中断定时计数器与串行通信.ppt
第四章 中断、定时/计数器与串行通信,第一节 中断系统第二节 定时器/计数器及应用第三节 串行口通信系统第四节 I/O口的扩展技术,第一节 中断系统,一、中断功能的概述所谓中断是指中央处理器CPU在处理某件事情的时候，外部又发生了某一事件（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生，定时器计数溢出等）请求CPU迅速处理，于是，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事情；中断服务处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断，如图4-1所示。实现这种功能的部件称为中断系统，产生中断的请求称为中断源。如果在进行中断处理的过程中，又有新的中断到来，则我们称这种情况为中断嵌套。,下一页,返回,第一节 中断系统,二、MCS-51单片机的中断系统MCS-51单片机的中断系统是8位单片机中功能较强的一种，可以提供5个中断请求源（表4-1），具有两个中断优先级。可实现两级中断服务程序嵌套。MCS-51的中断系统结构示意图如图4-2所示。外中断是由外部原因引起的，共有两个中断源，即外部中断0和外部中断1.它们的中断请求信号分别由引脚（P3.2）和（P3.3）引入。外部中断请求有两种信号方式，即电平方式和脉冲方式。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的。在单片机芯片内部有两个定时器/计数器，以对其中的计数结构进行计数的方法，来实现定时或计数功能。当计数结构发生计数溢出时，即表明定时时间到或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中断请求，去置位一个溢出标志位，作为单片机接受中断请求的标志。这种中断请求是在单片机芯片内部发生的，依次无需在芯片上设置引入端。串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。每当串行口接收或发送完一组串行数据时就产生一个中断请求。因此串行中断请求也是在单片机芯片内部自动发生的，同样不需在芯片上设置引入端。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,每一个中断源对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊寄存器TCON和SCON中。当这些中断源请求中断时，分别由TCON和SCON中相应位来锁存。中断的允许和禁止是由片内的中断允许控制寄存器IE来控制的。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,TF1:定时器/计数器1（T1）溢出中断请求标志位。TF0:定时器/计数器0（T0）溢出中断请求标志位。IT1：外部中断1触发方式选择位。IE1：外部中断1中断请求标志位。IT0:外部中断0触发方式选择位。IE0：外部中断0中断请求标志。RI：串行口接收中断请求标志位。TI：串行口发送中断请求标志位。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,EA：中断总允许位。EA=0，CPU禁止所有中断，屏蔽所有的中断请求；EA=1，CPU开放中断。但每个中断源的中断请求允许还是禁止分别由各自的允许位确定。ET2：定时器2中断允许位。ET2=0，禁止定时器2中断；ET2=1，允许定时器2中断。ES：串行口中断允许位。ES=0，禁止串行口中断；ES=1,允许串行口中断。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,ET1:定时器1中断允许位。ET1=0，禁止定时器1中断；ET1=1，允许定时器1中断；EX1：外部中断1中断允许位。EX1=0，禁止外部中断1中断；EX1=1，允许外部中断1中断。ET0：定时器0中断允许位。ET0=0，禁止定时器0中断；ET0=1，允许定时器0中断。EX0：外部中断0中断允许位。EX0=0，禁止外部中断0中断；EX0=01，允许外部中断0中断。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,MCS-51有两个中断允许优先级，对于每一个中断请求源可编程为高优先级中断或低优先级中断，可实现二级中断嵌套，一个正在执行的低优先级中断程序能被高优先级的中断源所中断，但不能被另一个低优先级的中断源所中断。若CPU正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断源所中断，一直执行到结束，直到返回指令RETI，返回主程序后再执行一条指令后才能响应新的中断请求。以上所述可以归纳为下面两条基本规则：1）低优先级可被高优先级中断，反之不能；2）任何一种中断，一旦得到响应，不会再被它的同级中断所中断。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,PT2：定时器2中断优先级设定位。PT2=1，定时器2定义为高优先级中断源；PT2=0，定时器2定义为低优先级中断源。PS：串行口中断优先级设定位。PS=1，串行口定义为高优先级中断源；PS=0，串行口定义为低优先级中断源；PT1：定时/计数器1中断优先级设定位。PT1=1，定时/计数器1定义为高优先级中断源；PT1=0，定时/计数器1定义为低优先级中断源；,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,PX1：外部中断1中断优先级设定位。PX1=1，外部中断1定义为高优先级中断源；PX1=0，外部中断1定义为低优先级中断源。PT0：定时/计数器0中断优先级设定位。PT0=1，定时/计数器0定义为高优先级中断源；PT0=0，定时/计数器0定义为低优先级中断源。PX0：外部中断0中断优先级设定位。PX0=1，外部中断0定义为高优先级中断源；PX0=0，外部中断0定义为低优先级中断源；,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,计算机中断处理过程可分为三个阶段：中断响应、中断处理和中断返回。