V 电源供电。它可 以直接与89C52、89C51、8051 等CPU 相连，也可 以独立使用。
IBM—PC(80x86)汇编语言与接口技术-第8章 输入输出程序设计
8259A
76 5 4
中断屏蔽寄存器21H
打 印 机
3210
IN AL, 21H AND AL,0FDH
键定 时
盘器
OUT 21H,AL
76 5 4
中断命令寄存器20H
EOI
3 2 1 0 MOV AL, 20H OUT 20H, AL
11
中断向量表
00000 类型0的(IP) 类型0的(CS)
00004 类型1的(IP) 类型1的(CS)
speaker_on endp
speaker_off proc push ax in al, 61h and al, 0fch out 61h, al pop ax ret
speaker_off endp
end
8
3. 中断传送方式
中断源：引起中断的事件
外中断（硬中断）：
外设的 I/O 请求 —— 可屏蔽中断 电源掉电 / 奇偶错 —— 非屏蔽中断
15
例：用 DOS 功能调用存取中断向量
MOV AL, N
MOV AH, 35H
INT 21H
PUSH BX
; 保存原中断向量
PUSH DS
MOV AX, SEG INTHAND
MOV DS, AX
MOV DX, OFFSET INTHAND
MOV AL, N
MOV AH, 25H
08 系统定时器 09 键盘 0A 彩色/图形接口 0B 保留 0C 串行通讯口 0D 保留 0E 软盘 0F 打印机
10
中断的条件：
设置CPU中断允许位：
FLAGS 中的 IF 位 = 1 允许中断 （ STI ） = 0 禁止中断 （ CLI ）
第八章 串行总线及接口
第6 页
USB基本概念（3）
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
今后USB将取代当前PC上的串口和并口。当我们提到 USB时，与其将它想象成一个串口，还不如将它想象 成一个连接有不同设备的网络，就像我们所熟悉的以 太网一样。给出了一个典型的USB设备网络配置的示 意图。
第7 页
典型的USB配置图
USB总线的主要性能特点（3）
适用于带宽范围在几千位/秒（Kb/s）—几百兆位/秒（Mb/s） 的设备。USB总线既可连接键盘、鼠标、摄像头、游戏 设备、虚拟现实外设这样的低速设备，也可连接电话、 声频、麦克风、压缩视频这样的全速设备，还可连接 视频、存储器、图像这样的高速设备。此外，USB总线 还允许复合设备（即具有多种功能的外设）连接到PC 机。
第 12 页
USB总线的主要性能特点（4）
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
低成本的电缆和连接器。USB通过一根四芯的电缆传送信号和电源， 电缆长度可变，可长达5m。USB统一的4针插头将取代机箱后部众 多的串行口、并行口、键盘接口等插头。 USB具有错误检测和处理机制，可识别设备的错误。 较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。 支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异 步传输类型。
Slave 8259A É à Ì ¿ ±³ Ð Ï Ö ¶ × Æ ô ¿ Ö Æ
¦ Ã Ì ò Ó Ó ³ Ð ò ß » Õ Ø ôµ ³ ² ×Ï Í
õ ¨ É ¿ ® Ù ´ ¿ ¨æ ¼ Ç © £ » Í Ò £ ® Ù ´ ¿ 2 ¨ôÆ â ôô© £ µ Ö ½ µ Æ £ ÷ Ì ¼ Å ¨ó ê © £ Ê ±£ IRQ0 IRQ1 IRQ3 IRQ4 IRQ5 IRQ6 IRQ7
第8章 IO接口与DMA技术
这种编址方式的缺点是： 第一，单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行 输入/输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操作； 第二，由于采用了专用的I/O操作时序及I/O控制信号 线，因而增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。 微处理器Z80系列、Intel 80x86系列采用了这种编址方 式。
内存 8086 和总线 控制逻辑
(6) 内存把数据送数据总线
HOLD HLDA 地 址 总 线 数 据 总 线
接口
I/O 设备
(7) 接口锁存数据
(5) DMA请求得到确认 (2) 发总线请求 控 制 总 线 (3) 总线允许
(1) 接口准备就绪，发 DMA请求
DMA 控制器
(4) DMA控制器把地址送地址总线 (8) 撤销总线请求 (9) 8086收回总线控制权
8.1.2 I/O接口的基本结构
I/O接口的基本结构如图8.1所示。
I/O接口 数据总线 数据输入寄存器
数据输出寄存器
地址总线 外 状态寄存器 控制寄存器 中断控制逻辑 围 设 备
cpu
控制总线
图8.1 I/O 接口的基本结构
8.1.3 I/O端口的编址方式
输入输出接口包含一组称为I/O端口的寄存器。为了让 CPU能够访问这些I/O端口，每个I/O端口都需有自己 的端口地址(或端口号)。 在一个微型计算机系统中，如何编排这些I/O接口的端 口地址，称为I/O端口的编址方式。
(4) 能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号； (5) 能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束； (6) 在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对 总线的控制。
