第9章 扩展输入输出
计算机组成与结构课件第九章输入输出设备
打印机的种类繁多，按照工作原理可以分为喷墨、激光、热转印等多 种类型。
03
打印机的性能指标包括打印速度、打印分辨率、打印幅面等，这些指 标直接影响打印质量和效率。
04
随着数字化时代的到来，打印机市场也在不断发展和变化，无线连接 、智能打印等新技术不断涌现。
投影仪
投影仪按照工作原理可以分为LCD投影仪、 DLP投影仪等多种类型。
用户。
显示器按照工作原理可以分为 CRT（阴极射线管）、LCD（液 晶显示）、LED（发光二极管显
示）等类型。
显示器的主要性能指标包括分 辨率、刷新率、亮度、对比度 等，这些指标直接影响显示效 果。
显示器的发展趋势是向着更高 分辨率、更广色域、更低能耗 等方向发展。
打印机
01
打印机是将计算机中的数据以纸质形式输出的设备。
音响设备的主要性能指标包括音 质、音量、频响等，这些指标直
接影响声音的播放效果。
随着数字化时代的到来，音响设 备也在不断发展和变化，无线连 接、智能控制等新技术不断涌现
。
PART 04
输入输出设备的接口技术
USB接口
总结词
USB接口是一种常见的连接设备接口，具有即插即用、高速传输和广泛兼容性 等特点。
定义
输入输出设备是计算机系统中用于与外部环境进行信息交互的部件。它们能够将外部数据和信息转换为计算机能 够处理的格式，并将处理结果输出到外部环境。
分类
输入输出设备可以根据其功能和用途分为多种类型，如输入设备、输出设备和存储设备。输入设备用于向计算机 输入数据和信息，如键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备用于将计算机处理的结果输出给用户，如显示器、打印机 、音响等；存储设备用于存储数据和程序，如硬盘、光盘等。
扩展输入输出PPT课件
• ① AT89S51可以通过“MOVX @Ri，A”指令把输出数据送到B口的输出数
据锁存器，82C55收到后便令输出缓冲器满引脚
（PC1）变低，以通知
输出设备输出的数据已在PB口的PB7～PB0上。
• ② 输出外设收到
上低电平后，先从PB7～PB0上取走输出数据，然后使
B 变低电平，以通知82C55输出外设已收到82C55输出的数据。
A，#0C2H
；设定命令控制字
• MOV
A，#08H ； 方式控制字08H送A
• MOVX
@DPTR，A ； 08H送控制字寄存器，PC4清0
23
24
24
（1）具有两个8位端口（PA、PB）和两个4位端口（PC的 上半部分和下半部分）。
（2）任何端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入、 输出共有16种组合。
PA口、PB口和PC口均可设定为方式0，并可根据需要，向 控制寄存器写入工作方式控制字，规定各端口为输入或输 出方式。
54
55
55
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56
57
• 1．存储器方式
• 存储器方式用于对片内256B RAM单元进行读/写，若IO/ =0且
=0，
则 AT 8 9 S 5 1 可 通 过 A D 7 ～ A D 0 上 的 地 址 选 择 R A M 存 储 器 中 任 意 单 元 读 / 写 。
• 2．I/OM方式 CE
• MOV
R1，＃7FH ；控制口地址7FH→R1
• MOV
A，＃0BH ；控制字0BH→A
• MOVX
@R1， A ；控制字7FH→控制口，把PC5置1
44
45
• 如果想把PC口的PC5复位，相应的控制字0AH，程序如下：
第9章 扩展输入输出
6
9.4 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口
AT89S51单片机串行口的方式0用于I/O扩展。在方式0时， 串行口为同步移位寄存器工作方式，其波特率是固定的，为 fosc/12（fosc为系统的振荡器频率）。数据由RXD端 （P3.0）输入，同步移位时钟由TXD端（P3.1）输出。发送、
接收的数据是8位，低位在先。
10
5
【例9-6】电路如图9-11，编程把开关S7-S0状态通过 74LS373输出端的8个发光二极管显示出来。程序如下：
#include <absacc.h>
#define uchar unsigned char ……
uchar i
i=XBYTE[0xf7ff] XBYTE[0xf7ff]=i ……
多个8位输入口时，相邻两芯片的首尾（QH与SIN）相连。
9
【例9-10】 下面的程序是从16位扩展口读入4组数据（每
组2B），并存入到内部RAM 缓冲区。参考程序如下。
# include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main() { unsigned char i; SCON=0x10; //串口工作于移位寄存器方式 P1_0=1; while (!RI) {;} RI=0; //接收完一帧数据并行输入口
图9-12所示为串行口外接两片74LS165扩展两个8位并
行输入口的接口电路。
图9-12 利用74LS165扩展并行输入口
74LS165是8位并行输入串行输出的寄存器。当74LS165 的S/L*端由高到低时，并行输入端数据被置入寄存器； 当S/L*=1，且时钟禁止端（第15脚）为低电平时，允许 TXD（P3.1）移位时钟输入，这时在时钟脉冲作用下，数据
单片机原理及接口技术课后习题第9章 答案
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。
外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。
2. 简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种各有什么特点在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。
在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。