各计算机系统的中断硬件系统各有不同，中断的响应和方式也有所不同。对于MCS-51单片机，中断处理过程如下：1.中断响应的条件中断源向CPU发出中断请求，CPU响应中断应满足下列条件：（1）有中断源发出中断请求；（2）中断总允许位EA=1，即CPU开放中断；（3）申请中断的中断源的中断允许位为1，即没有被屏蔽。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,2.中断响应如果中断响应条件满足，则CPU响应中断，在响应中断的三个周期内CPU必须做以下几件事：（1）关闭中断：CPU首先使被响应中断的相应“优先级激活”触发器置位，以阻断同级和低级的中断。（2）断点保护：把中断点的地址（断点地址），也就是当前程序计数器PC中内容压入堆栈，以便中断返回时继续原程序。（3）清楚相应的中断请求标志位IE0、IE1、TF0、TF1。（4）将对应的中断源的矢量地址装入计数器PC，使程序转至中断服务程序的入口地址。,上一页,下一页,返回,第一节 中断系统,3.中断处理在中断服务程序中，CPU完成指定的任务。从中断服务程序的第一条指令到返回指令为止，这个过程称中断处理或中断服务。4.中断返回中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令RETI。CPU执行这条指令时，把响应中断时置位的优先级触发器复位，再从堆栈中弹出断点地址送入程序PC，以便从断点处重新执行被中断的主程序。,上一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,一、定时器功能概述在工业检测、控制中，许多场合都要用到计数或定时功能。例如，对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发生器。MCS-51单片机内有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有两种工作模式及四种工作方式，其控制字均在相应的特殊功能寄存器中，通过对它的特殊功能寄存器的编程，用户可方便地选择适当的工作模式和工作方式。作为基本组成内容，MCS-51单片机共有两个可编程的定时器/计数器，分别称定时器/计数器0和定时器/计数器1.它们都是十六位加法计数结构，分别由TH0和TL0及TH1和TL1两个8位计数器组成。,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,二、定时器/计数器的控制寄存器MCS-51单片机内部的定时器/计数器的结构如图4-3所示，定时器T0由特殊功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）构成，定时器T1由特殊功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）构成。特殊功能能寄存器TMOD用于控制定时寄存器的工作方式，TCON用于控制定时器T0和T1的启动和停止计数，TCOM还用于管理定时器T0和T1的溢出标志等。程序开始时需对TL0、TH0、TL1和TH1进行初始化编程，以定义它们的工作方式和控制T0和T1的计数器。TMOD和TCON这两个特殊功能寄存器的格式如下。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,定时器/计数器的工作方式控制字TMOD，字节地址为89H；1.GATE门控位GATE=0 以运行控制位TR0（TR1）启动定时器；GATE=1 以外部中断请求信号（INT0和INT1）启动定时器。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,2.C/T定时方式或计数方式选择位C/T=0 定时工作方式；C/T=1 记数工作方式。3.M1M0工作方式选择M1M0=00 方式0；M1M0=01 方式1；M1M0=10 方式2；M1M0=11 方式3；定时器控制寄存器TCON，字节地址为88H，位地址为88H8FH：,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,4.TF0（TF1）计数溢出标志当计数器计数溢出时，该位置1.使用查询方式时，此位作状态位供查询，但应注意查询有效后应以软件方法及时将该位清0；使用中断方式时，此位作中断标志位，在转向中断服务程序时由硬件自动清0.5.TR0（TR1）定时器运行控制位TF0（TF1）=0 停止定时器/计数器工作；TF0（TF1）=0 启动定时器/计数器工作；,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,三、工作方式通常，MCS-51单片机有四种工作方式，如下：1.工作方式0定时器/计数器0（1）的工作方式是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH的全部8位和TL的低5位构成，TL的高3位没有使用。当 时，多路开关接通振荡脉冲的12分频输出，13位计数器依次进行计数，这就是定时工作方式；当 时，多路开关接通计数引脚（T0），外部计数脉冲由引脚T0输入，当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是我们常称的计数工作方式。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,在工作方式0下，计数器的计数范围是：18192（213）当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：（213-计数初值）晶振周期12或（213-计数初值）机器周期，其时间单位与晶振周期或机器周期相同。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,2.工作方式1当M1M0=01时，定时器/计数器处于工作方式1，方式0和方式1的区别仅在于计数器的位数不同，方式0为13位，而方式1则为16位，由TH0作为高8位，TL0为低8位，有关控制状态字（GATE、TF0、TR0）和方式0相同。