微机原理与接口技术课件全 (9)
（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式
当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口
返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。
键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。
微机原理与单片机接口技术(第2版)李精华 第8章 微处理器控制系统的接口扩展
8.1.2 编址技术
所谓编址，就是通过51单片机地址总线，使片外扩展的存 储器和I/O口中的每个存储单元或元器件，在51单片机的寻址 范围内均有独立的地址，以便51单片机使用该地址能唯一地选 中该单元。51单片机对外部扩展的存储器和I/O设备进行编址 的方法有两种：线选法和译码法。 1、线选法
所谓线选法，就是直接选定单片机的某根空闲地址线作为 存储芯片的片选信号。 2、译码法
由P0口作为地址线低8位，P2口作为地址线高8位，构 成16位地址，寻址范围为64KB。由于P0口分时复用为 地址总线和数据总线，除提供低8位地址之外，又要 作为数据口，地址和数据分时控制输出。为避免地址 和数据的冲突，低8位地址必须用锁存器锁存。也就 是在P0口外加一个锁存器，当ALE为下降沿时，将低8 位地址锁存。
位（LSB）所对应的输入模拟电压的变化量。分辨率定义 为转换器的满刻度电压（基准电压）VFSR与2n的比值，即
分辨率= VFSR 式中，n为A/D转2换n器输出的二进制位数，n越大，分
辨率越高。分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上 用输出的二进制位数或BCD码位数表示。
8.2 A/D转换器与D/A转换器简介
2．A/D转换器的主要技术指标 • （2）量化误差：模拟量是连续的，而数字量是断续
的，当A/D转换器的位数固定后，数字量不能把模拟 量所有的值都精确地表示出来，这种由A/D转换器有 限分辨率所造成的真实值与转换值之间的误差称为量 化误差。一般量化误差为数字量的最低有效位所表示 的模拟量，理想的量化误差容限是±1/2LSB。
三、教学难点
I2C总线接口的程序设计。
四、教学方式
8.1 单片机的外部并行总线
8.1.1 并行总线结构 51单片机具有外部并行总线，分为地址总线（AB）
微机原理及接口技术课件第8章 常用可编程接口芯片
;执行锁存命令
MOV DX,CS+0
;计数器0端口地址
IN AL,DX 内容
;读计数输出锁存器中的低8位
MOV AH,AL
;保护
IN AL,DX 内容
;读计数疏忽锁存器中的高8位
XCHG AH,AL
;AX中是输出锁存命令瞬间，计数执行 单元中的计数值
13
8.2.3 8253的工作方式
8253 的工作方式：
在计数期间CPU又送来新的计数初值，不影响当前计数过程。计数器计数到0， OUT端输出高电平。一直等到下一次GATE信号的触发，才会将新的计数初值装入， 并以新的计数初值开始计数过程，如图8-4(c)所示。8253方式1下三种情况的时序 波形图，如图8-4所示。
18
8.2.3 8253的工作方式
8253方式1时序波形图
接口芯片的地址码经译码后接通芯片的片选端，对读操作而言，怎样使 输入端口的信息由数据总线进入CPU，数据何时读入CPU，这些都由读信号 控制。对于输出接口，当CPU对接口进行输出数据的操作时，发出写信号。 在PC系统中，对I/O接口的操作由IN、OUT指令完成。
3
8.1可编程接口芯片概述
3. 可编程 目前所用的接口芯片大部分是多通道、多功能的。所谓多通道就是指一
0:二进制计数 1:十进制计数
其中：D7 D6用于选择定时器；D5 D4用于确定时间常数的读/写格式；D3 D2用来 设定计数器的工作方式；D0用来设定计数方式。
11
8.2 可编程定时/计数器接口芯片8253
例题8.1 8253控制字写入示例
MOV DX,CS+3
;8253控制寄存器端口地址，设置8253内部寄存
输入
计算机数模和模数转换接口技术
25
逐次逼近式A/D转换
如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123（01111011B）的A／ D转换. 具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”；
数字 输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
输入 -0.5~0.5v 0.5~1.5v 1.5~2.5v
输出 000 001 010 110 111
、、、
5.5~6.5v
1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v
6.5~7.5v
模拟输入量
8
ADC的性能指标
3.转换时间和转换速率
22
四、逐次逼近A/D转换原理
4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式
23
逐次逼近式A/D转换
• •
逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。
组成：
D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.