条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。
在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。
传输完数据后，返回原来的程序继续执行。
直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。
4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。
输入输出接口扩展ppt课件
2019/18/29
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一、可编程芯片8155的扩展
Intel 8155是一个具有RAM、I/O和计数器的通用可编程接口 芯片。其具有的资源为
256B的静态RAM；
17 16 29 30 11 10
3 5 7 9
2 Y4 2 Y3 2 Y2 2 Y1
B4 B3 B2 B1 2G
17 15 13 11 19
12 14 16 18
1 Y4 1 Y3 1 Y2 1 Y1
A4 A3 A2 A1 1G
8 6 4 2 1
7 4LS2 44
A 1
3 2
7 4LS3 2
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联络线； CS：片选线，低电平有效。
2019/18/29
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RESET：复位线，通常与单片机的复位端相连。 ALE：地址锁存线，高电平有效。 IO/M：RAM或I/O口的选择线。当为0时，选中8155的256 B RAM；当为1时，
（仅当p2.7=0且WR=0时，clk才为0，数据被打入。）
所以，当单片机从74LS244输出数据是应该为：
MOV DPTR，#7FFFH ；将74LS244的口地址送入DPTR
MOVX @DPTR，A ；从ACC 向74LS244的端口写数据 ; P2.7=0&WR=0,数据被打入到2732锁 存器
P0. 0 P0. 1 P0. 2 P0. 3 P0. 4 P0. 5 P0. 6 P0. 7
P2. 0
P2. 1
MCS-51
P2. 2 P2. 3
P2. 4
单片机教程 第9章-串口通信
9.2
MCS-51单片机串行接口
方式1所传送的波特率取决于定时器T1的溢出 率和特殊功能寄存器PCON中SMOD的值,即方式1的
波特率=(2SMOD/32)×定时器T1的溢出率。
②方式1接收：当串行口置为方式1,且REN=1 时,串行口处于方式1输入状态。它以所选波特率 的16倍的速率采样RXD引脚状态。
示字符的结束。异步传送的字符格式如图所示。 ①字符帧：也叫数据帧，由起始位、数据位、奇 偶校验位和停止位4个部分组成。
9.1
串行通信基础
9.1
串行通信基础
②波特率：就是数据的传送速率,即每秒钟传送的 二进制位数，单位：位/秒。 说明：要求发送端与接收端的波特率必须一 致。波特率越高，传送速度越快。
9.1
串行通信基础
下图为以上两种通信方式的示意图。由图可知, 假设并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传送 的时间至少为NT,实际上总是大于NT的。
9.1
串行通信基础
9.1.1
串行通信的分类
1、异步通信
异步传送的特点是数据在线路上的传送不连
续。在传送时,数据是以一个字符为单位进行传送
的。它用一个起始位表示字符的开始,用停止位表
;清0接收中断标志 ;接收数据 ;取奇偶校验位 ;偶校验时转L1 ;奇校验时RB8为0转出错处理
;偶校验时RB8为1转出错处理 ;奇偶校验对时存入数据 ;修改指针 ;恢复现场 ;中断返回 ;出错处理 ;中断返回
L1: L2:
ERR:
9.2
MCS-51单片机串行接口
4、方式3 方式3为波特率可变的9位异步通信方式,除了
fOSC 2 SMOD 64
T 1溢出率2 SMOD 32
扩展输入输出-资料.ppt
1．独立编址 I/O端口地址空间和存储器地址空间分开编址。优点是 I/O地址空间和存储器地址空间相互独立，界限分明。但 需要设置一套专门的读写I/O端口的指令和控制信号。 2．统一编址 把I/O端口与数据存储器单元同等对待。I/O端口和外部 数据存储器RAM统一编址。因此外部数据存储器空间也包 括I/O端口在内。 优点是不需专门的I/O指令。缺点是需要把数据存储器 单元地址与I/O端口的地址划分清楚，避免数据冲突。
2
9.3 AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计 9.3.1 81C55芯片介绍 9.3.2 81C55的工作方式 9.3.3 AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程
9.4 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口 9.5 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口
9.5.1 用74LS165扩展并行输入口 9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 9.6 用I/O口控制的声音报警接口 9.6.1 蜂鸣音报警接口 9.6.2 音乐报警接口
11
图9-1 82C55的引脚图
图9-2 82C55的内部结构
12
1．引脚说明 共40个引脚，引脚功能如下： D7～D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用 来与单片机之间传送数据信息。 C S ：片选信号线，低有效，表示本芯片被选中。 R D ：读信号线，低有效，读82C55端口数据的控制 信号。 W R ：写信号线，低电平有效，用来向82C55写入端 口数据的控制信号。 VCC：+5V电源。
2．查询传送 又称有条件传送（也称异步式传送）。通过查询外设 “准备好”后，再进行数据传送。优点是通用性好，硬件 连线和查询程序简单，但工作效率不高。
9