在工作方式1下，计数器的计数值范围是：165536（216）,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：（216-计数初值）晶振周期12或（216-计数初值）机器周期，其时间单位与晶振周期或机器周期相同。3.工作方式2当M1M0=10时，定时器/计数器处于工作方式2.工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器全为0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,工作方式2就是针对这个问题而设置的，它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也有的文献称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式下，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再像工作方式0和工作方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,程序初始化时，给TL0和TH0同时赋以初值，当TL0计数溢出时，置位TF0的同时把预置寄存器TH0中的初值加载给TL0，TL0重新计数。如此反复，这样省去了程序不断需给计数器赋值的麻烦，而且计数准确度也提高了。但这种工作方式也有不利的一面，就是这样一来的计数结构只有8位，计数值有限，最大只能到255.所以这种工作方式很适合于那些重复计数的应用场合。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,4.工作方式3当M1M0=11时，定时器/计数器处于工作方式3.在工作方式3模式下，定时器/计数器0和定时器/计数器1的工作方式不同，下面我们分别讨论。在工作方式3模式下，定时器/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0.其中TL0既可以作为计数器使用，也可以作为定时器使用，定时器/计数器0的各控制位和引脚符号全归它使用，其功能和操作与工作方式0或工作方式1完全相同。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,TH0就没有那么多“资源”可利用了，只能作为简单的定时器使用，而且由于定时器/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定时器/计数器1的控制位TR1和TF1，也就是以计数溢出去置位TF1，TR1则负责控制TH0定时的启动和停止。由于TL0既能作为定时器也能作为计数器使用，而TH0只能作定时器使用而不能作计数器使用，因此在工作方式3模式下，定时器/计数器0可以构成两个定时器或者一个定时器和一个计数器。,上一页,下一页,返回,第二节 定时器/计数器及应用,如果定时器/计数器0工作于工作方式3，那么定时器/计数器1的工作方式就不可避免的受到一定的限制，因为自己的一些控制位已被定时器/计数器借用，只能工作在工作方式0、工作方式1和工作方式2下。在这种情况下，定时器/计数器1通常作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率，因为已没有TF1被定时器/计数器0借用了，只能把计数溢出直接送给串行口。当做波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，即可自动运行。如果停止它的工作，需送入一个把它设置为工作方式3的方式控制字即可，这是因为定时器/计数器本身就不能工作在工作方式3，如硬把它设置为工作方式5，自然会停止工作。,上一页,返回,第三节 串行口通信系统,一、串行通讯的基本原理MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立地接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。单工方式：数据仅按一个固定方向传送。半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送，但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分的利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分和码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们称之为多工传输方式。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,串行数据通信两种形式分为异步通信和同步通信。在异步通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位。在同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，用于克服在异步通信中，没传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,二、MCS-51的串行口结构与控制寄存器MCS-51单片机串行口寄存器只要有SCON和PCON。SBUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发送器寄存器，可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行数据传输很简单，只要向发送缓冲器写入数据即可发送数据，而从接收缓冲器读出数据即可接收数据。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,此外，接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器，MCS-51这种结构目的在于接收数据时避免发生数据帧重叠现象，以免出错，部分文献称这种结构为双缓冲器结构。发送数据时就不需要这样设置，因为发送时，CPU是主动地，不可能出现这种现象。