•
工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试，
15
ADC0809逻辑结构
ADDC 0 0 0 0 1 1 1 1 ADDB 0 0 1 1 0 0 1 1 ADDA 0 1 0 1 0 1 0 1 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
16
ADC0809逻辑结构
START： ADC启动控制信号输入端， EOC: End Of Conversion 要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内 在START之后变低，A/D转 部寄存器清0，下降沿启 换结束后变高。可用来申 请中断。 动A/D转换
逐次逼近式A/D转换
如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123（01111011B）的A／ D转换. 具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”；
数字 输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
输入 -0.5~0.5v 0.5~1.5v 1.5~2.5v
输出 000 001 010 110 111
、、、
5.5~6.5v
1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v
6.5~7.5v
模拟输入量
8
ADC的性能指标
3.转换时间和转换速率
22
四、逐次逼近A/D转换原理
4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式
23
逐次逼近式A/D转换
• •
逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。
组成：
D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.
•
工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试，
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ADC0809逻辑结构
ADDC 0 0 0 0 1 1 1 1 ADDB 0 0 1 1 0 0 1 1 ADDA 0 1 0 1 0 1 0 1 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
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ADC0809逻辑结构
START： ADC启动控制信号输入端， EOC: End Of Conversion 要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内 在START之后变低，A/D转 部寄存器清0，下降沿启 换结束后变高。可用来申 请中断。 动A/D转换
微型计算机原理与接口技术第八章课后答案
第八章1. 8253芯片有哪几个计数通道？每个计数通道可工作于哪几种工作方式？这些操作方式的主要特点是什么？答：8253内部包含3个完全相同的计数器/定时器通道，即0～2计数通道，对3个通道的操作完全是独立的。
8253的每个通道都有6种不同的工作方式。
方式0——计数结束中断方式：当对8253的任一个通道写入控制字，并选定工作于方式0时，该通道的输出端OUT立即变为低电平。
要使8253能够进行计数，门控信号GATE 必须为高电平。
经过n十1个脉冲后，计数器减为0，这时OUT引脚由低电平变成高电平。
OUT引脚上的高电平信号，一直保持到对该计数器装入新的计数值，或设置新的工作方式为止。
在计数的过程中，如果GATE变为低电平，则暂停减1计数，计数器保持GATE有效时的值不变，OUT仍为低电平。
待GATE回到高电平后，又继续往下计数。
方式1——可编程单稳态输出方式：当CPU用控制字设定某计数器工作于方式1时，该计数器的输出OUT立即变为高电平。
GATE出现一个上升沿后，在下一个时钟脉冲的下降沿，将n装入计数器的执行部件，同时，输出端OUT由高电平向低电平跳变。
当计数器的值减为零时，输出端OUT产生由低到高的正跳变，在OUT引脚上得到一个n个时钟宽度的负单脉冲。
在计数过程中，若GATE产生负跳变，不会影响计数过程的进行。
但若在计数器回零前，GATE又产生从低到高的正跳变，则8253又将初值n装入计数器执行部件，重新开始计数，其结果会使输出的单脉冲宽度加宽。
方式2——比率发生器：当对某一计数通道写入控制字，选定工作方式2时，OUT端输出高电平。