3．中断传送 为了提高单片机对外设的工作效率，通常采用中断传送 方式，来实现I/O数据的传送。单片机只有在外设准备好 后，才中断主程序的执行，从而进入与外设数据传送的中 断服务子程序，进行数据传送。中断服务完成后又返回主 程序断点处继续执行。采用中断方式可大大提高工作效率。 9.1.4 I/O接口电路 常用的外围I/O接口芯片： （1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）。
清华计算机组成原理课件09输入输出设备
键盘的工作原理是将用户的按键操作转换为电信号，通过接口电路将电信号传递给计算 机。键盘的按键通常由机械结构支撑，当按键被按下时，机械结构会触发相应的电信号 。现代键盘技术不断发展，出现了各种不同类型的键盘，如机械键盘、薄膜键盘、静音
键盘等，以满足不同用户的需求。
显示器的工作原理与技术发展
总结词
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
打印机的工作原理与技术发展
要点一
总结词
要点二
详细描述
打印机作为计算机的输出设备，其工作原理是将计算机内 部的数据以纸质的形式输出。随着技术的进步，打印机的 打印速度、打印质量、打印成本等方面也在不断提升。
打印机的工作原理是利用打印头将墨水或碳粉喷射到纸张 上，形成图像。打印机的类型有很多种，如喷墨打印机、 激光打印机、热转印打印机等。随着技术的发展，打印机 的打印速度越来越快，打印质量越来越高，打印成本也越 来越低。同时，随着3D打印技术的出现和发展，打印机已 经可以用于制造各种复杂的三维物体。
输入输出设备的性能指标
传输速率
输入输出设备的传输速率是指 单位时间内传输数据的量，是
衡量设备性能的重要指标。
精度
输入输出设备的精度是指其传 输数据的准确性，精度越高， 数据失真越小。
可靠性
输入输出设备的可靠性是指其 稳定性和持久性，能够保证长 时间的正常工作。
兼容性
输入输出设备的兼容性是指其 能够支持的设备和软件范围， 兼容性越高，适用范围越广。
分类
输入输出设备可以根据其功能和传输介质的不同，分为多种类型，如键盘、鼠 标、显示器、打印机、扫描仪、摄像头等。
单片机原理及接口技术课后习题第9章 答案
第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口?输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁.外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。
CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换.2。
简述输入输出接口的作用。
I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：(1）实现单片机与外设之间的速度匹配；(2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4)实现数据格式转换。
3. 在计算机系统中,CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式,直接存储器存取方式。
在无条件方式下,只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时,外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好;输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据.条件控制方式也称为查询方式。
CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好,如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输.在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件,CPU则响应,这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输.传输完数据后,返回原来的程序继续执行.直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入,由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送.4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序.80C51图9。
中职教育-《89C51单片机实用教程》课件：第9章 89C51单片机串行输入输出(1).ppt
2. 异步通信 通信双方无统一的时钟控制,代码或一字节数据。 异步传送数据帧的格式：由四个部分组成：
起始位(0)+数据位5-8位+奇偶校验位( 可省略) +停止位(1)
9.1.3 波特率（Baud rate）
波特率是串行数据的传送速率, 表示每秒传送二进制 代码的位数，单位是bps（位/秒）又称波特。
采用 MAX232的 89C51与PC机的串行通信接口电路 （MAXIM公司的MAX232芯片，是RS-232C和TTL电
平转换电路。它包含两路接收器和驱动器。）
2. RS-449、RS-422A，RS-423A和RS-485串行标准
为提高通信的数据传输率,增加距离,改善电气性能, 美国电子工业协会E IA制定了新的异步串行通信标准.
RS-449标准采用了平衡信号差分电路传输高速的信 号，传输距离和速率得到提高。噪声低，抗干扰能力 强，而且可以多台设备与RS-449通信电缆并联。
RS-422A标准是 “平衡电压数字接口电路的电气特 性”标准,使用一对双绞线传送信号. 每个通道要用二 相信号线, RS-422A传输信号距离长、速度快，数据传 输率最大为 10 Mb/s, 在此速率下,电缆允许长度为 120 m;如采用较低速率,如 90000 b/s时,最大距离达 1200m.RS-422标准中规定电路中只允许有一个发送器， 可有多个接收器。因此，通常采用点对点通信方式.
