单片机课件 第9章 扩展输入输出

《单片机原理及应用》 张毅刚

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

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1

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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2

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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

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。3

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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。

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。4

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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留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。所以 在扩展的I/O接口电路中应有输出数据锁存器，以保证输 出数据能为慢速的接收设备所接收。 3.输入数据三态缓冲 数据总线上可能“挂”有多个数据源，为使传送数据时 不发生冲突，只允许当前时刻正在接收数据的I/O接口使

用数据总线，其余的I/O接口应处于隔离状态，为此要求I/O接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。5

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9.1.2 I/O端口的编址介绍I/O端口编址之前，首先要弄清楚I/O接口和I/O端 口的概念。 I/O接口是单片机与外设间的连接电路的总称。 I/O端口(简称I/O口)是指I/O接口电路中具有单元地

址的寄存器或缓冲器。一个I/O接口芯片可以有多个I/O端口，如数据口，命令口，状态口。当然，并不是所有的外 设都一定需要3种端口齐全的I/O接口。 每个I/O接口中的端口都要有地址，以便AT89S51通

过读写端口来和外设交换信息。常用的I/O端口编址有两

种方式，独立编址方式与统一编址方式。6

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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。7

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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。

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。8

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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)。

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(2)81C55:可编程的IO/RAM扩展接口电路(2个8位I/O口，1个6位I/O口，256RAM单元，1个14位的减法 计数器)。 都可以和AT89S51直接连接，接口逻辑简单。 9.2 AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计

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。10

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图9-1 82C55的引脚图

图9-2 82C55的内部结构11

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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

口数据的控制信号。 VCC:+5V电源。12

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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：13

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(1)端口PA、PB、PC3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

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。14

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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

位实现按位置“1”或清“0”。(3)数据总线缓冲器

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