如果GATE为高电平，则在写入计数值后的下一个时钟脉冲时，将计数值装入执行部件，此后，计数器随着时钟脉冲的输入而递减计数。
当计数值减为1时，OUT端由高电乎变为低电平，待计数器的值减为0时，OUT引脚又回到高电平，即低电平的持续时间等于一个输入时钟周期。
与此同时，还将计数初值重新装入计数器，开始一个新的计数过程，并由此循环计数。
第8章(1)微机原理与接口技术
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能 8253的内部结构
计数通道 数据总线缓冲器 读写控制逻辑 控制字寄存器
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能 8253的内部结构
计数通道 数据总线缓冲器 读写控制逻辑 控制字寄存器
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能
• 计数器在CLK的下降沿 使计数值减1
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式 方式0 —计数结束产生中断方式
CW N＝5 WR
CLK GATE
OUT
54321 0
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式1 —可编程单次脉冲
CW N＝2 WR
GATE上升沿触发计数
CLK GATE
OUT
210
21
单脉冲宽度T=n TCLK 图8.7 方式1的波形
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式2 —分频工作方式
CW N＝3 WR
CLK GATE
OUT
3213213 TOUT＝N*TCLK
图8.8 方式2的波形
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
方式3 —方波发生器
第八章 可编程接口芯片及应用--8253的工作方式
8255的工作方式
• 计数结束产生中断方式 • 可编程单次脉冲 • 分频工作方式 • 方波发生器 • 软件触发选通 • 硬件触发选通
• 计数初值写入初值寄存 器后，在门控有效的前提 下，要经过一个CLK输入 后才开始计数。（或，经 过一个CLK后，计数初值 才到达计数执行部件）
第八章 可编程接口芯片及应用—8253的结构与功能
8253内部计数器的结构
《单片机微型计算机原理与接口技术》第八章 80C51单片微机的系统扩展原理与接口技术
②开始数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线（SDA ）上发生一个由高电平到低电平的变化作为起始信号（START） ，启动I2C 总线。I2C总线所有命令必须在起始信号以后进行。 ③停止数据传送 在串行时钟线（SCL）保持高电平的情况下，串行数据线 （SDA）上发生一个由低电平到高电平的变化，称为停止信号（ STOP）。这时将停止I2C 总线上的数据传送。 ④数据有效性 在开始信号以后，串行时钟线（SCL）保持高电平的周期 期间，当串行数据线（SDA）稳定时．串行数据线的状态表示数 据线是有效的。需要一个时钟脉冲。 每次数据传送在起始信号（START）下启动，在停止信号 （STOP）下结束。 在I2C总线上数据传送方式有两种，主发送到从接收和从发 送到主接收。它们由起始信号（START）后的第一个字节的最低 位（即方向位R／W）决定。
①串行数据线（MISO、MOSI） 主机输入／从机输出数据线（MISO）和主机输出／ 从机输入数据线（MOSI），用于串行数据的发送和接收。 数据发送时．先传送MSB（高位），后传送LSB（低位）。 在SPI设置为主机方式时，MISO线是从机数据输入线 ，MOSI是主机数据输出线；在SPI设置为从机方式时， MISO线是从机数据输出线，MOSI是从机数据输入线。
8.1.1外部并行扩展原理
单片微机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。 80C51系列带总线的单片微机芯片引脚可以构成图8－1所 示的三总线结构．即地址总线（AB）数据总线（DB）和控制总 线（CB）。具有总线的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 （1）地址总线（AB） 地址总线由单片微机P0口提供 低8位地址A0～A7，P2口提 供高8位地址A8～A15。P0口是地址总线低8位和8位数据总线复 用口，只能分时用作地址线。故P0口输出的低8位地址A0～A7必 须用锁存器锁存。 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控制信 号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0～A7锁存。P0、P2口 在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 由于地址总线宽度为16位，故可寻址范围为64 KB。 （2）数据总线（DB） 数据总线由P0口提供，用D0～D7表示。P0口为三态双向