9.1.2 异步通信与同步通信
1. 同步通信 在同步通信中，将数据组成连续的数据块（帧）。 数据以块 (帧) 为单位。传送开始用同步字符指示,
由时钟实现同步。连续按顺序传送数据, 直到结束。 数据帧格式：
同步字符 (1-2个)、数据字符 、校验字符(1-2个)。 同步通信方式传送速度和效率高, 但硬件电路复杂。
最新计算机组成与结构课件第九章输入输出设备
玻璃屏内壁涂有荧光粉，它将电子束的 动能转换成光能，显示出光点。不同的荧光 粉在电子束的轰击下发出不同的颜色。
对电子束的要求：
（1）电子束要有足够的强度和速度。 （2）电子束要足够细。 （3）电子束的运动方向要高度可控。
电子束在荧光屏上按某种轨迹运 动称为扫描，控制其运动轨迹的电路 称为扫描电路。
9.3.1 显示设备种类 9.3.2 显示技术的重要技术指标 9.3.3 字符显示器 9.3.4 图形和图像显示器 9.3.5 显示器的性能指标
9.3.1 显示设备种类
显示设备：是将电信号转换成视觉 信号的一种装置，显示器输出的内容不 能长期保存，当显示器关机或显示别的 内容时，原有内容就消失了，所以显示 设备属于软拷贝输出设备。
9.3.2 显示技术的重要技术指标
1、分辨率 在字符显示方式中，一屏可显示的最 多字符数称为分辨率，例如80列×25行， 表示每屏最多可显示25行，每行可有80个 字符。 在图形显示方式中，一屏可显示的像 点数称为分辨率，例如800×600，表示一 屏可包含600条水平扫描线，每线可分为 800点。
⑵随机扫描方式
在随机扫描方式中，电子束能在 屏幕上作随机运动，其轨迹随显示内 容变化而变化，只在需要显示字符和 图形的地方扫描，而不必扫描全屏。
2、平板显示器
指的是显示器的深度小于显示屏 幕对角线1/4长度的显示器件，有液晶 显示器、等离子显示器等。
（1）液晶显示器（LCD）
液态晶体，既有液体的流动性又有 分子排列有序的晶体特性。
计算机组成与结构课件第九章 输入输出设备
ห้องสมุดไป่ตู้
9.1 外部设备概述
9.1.1 基本概念 主机：CPU与主存称为主机。 外部设备：主机外的大部分硬件 设备成为外部设备简称外设。 外设的发展趋势：智能化、功能 复杂化、高可靠性。
第9章 AT89C51扩展IO接口的设计
ACK*：外设的响应信号，外设已将数据取走。
INTR*：中断请求信号。表示该数据已被外设取走， 请求单片机继续输出下一个数据。 INTE A：中断允许，由PC6控制。 INTE B：中断允许，由PC2控制。
图9-7
B口的方式1输出如图9-8所示：
图9-8
3.方式2
只有A口才能设定为方式2。图9-9为方式2工作示意图。 在方式2下，PA7～PA0为双向I/O总线。
图9-3
C口上半部分（PC7～PC4）随A口称为A组，
C口下半部分（PC3～PC0）随B口称为B组。
其中A口可工作于方式0、1、和2，而B口只能工作在方式0和
方式1。 例9-1 写入工作方式控制字95H 可将8255A编程为：A口方式0输入，B口方式1输出，C口的上半 部分（PC7～ PC4）输出，C口的下半部分（PC3～PC0）输入。
2.内部结构
图9-2
（1）端口PA、PB、PC 功能和结构上有些差异 PA口：输出锁存和缓冲；输入锁存 PB口：输出锁存和缓冲；输入缓冲 PC口：输出锁存；数据输入缓冲 PC口可在软件的控制下，分为两个4位端口，作为PA口、PB 口选通方式操作时的状态控制信号。
(2)A组和B组控制电路 A组：PA口和PC口的上半部（PC7～PC4）； B组：PB口和PC口的下半部（PC3～PC0）,可根据“命令字” 对 PC口按位“置1”或“清0”。 (3)数据总线缓冲器 三态双向，作为8255A与单片机数据线之间接口，传送数 据、指令、控制命令及外部状态信息。 (4)读/写控制逻辑电路线 该电路接收CPU发来的控制信号、RESET、地址信号A1、A0 等。对端口进行读写。 各端口的工作状态与控制信号的关系如表9-1所示。
MOVX @DPTR，A
微型计算机课件 第9章 输入输出方法及常用的接口电路
(3) 数据缓冲电路：接口电路输入/输出的数据、控制及状 态信息都是通过此缓冲电路传送的，它和系统的数据总线相连， 能起隔离、缓冲作用。
并不是所有接口都具备上述全部功能的。接口需要哪些功 能取决于I/O设备的特点，有的还需要专用的I/O接口电路。
I/O接口电路按不同方式分类主要有以下几种： (1) 按数据传送方式分类，可分为并行接口和串行接口； (2) 按功能选择的灵活性分类，可分为可编程接口和不可 编程接口； (3) 按通用性分类，可分为通用接口和专用接口； (4) 按数据控制方式分类，可分为程序型接口和 DMA(Direct Memory Access)型接口。程序型接口一般都可采 用程序中断的方式实现主机与I/O设备间的信息交换。DMA型 接口用于连接高速的I/O设备如磁盘、光盘等大信息量的传输。
9.1.3 I/O接口的其他功能 1．对信号的形式和数据格式进行交换与匹配 CPU只能处理数字信号，信号的电平一般在0～5 V之间，
而且提供的功率很小。而外部设备的信号形式是多种多样的， 有数字量、模拟量(电压、电流、频率、相位)、开关量等。所 以，在输入输出时，必须将信号转变为适合对方需要的形式。 如将电压信号变为电流信号，弱电信号变为强电信号，数字信 号变为模拟信号，并行数据变为串行数据。