我们来分析串行通信控制寄存器，首先看SCON控制寄存器，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据的通信控制，单元地址是98H，其结构格式如下:,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,SM0、SM1:串行口工作方式控制位。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,SM2：多机通信控制位多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3.接收状态，串行口工作于方式2或方式3，当SM2=1时，只有当接收到第9位数据为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接受到的数据放弃，当SM2=02时，就不管第9位数据是0还是1，都使得数据送入SBUF，并发出中断申请。工作于方式0时，SM2必须0.REN:允许接收位。REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,TB8：发送接收数据位8.在方式2和方式3中，TB8是要发送的第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的是地址或数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。RB8:接收数据位8.在方式2和方式3中，RB8存放在接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。TI：发送中断标志位。可寻址标志位。方式0时，发送完第8章数据后，由硬件置位，其他方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,RI：接收中断标志位。可寻址标志位。方式0时，接收完第8位数据后，由硬件置位，其他方式下，在接收或开始位之前由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址是87H，其结构格式如下：,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,在CMOS型单片机中，除SMOD位外，其他位均为虚设的，SMOD是串行口波特率倍增位，当SMOD=1时，串行口波特率加倍，系统复位默认为SMON=0。ES为串行中断允许控制位，ES=1允许串行口中断；ES=0，禁止串行中断。三、MCS-51的串行工作方式MCS-51共有四种串行通讯方式，其工作特性如下：,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,1.串行工作方式0串行口的工作方式0为移位寄存器输入输出方式，可外接移位寄存器，以扩展I/O口，也可外接同步输入输出设备。当一个数据写入串行口发送缓冲器时，串行口即将8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚输出，低位在先。发送完8位数据置“1”中断标志位TI。REN为串行口接收器允许接收控制位，REN=0，禁止接收；RNE=1，允许接收。当串行口置为方式0，并置“1”REN位，串行口处于方式0输入。引脚RXD位数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当接收器接收到8位数据时置“1”中断标志RI。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,2.串行工作方式1方式1常用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据，收发一帧数据的格式为：1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收时，停止位进入SCON的RB8，此方式的传送波特率可调。方式1发送时，数据从引脚RXD（P3.1）端输出，当执行数据写入发送缓冲器SBUF的命令时，就启动了发送器开始发送。方式1接收时，数据从引脚RXD（P3.0）端输入。接收是在SCON寄存器中REN位置1的前提下，并检测到起始位而开始的。接收时，定时信号有两种：一种是接收移位时钟（RX时钟），另一种是位检测器采样脉冲。,上一页,下一页,返回,第三节 串行口通信系统,3.串行工作方式2方式2是11位为一帧的串行通信方式，即1个起始位，9个数据位和1个停止位。在方式2下，字符还是8个数据位，第9数据位既可作奇偶校验位使用，也可作控制位使用，其功能由用户确定，发送之前应先在SCON的TB8位中准备好。方式2的波特率是固定的，且有两种：一种是晶振频率的1/32；另一种是晶振频率的1/64。4.串行工作方式3方式3同样是11位为一帧的串行通信方式，其通信过程与方式2完全相同，所不同的仅在于波特率，方式2的波特率只有固定的两种，而方式3的波特率则可由用户根据需要设定，其设定方法与方式1一样，即通过设置定时器1的初值来设定波特率。,上一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,一、I/O口扩展的必要性MCS-51系列单片机共有四个I/O端口。当单片机外部扩展程序存储器、数据存储器时，可专供外部输入/输出设备使用的只有P1口。如果单片机需要与多个外设进行数据传输，I/O口的数量显然是不够的，这就需要对I/O口进行扩展。除此之外，外设的种类是多种多样的，如键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等，它们的工作速度相差很大，并且与单片机的运行速度也不同，因此，I/O接口电路还应解决外设与单片机之间速度匹配问题。,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,I/O接口电路应具备的基本功能为：协调CPU与外设的速度。进行数据的转换。进行数据锁存。MCS-51单片机I/O口的扩展方法主要有：总线扩展方法。串行扩展方法。二、I/O扩展的编址方式和数据传送的控制方式在计算机中，凡需进行读写操作的设备都存在着编址的问题具体说，在计算机需要编址的器件有两种：一种是存储器；另外一种是接口电路。