单片机的系统扩展原理及接口技术 第8章习题答案 高锋第二版
第8章思考与练习题解析【8—1】简述单片机系统扩展的基本原则和实现方法。
【答】系统扩展是单片机应用系统硬件设计中最常遇到的问题。
系统扩展是指单片机内部各功能部件不能满足应用系统要求时，在片外连接相应的外围芯片以满足应用系统要求。
80C5 1系列单片机有很强的外部扩展能力，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片，扩展电路及扩展方法较为典型、规范。
用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。
对于单片机系统扩展的基本方法有并行扩展法和串行扩展法两种。
并行扩展法是指利用单片机的三组总线(地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB)进行的系统扩展；串行扩展法是指利用SPI三线总线和12C双线总线的串行系统扩展。
1．外部并行扩展单片机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。
为了满足系统扩展要求，80C51系列单片机芯片引脚可以构成图8-1所示的三总线结构，即地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB。
单片机所有的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。
2．外部串行扩展80C51．系列单片机的串行扩展包括：SPI(Serial Peripheral Interface)三线总线和12C双总线两种。
在单片机内部不具有串行总线时，可利用单片机的两根或三根I／O引脚甩软件来虚拟串行总线的功能。
12C总线系统示意图如图8—2所示。
【8—2】如何构造80C51单片机并行扩展的系统总线?【答】80C51并行扩展的系统总线有三组。
①地址总线(A0～A15)：由P0口提供低8位地址A0～A7，P0 口输出的低8位地址A0～A7必须用锁存器锁存，锁存器的锁存控制信号为单片机引脚ALE输出的控制信号。
由P2口提供高8位地址A8～A1 5。
②数据总线(DO～D7)：由P0 口提供，其宽度为8位，数据总线要连到多个外围芯片上，而在同一时间里只能够有一个是有效的数据传送通道。
哪个芯片的数据通道有效则由地址线控制各个芯片的片选线来选择。
③控制总线(CB)：包括片外系统扩展用控制线和片外信号对单片机的控制线。
最新2019-人机界面接口技术-PPT课件
8.1 键盘及其接口
8.1.1 独立式键盘接口
1. 独立式按键结构
8031
＋５Ｖ
+5V
8031
I/O
I/O
INT0
INT1 （ａ） 中断方式 图 8-1-1 独立式按键电路
（ｂ）查询方式
2.应用实例
例8-1-1 某单片机系统键盘结构如图8-1-2所示。试编写简 单的按键处理程序,fosc=12MHz。程序中应当考虑到键盘 去抖动的问题。
几个控制寄存器的设置
停机寄存器(地址0CH)：当D0=0时，MAX7219处于停机状 态；当D0=1 ，正常工作状态。
译码模式选择寄存器（地址＝09H）；共有4种译码模式供 选择，当数据位全0时选择“非译码方式”。在此方式下， 8个数据位分别一一对应7个段和小数点。通常选择此方式。
扫描限制寄存器：地址＝0BH；用于设置显示的LED个数 （1～8），当D2D1D0＝111、D7D6D5D4D3无关时，可接 8个LED管。
LCD参数及与LED比较
主要参数：
响应时间：从加上脉冲电压算起，到透光率达饱和值90%所需 时间。
余 辉 ：从去掉脉冲电压算起，到透光率达饱和值10%所需 时间。
阀值电压Vth：当脉冲电压大于Vth液晶显示，否则不显示。
对比度:
在零伏时光透过率与在工作电压下透过率的比值。
刷新率 ：每秒刷新次数
分辨率: 屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数
SED1330的硬件部分由MPU接口单元、内部控制单元、驱动 单元等组成。
1）接口单元
接口单元具有功能较强的I/O缓冲器， 体现在两个方面：1. MPU访问 SED1330不须判断其"忙"状态， SED1330随时准备接受MPU的访问， 并在内部时序下及时把MPU发来的指 令、数据传输就位。2. SED1330在接 口单元设置了适配8080系列和M6800 系列MPU的操作时序电路，通过引脚 的电平设置，可二者选择其一。