2．提供信息相互交换的应答联络信号 计算机执行指令时所完成的各种操作都是在规定的时钟信 号下完成的，并有一定的时序。而外部设备也有自己的定时与 逻辑控制，通常与CPU的时序是不相同的。外设接口就需将外 设的工作状态(如“忙”、“就绪”、“中断请求”)等信号及 时通知CPU，CPU根据外设的工作状态经接口发出各种控制信 号、命令及传递数据，接口不仅控制CPU送给外设的信息，也 能缓存外设送给CPU的信息，以实现CPU与外设间信息符合时 序的要求，并协调地工作。
plc输入输出拓展
1 引言PLC因为体积小、功耗低、性价比高、抗干扰能力强、编程使用方便等优点被广泛地应用于工业控制领域。
但在实际应用过程中，往往是被控对象的输出点少于输入点，实现控制任务需要检测的点较多，或者操作按钮比较多，这样在选型时PLC的输出点数目可以很容易的满足要求，而对于输入点来说有可能不易满足，针对这样情况通常可以采取如下措施:(1)选取输入点数目比较多的PLC，这样在满足了控制系统对输入点数目的要求同时，增加了输出点数目，使输出点产生冗余而闲置，造成了资源浪费。
(2)选择输出点数目满足要求的PLC，通过配置专用的输入模块来增加输入点数目，使输入点数目满足控制系统的要求，这种方法增加了控制系统的成本，降低了系统的性价比。
(3)仍然是选择输出点数目满足要求的PLC，但在扩展时增加部分外围电路，这部分电路主要由译码器构成，这样可以大大降低系统的初期投资。
(4)采用PLC的软件编程实现，其优点是在PLC输出点数目满足系统要求的前提下，选择输入点数目较少的PLC，不增加额外的硬件，利用这PLC自身固有的资源，通过编码方法实现输入点数目的扩展。
本文通过对PLC输入、输出点的组合，介绍了两种基于软件编程方法的输入点扩充方法。
2 基于软件编程方法的输入点扩充方法PLC的一个重要的特点就是各组输入、输出点的独立性较强，这一点主要表现在输入、输出点的公共端上。
一方面，单独的输入、输出点可以有自己的公共端另一方面，多个输入、输出点可以共用一个公共端，这样输入、输出点相互间的组合就比较容易。
通过这些组合，我们可以借用矩阵键盘扫描原理和输入节点组合矩阵的原理来增加输入点数目。
2.1 利用矩阵键盘扫描原理扩展PLC输入点数目取PLC的m个输入点作为输入节点矩阵的行回扫线输入端，取PLC的n个输出点作为输入节点矩阵的列选择线输出端，同时将所用输入端的公共端COM和输出端的公共端COM相连，通过内部程序控制n条列选择线的状态，从而实现输入节点矩阵列扫描;通过检测m个输入点的状态，完成输入节点矩阵的行扫描;这样就可以唯一确定输入节点矩阵中某一接点的闭合状态。
清华计算机组成原理课件09输入输出设备-116页精品文档
22.09.2019
计算机组成原理
1
9.1 I/O设备概述
• 主机（主板及内存）以外的设备，也称外部设备。辅 助存储器也属于外设。
• 外设向多样化、智能化、功能复合化、高可靠性的方 向发展，人类将最终通过‘ 能听会说’，“ 能读会
写”的外部设备，使智能计算机成为现实。
• 输入设备 主要完成输入程序、数据、操作命令、各 种图形、图像、声音等信息。
示、打印使用，余下33个 为控制字符。如表9.2所
示:
(见第296页)
•扩展ASCII码可表示256个编码(EBCDIC码),目
前微机上就采用。 22.09.2019
计算机组成原理
11
9.2.2 鼠标器
• 鼠标器是控制计算机显示器上光标移动的输入设 备。一般有2个键，PS/2接口和USB接口方式。
• 数字相机的照片是以0、1来保存的数字图 像信息,所以如果数字相片不送入计算机那就
没有多少价值了。有几种方法可以把图像从
数字相机传送到计算机中：使用串行电 缆,USB电缆、闪存卡。
22.09.2019
计算机组成原理
17
• 现在，大部分数字相机使用标准的串行电缆,串口连接意味 着任何台式计算机或笔记本计算机均能与数字相机通信（当
计算机组成原理
15
CCD的精度决定了最高分辨率，这是选购数字 相机时就考虑的一个重要参数，当然镜头的质量和图 像处理技术也是一个重要的性能指标。
一旦按下快门，镜头和CCD完成了相应的感光 工作,最后的彩色图像便以压缩图像的格式存放在数 字相机的存储器里。一个专门的压缩芯片（通常采用 标准的JPEG压缩方法)使原始位图图像压缩到只有 原来大小的几十分之一甚至更小，然后数据存入数字 相机的存储器里。大多数字相机允许用户设置图像质 量,至少有两种：高质量和低质量。高质量相片通常 可达到800*600个像素甚至更高。一般的数字相机 只能存放有限的高质量图像，通常只有几十张，这主 要是由数字相机存储器的大小决定的。如果是存储低 质22.0量9.2的019图像照片,那么计可算机以组成存原理储上百张或几百张。16
第九章 输入输出设备
1.按功能分类，外部设备大致能够分为〔输进设备〕〔输出设备〕和〔输进输出兼用设备〕2.输进设备的作用是将〔外部信息〕以一定的数据格式送进〔系统内存〕答案：、3.输进设备和输出设备统称为〔外设〕，通常通过〔输进输出接口〕与主机相连接4.输进设备分为〔图形〕输进设备、〔图像〕输进设备、〔语音〕输进设备几类5.输出设备的作用是将〔计算机的处理结果〕提需求〔外界〕6.每一种外设根基上在它自己的〔设备操纵器〕操纵下工作，而〔、适配器〕因此是通过〔〕和〔〕相连接并受〔主机〕操纵7.常用的按键有〔机械触点〕式、薄膜式和〔电容〕式。