存储器是对存储单元进行编址，而接口电路则是对其中的端口进行编址。对端口编址是位I/O操作而进行的，因此也称为I/O编址。常用的I/O编址共有两种方式：独立编址和统一编址方式。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,所谓独立编址，就是把I/O和存储器分开进行编址，亦即各编各的址。这样，在一个计算机系统中就形成了两个独立的地址空间：存储器地址空间和I/O地址空间。从而使存储器读写操作和I/O操作是针对两个不同存储器空间的数据操作。所谓统一编址，就是把系统中的I/O和存储器统一进行编址。在这种编址方式中，把I/O接口中的寄存器与存储器中的存储单元同等对待，也把这种编址称之为存储器映像编址方式。采用这种编址方式的计算机只有一个统一的地址空间，该地址空间既供存储器编址使用，也供I/O编址使用。MCS-51单片机使用统一编址方式。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,在计算机中，为了实现数据的输入/输出传送，共有四种控制方式。即无条件传送方式、查询方式、中断方式和直接存储器存取（DMA）方式。在单片机中主要使用前三种方式，以下分别介绍。无条件传送也称为同步程序传送，只有那些能一直为数据I/O传送做好准备的外部设备，才能使用无条件传送方式，因为在进行I/O操作时，不需要测试外部设备的状态，可以根据需要随时进行数据传送操作。查询方式又称之为有条件传送方式，即数据的传送是有条件的。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,在I/O操作之前，要先检测外设的状态，以了解外设是否已为数据输入输出作好了准备，只有在确认外设已准备好的情况下，CPU才能执行数据输入/输出操作。通常把以程序方法对外设的状态的检测称之为“查询”，所以就把这用有条件的传送方式称之为程序查询方式。程序中断方式与查询方式的主要区别在于如果知道外设是否为数据传送作好了准备，查询方式是CPU的主动形式，而中断方式则是CPU等待通知（中断请求）的被动形式。采用中断方式进行数据传送时，当外设为数据传送做好准备之后，就向CPU发出中断请求。CPU接收到中断请求之后，即做出响应，暂停正在执行的原程序，而转去为外设的数据输入输出服务。待服务完成之后，程序返回，CPU再继续执行被中断的主程序。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,三、I/O口扩展芯片介绍和应用MCS-51系列单片机的I/O口扩展芯片有很多，如8255可编程的通用并行接口电路（3个8位I/O口）；8155可编程的RAM/IO扩展接口电路（256个RAM字节单元6位I/O口，1个14位的减法定时器/计数器）；8253:3个16位的可编程的定时器/计数器；它们都可以和MCS-51单片机直接接口，其接口逻辑十分简单。另外，74LS系列的某些芯片也可以作为MCS-51的扩展口，如74LS73、74LS377等。本节以8255为例来作介绍。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,8255位Intel公司生产的可编程输入/输出接口芯片。它具有3个8位I/O口，A口、B口、C口和三种工作方式，并且C口具有按位操作功能，是一种功能很强的接口芯片。8255具有40个引脚，采用双列直插封装形式，其引脚图如图4-3所示。各引脚的功能分别为：D0到D7：三态双向数据引脚，与单片机的数据总线相连，用于CPU与各I/O口之间的数据传递；PA0至PA7：A口输入/输出引脚，PB0至PB7:B口输入/输出引脚，PC0至PC7:C口输入/输出引脚；为片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中；为读信号线，低电平有效，控制数据读出；为写信号线，低电平有效，控制数据写入；RESET：复位信号线，高电平有效；,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,A1、A0：地址线，输入三个端口和控制寄存器的地址。8255由3个数据输入/输出端口、2个工作方式控制电路、一个读/写控制逻辑电路和一个总线数据缓冲器组成。8255有三种工作方式，即工作方式0、工作方式1和工作方式2.工作方式0为基本输入/输出方式，其功能概括为具有2个8位端口（A口和B口）和2个4位端口（C口的上、下半部分），任何一个端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入/输出状态可构成16种组合。数据输出可锁存，输入不锁存。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,工作方式1为选通工作方式，其功能概括为：3个端口分为两组A组和B组，A组由A口和C口上半部分组成，B组由B口和C口下半部分组成，每组包括一个8位数据端口和一个4位控制/状态端口，每个8位数据端口均可设置为输入或者输出，输入、输出均可锁存，C口没有用作控制/状态信号的位，仍可作为I/O口，工作方式2为双向数据传送方式，其功能概括为：有一个8位双向数据端口（A）和一个5位控制/状态信号端口，输入、输出均可锁存，工作方式仅适用于A口，C口没有用作控制/状态信号的位，仍可用作I/O口。,上一页,下一页,返回,第四节 I/O口的扩展技术,8031和8255A的接口电路与单片机CPU与I/O口之间的数据传送方式有关，传送方式通常可分为无条件传送方式、查询传送方式和中断传送方式。在无条件传送方式下，8255A与单片机之间无需状态/控制信号线相连，CPU可以随时对I/O进行访问，后两种传送方式中8255A与单片机直接要有状态/控制信号或中断请求信号线相连。图4-4是8031与8255A的接口电路。在CPU访问I/O口之前，需要先设置8255A的工作方式和各I/O口的输入/输出状态，对8255A初始化。,上一页,返回,图4-1 中断工作原理,返回,表4-1 中断源及矢量地址,返回,图4-2 中断系统,返回,图4-3 8255的引脚图,返回,图4-4 8255与8031的接口,返回,