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控制总线 Control Bus
CPU
数据总线 Data Bus 地址总线 Address Bus
T/C
……
总线结构的特点：结构简单、规则、易于扩展 51单片机内部采用的是总线式结构
第8章单片机的接口技术
单片机与外部设备的连接也需要总线方式
外设1 外设2
控制总线 CB
SCM
数据总技术
8255芯片可以被编程为多种工作方式 举例
输出功能端口
输入功能端口
80C51
第8章单片机的接口技术
1、8255A的结构 外部特性：40脚双列直插式芯片
数据端：D0～D7
数据端 PA口
控制线：WR,RD,RESET,CS 地址线：A0,A1 PA口： PA0～PA7 PB口： PB0～PB7
8.2.1 访问外设端口的软件设置
8.2.2 简单并行输出接口的扩展
8.3 可编程并行接口芯片8255A 8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
第8章单片机的接口技术
扩展端口的地址占用外部RAM空间（0000～FFFFH）
1、汇编语言访问外部RAM的方法
MOVX A,@DPTR MOVX A,@Ri MOVX @DPTR,A （读,RD） （写,WR）
MOVX @Ri,A
第8章单片机的接口技术
MOVX指令写端口的时序
写端口时WR（P3.6）引脚自动产生负脉冲信号
第8章单片机的接口技术
MOVX指令读端口的时序
读端口时RD（P3.7）引脚自动产生负脉冲信号
第8章单片机的接口技术
2、C51访问外部RAM的方法
方法1：在程序中加入专用语句 #include <absacc.H> //含有宏定义的包含语句 #define 变量名 XBYTE [地址常数] //地址定义语句
例如，对占用片外RAM 1000H的端口进行读操作: #include <absacc.h> #define port XBYTE [0x1000] unsigned char temp1,temp2; „ „ temp1 = port; //读端口操作 port = temp2; //写端口操作 „ „
第8章单片机的接口技术
方法2：将访问的外部端口用指针变量表示，指针变量的 存储类型设置为xdata。 例如，同样针对上述举例，程序设计如下： unsigned char xdata *PORT； //定义xdata指针变量 unsigned char temp1,temp2; „„ PORT = 0x1000; //指向0x1000地址 „„ temp = *PORT; //读0x1000端口 *PORT = temp2; //写0x1000端口 „„
第8章单片机的接口技术
实例2程序
unsigned char xdata *PORT——指向片外RAM空间的指针 变量，其作用范围为单字节
第8章单片机的接口技术
实例2 运行 效果
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行IO口扩展 8.3 可编程并行接口芯片8255A
8.3.1 8255A的内部结构及引脚 8.3.2 8255A 工作方式及选择
第8章单片机的接口技术
举例：用8255A的PA口作为输出口, PB口作为输入口。将 PB口读入的开关信号送PA口外接的8位LED上显示出来。
8255A.DSN
第8章单片机的接口技术
解：地址(仅与P2有关,P0=0FFH) PA: 0111 1100 (7CH)
第8章单片机的接口技术
解：接线原理分析（地址+选通）
U2口地址: 01xx xxxx xxxx xxxx（0x7fff） U3口地址: 10xx xxxx xxxx xxxx（0xbfff）
第8章单片机的接口技术
实例1’运 行效果
第8章单片机的接口技术
2、用74LS244扩展并行输入口 • 三态输出的双4位总线缓冲器 • 无锁存功能
第8章单片机的接口技术
实例2：分析如下电路接线原理，编程实现键控LED的功能。
第8章单片机的接口技术
电路分析 芯片273和244的片选均由P2.0实 现，故访问地址均为 xxxx xxx0 xxxx xxxx (0xfeff)
读操作：/RD=0，/WR=1，故U1:B=0， U1:A=1，芯片244被选中。 写操作： /RD=1，/WR=0，故U1:B=1， U1:A=0，芯片273被选中。
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行IO口扩展
8.2.1 访问外设端口的软件设置
8.2.2 简单并行接口的扩展
8.3 可编程并行接口芯片8255A 8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