其中〔电容〕式键开关无触点，简单可靠，使用寿命长8.鼠标器要紧有〔机械〕式和〔光电〕式两种，后者需要特制的网格板与鼠标配合使用9.光笔能够与〔屏幕〕上光标配合画出或修改图形，是一种定位输进设备10.按显示器件分类，显示器有〔阴极射线管显示器〕〔CRT〕〔液晶显示器〕〔LCD〕和等离子显示器11.显示器的要紧性能指标是图像的〔分辨率〕和〔灰度级〕。
前者的值越高，显示的图像就越清晰12.液晶显示器的要紧工作电压〔低〕、功耗〔低〕、体积小、重量轻、常用作便携式设备的显示器13.字符显示器的操纵逻辑电路的功能包括〔显示操纵〕〔同步操纵〕〔消隐〕和〔光标操纵〕14.不同CRT显示标准所支持的最大〔分辨率〕和〔颜色〕数目是〔不同〕的.15.按所显示的信息内容分类，显示器能够分为〔字符〕显示器、〔图形〕显示器和〔图像〕显示器三类16.CRT显示器上构成图像的最小单元称为〔像素〕17.常用的打印设备有〔点阵式〕打印机、〔宽行〕打印机、〔激光〕打印机、〔彩色喷墨〕打印机，他们都属于〔硬拷贝〕输出设备18.按照工作原理，打印机可分为〔击打〕式和〔非击打〕式两类，激光打印机和喷墨打印机均属于后者19.关于单色显示器，要是每屏能够显示80列*25行=2000个字符，字符窗口为9*14点阵，字符为7*9点阵，因此VRAM中存放的〔2000个字符的ASCII码〕，容量为〔2000〕字节20.显示适配器作为CRT和CPU的接口，由〔刷新〕存储器、〔显示〕操纵器、〔ROMBIOS〕三局限组成。
第九章I-O接口
第九章I/O接口输入输出端口简介串行端口异步的串口是作为计算机到计算机的通信端口来设计的。
异步意味着不存在同步的时钟信号，所以能够以任意时间间隔来发送字符。
串行是指发送一个字节字符的八位二进制位时是按顺序一位一位的发送了，而接收也是一位一位地接收，而不是八位同时传送。
更形象地说，串行是数据通过一条单独的导线传送，并且当发送数据位时，每个数据位都按顺序被串接起来。
串行传输的典型例子是我们日常生活中所用的电话系统，它在每个方向都提供了一条传送数据的导线。
串口的典型位置计算机系统一般都有一个或两个串行端口，通常位于系统的后部。
这些内置的串口可以通过主板上的Super I/O芯片控制，或通过South Bridge芯片控制。
如果系统提供的串口数目不能满足需要，用户可以购买单口或多口串口卡。
串口可以连接多种设备，例如调制解调器、绘图仪、打印机、其他计算机、条形码阅读器、标尺（scale）和设备控制电路。
AT结构的9针串口连接器的规范说明官方规范所建议的最大电缆长度为50英尺。
其限制因素是电缆及接口输入电路的总负荷电容。
最大电容值被指定为2500pF。
有些特殊的低电容电缆实际上可以极大地增加电缆的最大长度，使之达到500英尺或更多。
此外，线路驱动程序（放大器/中继器）还可以将电缆的长度扩展到更长。
表9-1、表9-2和表9-3中给出的是9针（AT结构）、25针、9转25针串行连接器引脚引出线的说明。
表9-1 9针（AT）串口连接器引脚信号说明I/O1 CD 载波检测输入2 RD 接收数据输入3 TD 发送数据输出4 DTR 数据终端就绪输出5 SG 信号地-6 DSR 数据准备好输入7 RTS 发送请求输出8 CTS 消除发送输入9 RI 振铃指示输入表9-2 25针（PC、XT及PS/2）串口连接器引脚信号说明I/O1 - 机架接地-2 TD 发送数据输出3 RD 接收数据输入4 RTS 发送请求输出5 CTS 消除发送输入6 DSR 数据准备好输入7 SG 信号地-8 CD 载波检测输入9 - +发送当前循环返回输出11 - -发送当前循环数据输出18 - +接收当前循环数据输入20 DTR 数据终端就绪输出22 RI 振铃指示输入25 - -接收当前循环返回输入标准25针串口连接器的规范说明表9-3 9转25针串行电缆适配器连接9针25针信号说明1 8 CD 载波检测2 3 RD 接收数据3 2 TD 发送数据4 20 DTR 数据终端就绪5 7 SG 信号地6 6 DSR 数据准备好7 4 RTS 发送请求8 5 CTS 消除发送9 22 RI 振铃指示串口的配置当在系统中安装串口时，必须为这些串口设置其所使用的具体I/O地址（称为端口）和中断（对于中断请求来说被称为中断请求线）。
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9.5.1 用74LS165扩展并行输入口
9.5.2 用74LS164扩展并行输出口 9.6 用I/O口控制的声音报警接口 9.6.1 蜂鸣音报警接口 9.6.2 音乐报警接口
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内容概要
AT89S51有4个I/O口P0~P3，真正用作I/O口线的只有
P1口的8位I/O口线和P3口的某些位线。因此，大多需要外
器。
通常PA口、PB口作为输入/输出口，PC口既可作为输 入/输出口，也可在软件控制下，分为两个4位的端口，作 为端口PA、PB选通方式操作时的状态控制信号。
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（2）A组和B组控制电路
是两组根据AT89S51写入的“命令字”控制82C55工 作方式的控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部 （PC7～PC4）；B组控制PB口和PC口的下半部 （PC3～PC0），并可用“命令字”来对端口PC的每一
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2．方式1
是一种采用应答联络的输入/输出工作方式。 PA口、PB口皆可设成这种工作方式。 在方式1下，82C55的PA口和PB口通常用于I/O数据的 传送，PC口用作PA口和PB口的应答联络信号线，以实现
采用中断方式来传送I/O数据。
PC口的PC7～PC0的应答联络线是规定好的，其各位 分配如图9-5和图9-7所示，图中，标有I/O的各位仍可用作
外设发来的且已进入输入缓冲器的数据，高有效。
INTR：由82C55向AT89S51单片机发出的中断请求信号，
口数据的控制信号。 VCC：+5V电源。
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PA7～PA0：端口A输入/输出线。
PB7～PB0：端口B输入/输出线。
PC7～PC0：端口C输入/输出线。 A1、A0：地址线，用来选择82C55内部的4个端口。 RESET：复位引脚，高电平有效。 2．内部结构
如图9-2所示，3个并行数据输入/输出端口，两种工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本输入/输出，不作应答联络用。
下介绍方式1输入/输出时的应答联络信号与工作原理。
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（1）方式1输入
方式1输入应答联络信号如图9-5所示。其中 STB 与 IBF为一对应答联络信号。各应答联络信号的功能如下。
STB ：是由输入外设发给82C55的选通输入信号，低
有效。
IBF：输入缓冲器满，应答信号。82C55通知外设已收到
第9章
AT89S51单片机 的I/O扩展
1
第9章 9.1 I/O接口扩展概述 9.1.1 扩展的I/O接口功能 9.1.2 I/O端口的编址
目录
9.1.3 I/O数据的传送方式
9.1.4 I/O接口电路 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计 9.2.1 82C55芯片简介 9.2.2 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字
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9.1.3 I/O数据的传送方式
为了实现和不同外设的速度匹配，必须根据不同外设选 择恰当的I/O数据传送方式。I/O数据传送方式有：同步传 送、异步传送和中断传送。 1．同步传送 同步传送又称无条件传送。当外设速度和单片机的速度 相比拟时，常采用同步传送方式，典型的同步传送是单片 机和外部数据存储器之间的数据传送。
先介绍可编程并行I/O接口芯片82C55的应用特性，然
后介绍AT89S51与82C55的接口电路以及软件设计。 9.2.1 82C55芯片简介 Intel公司的可编程并行I/O接口芯片，3个8位并行I/O口， 3种工作方式，单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
引脚及内部结构如图9-1和图9-2所示。
3种工作方式方式控制字来决定。格式如图9-3所示。
最高位D7=1，为本方式控制字的标志，以便与另一控制 字相区别（最高位D7 = 0）。
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图9-3
82C55的方式控制字格式
20
PC口分两部分，随PA口称为A组，随PB口称为B组。其中
PA口可工作于方式0、1和2，而PB口只能工作在方式0和1。 【例9-1】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作
1．实现和不同外设的速度匹配
大多数外设的速度很慢，无法和µs量级的单片机速度 相比。单片机在与外设间进行数据传送时，只有在确认外 设已为数据传送做好准备的前提下才能进行数据传送。外 设是否准备好，就需要I/O接口电路与外设之间传送状态 信息，以实现单片机与外设之间的速度匹配。
5
2．输出数据锁存
与外设比，单片机的工作速度快，数据在数据总线上保
MOV DPTR，#××××H ； 控制寄存器端口地址
；××××H送DPTR
MOV A，#07H ； 方式控制字83H送A
22
图9-4 PC口按位置位/复位控制字格式
23
MOVX
………… MOV
@DPTR，A； 控制字83H送控制寄存器，把PC3置1
DPTR，#××××H； 控制字寄存器端口地址送DPTR
方式控制字95H，根据图9-3，将82C55编程设置为：PA口 方式0输入，PB口方式1输出，PC口的上半部分（PC7～PC4）
输出，PC口的下半部分（PC3～PC0）输入。
MOV DPTR，#××××H ；控制字寄存器端口地址 ；××××H送DPTR
MOV
MOVX
A，#95H
@DPTR，A
； 方式控制字83H送A
部I/O接口的扩展。
介绍AT89S51与两种常用的可编程I/O接口芯片82C55 和81C55的扩展接口设计。此外还介绍使用廉价的 74LSTTL芯片扩展并行I/O接口以及用AT89S51串行口来 扩展并行I/O接口的设计。最后介绍使用I/O口控制的声音