第8章单片机的接口技术
两类常用集成接口芯片： 可编程I/O扩展芯片（功能可由控制字设置） 具有锁存功能的接口芯片（功能固定不能改变）
第8章单片机的接口技术
74LS373——带有三态输出门的8D触发器
(LE)
允许(G)
(/OE)
用法：OE端接地（输出端常通），由LE端的脉冲信号控制D 与Q的导通或关断
第8章单片机的接口技术
74LS373典型应用——存储器扩展
ALE——地址锁存使能输出
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行IO口扩展
xx00 xxxx xxxx → FCFFH xx01 xxxx xxxx → FDFFH xx10 xxxx xxxx → FEFFH xx11 xxxx xxxx → FFFFH
P0
PA口 PB口 PC口 控制口
P2
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行IO口扩展 8.3 可编程并行接口芯片8255A
2、8255A的三种工作方式
• • • • 方式0：基本输入输出方式 方式1：选通输入输出方式 方式2：双向传送 方式1和方式2用到的联络信号
第8章单片机的接口技术
工作方式0 ——基本输入/输出方式
• 具有两个8位端口：A口和B口 两个4位端口：高4位C口和低4位C口 • 可任意规定为输入或输出状态（16种组合关系）
举例：设定PA口和PC上为输入方式1，PB口和PC下为输出方式0
MOV MOV DPTR,#7FFFH A,#10111000B ;控制口地址 ;0B8H
MOVX @DPTR,A
第8章单片机的接口技术
(2) 端口C置复位控制字——对C口按位控制（C口位操作）
注意：该控制字不是写入端口C中，而是写入控制口中， 并且只有当C口被置为输出方式时才有效。
第8章 单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线 8.2 简单并行IO口扩展 8.3 可编程并行接口芯片8255A 8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线
8.1.1 三总线结构 8.1.2 地址锁存与地址译码
外部总线方式与通用IO口方式的差异
地址 读锁存器 多路开关 控制 VCC 内部上拉电阻
内部总线
D
Q P2.n 锁存器 Q
MUX P2.n
写锁存器
读引脚
IO口方式——按照片内RAM形式访问端口 例如 MOV A,P0 总线方式——按照片外RAM形式访问端口 例如 MOVX A,@DPTR
第8章单片机的接口技术
单片机外部总线方式的典型应用——存储器扩展
第8章单片机的接口技术
单片机外部总线方式的典型应用——连接外部设备
第8章单片机的接口技术
8.1 单片机的系统总线
8.1.1 三总线结构 8.1.2 地址锁存与地址译码
8.2 简单并行IO口扩展 8.3 可编程并行接口芯片8255A 8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
8.2 简单并行IO口扩展 8.3 可编程并行接口芯片8255A 8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
第8章单片机的接口技术
CPU指挥一个电子单元需要三类信息： 地址（门牌）、数据（货物）、控制（要求） 传送信息的公共通道——总线（BUS）
ROM RAM
8.3.1 8255A的内部结构及引脚 8.3.2 8255A 工作方式及选择
8.4 数模转换芯片DAC0832及其接口设计 8.5 模数转换芯片ADC0809及其接口
第8章单片机的接口技术
1、8255A的控制字 共有2个控制字： 方式选择控制字、C口置复位控制字
(1) 方式选择控制字——规定工作方式和数据方向
74LS273
(MR)
典型用法：MR接Vcc，利用CLK的上跳沿进入锁存状态 一般采用写信号与片选信号作为共同控制信号
第8章单片机的接口技术
实例1 利用74LS273扩展单片机的输出端口，并实现LED数 码管顺序显示0～9字符的功能。
第8章单片机的接口技术
分析：U2的地址？选通的条件？
P2.7为0时，或门→ “解锁”； WR →CLK的选通要求
第8章单片机的接口技术
地址锁存器——74LS373，74LS273，74LS377 原理： 1、P0口先将低8位地址信号锁存在373中； 2、373的输出端与输入端（P0口）隔离； 3、373送低8位地址信号+ P0口送8位数据信号+ P2口送高8位地址信号 →同时产生16位地址信号+8位数据信号
第8章单片机的接口技术
由数据锁存器实现的并行I/O口扩展→简单并行扩展 常用电路芯片: 74LS 273、377 、244、373等