报警接口。
4
9.1 I/O接口扩展概述
扩展I/O接口与扩展存储器一样，都属于系统扩展的内 容。扩展的I/O接口应该具有哪些功能？ 9.1.1 扩展的I/O接口功能 扩展的I/O接口电路主要应满足以下功能要求。
方式的控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据 总线缓冲器。
各部件的功能如下：
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（1）端口PA、PB、PC
3个8位并行口PA、PB和PC，都可以选为输入/输出工 作模式，功能和结构上有差异。 PA口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数 据输入锁存器。 PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数 据输入缓冲器。 PC口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输入缓冲
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图9-1 82C55的引脚图
图9-2 82C55的内部结构
12
1．引脚说明
共40个引脚，引脚功能如下： D7～D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用 来与单片机之间传送数据信息。
CS ：片选信号线，低有效，表示本芯片被选中。
RD ：读信号线，低有效，读82C55端口数据的控制
信号。
WR ：写信号线，低电平有效，用来向82C55写入端
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【例9-3】
假设82C55的控制字寄存器端口地址为
FF7FH，令PA口和PC口的高4位为方式0输出，PB口和 PC口的低4位为方式0输入，初始化程序：
MOV MOV MOVX DPTR，#0FF7FH A，#83H @DPTR，A ； 端口地址#0FF7F送DPTR ； 方式控制字83H送A ； 控制字83H送控制字寄存器
2．查询传送
又称有条件传送（也称异步式传送）。通过查询外设 “准备好”后，再进行数据传送。优点是通用性好，硬件 连线和查询程序简单，但工作效率不高。
9
3．中断传送 为了提高单片机对外设的工作效率，通常采用中断传送 方式，来实现I/O数据的传送。单片机只有在外设准备好 后，才中断主程序的执行，从而进入与外设数据传送的中
MOV
MOVX
A，#08H
@DPTR，A
； 方式控制字08H送A
； 08H送控制字寄存器，PC4清0
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9.2.3 82C55的3种工作方式
1．方式0 是基本输入/输出方式。T89S51可对82C55进行I/O数据 的无条件传送。 例如，AT89S51单片机从82C55的某一输入口读入一组
开关状态，从82C55输出控制一组指示灯的亮、灭。并不
； 控制字83H送控制字寄存器
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2．PC口按位置位/复位控制字
为另一控制字。即PC口中任何一位，可用一个写入
82C55控制口的置位/复位控制字来对PC口按位置“1”或 清“0”。用于位控。格式如图9-4所示。 【例9-2】 AT89S51向82C55的控制字寄存器写入工作 方式控制字07H，则PC3置1；08H写入控制口，则PC4清 0。程序段如下：
需要任何条件，外设I/O数据可在82C55的各端口得到锁 存和缓冲。因此，方式0称为基本输入/输出方式。
方式0下，3个端口都可以由软件设置为输入或输出，不
需要应答联络信号。方式0的基本功能如下：
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（1）具有两个8位端口（PA、PB）和两个4位端口（PC的上
半部分和下半部分）。
（2）任何端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入、输 出共有16种组合。 PA口、PB口和PC口均可设定为方式0，并可根据需要，向控 制寄存器写入工作方式控制字，规定各端口为输入或输出方 式。
9.2.3 82C55的3种工作方式
9.2.4 AT89S51单片机与82C55的接口设计
2
9.3 AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计
9.3.1 81C55芯片介绍
9.3.2 81C55的工作方式 9.3.3 AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程 9.4 利用74LSTTL电路扩展并行I/O口 9.5 用AT89S51单片机的串行口扩展并行口
断服务子程序，进行数据传送。中断服务完成后又返回主
程序断点处继续执行。采用中断方式可大大提高工作效率。 9.1.4 I/O接口电路 常用的外围I/O接口芯片： （1）82C55：可编程通用并行接口（3个8位I/O口）。