单片机技术及应用(基于Proteus 的汇编和C语言版)项目8 并行IO口扩展控制.ppt

并行并行I/OI/O口扩展控制口扩展控制项目8 并行I/O口扩展控制 知识与能力目标理解单片机三总线结构及其扩展使用方法1理解并掌握单片机外部扩展单元地址的分析与确定2学会I/O口扩展控制程序的分析与设计3掌握串口与PC通信的接口电路及程序的分析与设计4熟练使用Proteus进行单片机应用程序开发与调试5项目8 并行I/O口扩展控制 8.1.1 51单片机三总线分析8.1.2 并行I/O接口扩展认知8.2.2 硬件系统与控制流程分析8.2.1 控制要求与功能展示8.2.3 汇编语言程序分析与设计8.2.4 C语言程序分析与设计2任务8.2 简单并行I/O口扩展控制8.2.5 基于Proteus的调试与仿真任务8.1 单片机并行扩展分析8.1.1 51单片机三总线分析 总线就是连接系统中各扩展部件的一组公共信号线按照功 能可分为地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB 1、51单片机的三总线8.1.1 51单片机三总线分析 整个扩展系统以单片机为核心，因为扩展部件是在单片机芯片之外进行的，通常称扩展的ROM为外部ROM，称扩展RAM为外部RAM 注意：MCS-51系列单片机外部扩展I/O接口时， 其地址与外部RAM统一编址的。

换句话说，外部 扩展的I/O接口要占用外部RAM的地址1、51单片机的三总线8.1.1 51单片机三总线分析 ◆地址总线的数目决定着可以直接访问的存储单元的数目N位地址可以产生2 个连续地址编码，可访问2 个存储单元◆ MCS-51单元有16根地址线，存储器或I/O接口扩展最多可达64KB，即2 个地址单元◆地址总线用于传送单片机送出的地址信号，以便进行存储单元和I/O端口的选择◆地址总线是单向的，只能由单片机向外发出1) 地址总线AB（Address Bus）8.1.1 51单片机三总线分析 ◆数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据◆数据总线是双向的，可以进行两个方向的数据传送◆数据总线的位数与单片机处理数据的字长一致MCS-51单片机字长8位，所以它的数据总线位数也是8位 (2)数据总线DB（Data Bus） 8.1.1 51单片机三总线分析 ◆控制总线实际上就是一组控制信号线，包括由单片机发出的控制信号以及从其他部件送给单片机的请求信号和状态信号◆每一条控制信号线的传送方向是单向的固定的，但由不同方向的控制信号线组合的控制总线则表示为双向。

(3)控制总线CB（Control Bus） 8.1.1 51单片机三总线分析 2 2、、MCS-51MCS-51系列单片机三总线的形成系列单片机三总线的形成 8.1.1 51单片机三总线分析 P0口线的第二功能是地址线/数据线分时复用功能 在访问片外存储器时，自动进入第二功能，不需要进行设 置在一个片外存储器读写周期中，首先P0口输出低8位地址，然后以ALE为所锁存控制信号，确保低8位地址信息在消失前被送入锁存器暂存起来并输出，作为地址总线的低8位，直到访问周期结束地址信号被锁存之后，P0口转换为数据线，以便传输数据，直到访问周期结束从而实现了对地址和数据的分离 (1)P0口线用作数据线/低8位地址线 8.1.1 51单片机三总线分析 ◆在访问片外存储器时，自动进入第二功能，不需要进行设置◆在一个片外存储器读写周期中，P2口线始终输出地址总线的高8位，可直接与存储器或接口芯片的地址线相连，无需锁存◆ P2与P0共同提供了16根地址线，实现了MCS-51单片机系统64KB的寻址范围A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0(2)P2口线第二功能用于进行高8位地址线的扩展 8.1.1 51单片机三总线分析 构成系统的控制总线的控制信号包括： 1）ALE（30）是锁存信号，用于进行P0 口地址线和数据线的分离。

2） (29)是程序存储器读选通控制 信号 3） (17)、 (16)分别是外部数 据存储器的读、写选通控制信号 4） (31)是程序存储器访问控制信号 3)控制信号 8.1.2 并行I/O接口扩展认知 所有扩展的I/O口或相当于I/O口的外设以及通过I/O口连接的外设，均与片外数据存储器统一编址，访问I/O口的指令就是访问外部数据存储器的指令（MOVX）对于数据存储器来说，或者是单片机读取存储器的数 据，或者是单片机将数据写入存储器，而单片机与外设所 能进行的无非是数据的输入或输出，也就是说，单片机与 外设进行的只是数据的传输，所以，外设或I/O口可当作数 据存储器进行扩展8.1.2 并行I/O接口扩展认知 (1)总线扩展方法总线扩展的方法是将扩展的并行I/O口芯片连接到MCS-51单片机的总线上，即数据总线使用P0口，地址总线使用P2和P0口，控制总线使用部分P3口这种扩展方法基本上不影响总线上其他扩展芯片的连接，在MCS-51系列单片机应用系统的I/O扩展中被广泛应用1、单片机I/O口扩展方法8.1.2 并行I/O接口扩展认知 MCS-51单片机串行口工作方式0时，提供一 种I/O扩展方法。

串行口方式0是移位寄存器工作 方式，可借助外接串入并出的移位寄存器扩展并 行输出口，也可通过外接并入串出的移位寄存器 扩展并行输入口由于采用串行输入输出的方法 ，所以数据传输速度较慢1、单片机I/O口扩展方法(2)串行口扩展方法8.1.2 并行I/O接口扩展认知 2、并行I/O扩展常用芯片1 12 23 3TTL/CMOS锁存器/缓冲器芯片：如 74LS377、74LS374、74LS373、 74LS273、74LS244、74LS245等通用可编程I/O接口芯片：如8255、8279等可编程阵列：如GAL16V8、GAL20V8 等8.1.2 并行I/O接口扩展认知 3、I/O扩展中应注意的几个问题扩展的I/O与片外数据存储器统一编址，分配给I/O端口的地址不能再分配给片外数据存储单元，且与程序存储器无关访问扩展I/O的方法与访问外部数据存储器完全相同，使用相同的指令12展多片I/O芯片或多个I/O设备时，注意总线驱动器的能力问题38.1.2 并行I/O接口扩展认知 3、I/O扩展中应注意的几个问题在软件设计时，I/O口对应初始状态设置、工作方式选择要与外接设备相匹配I/O扩展时必须考虑与之相连的外设硬件特性，如驱动器功率、电平、干扰抑制及隔离等。

45任务8.2 简单并行I/O口扩展控制 8.2.1 控制要求与功能展示实物运行视频74HC32芯片74LS374芯片 按键指示灯 按键 单片机74LS245 芯片 简单并行I/O口扩展控制电路原理图 任务8.2 简单并行I/O口扩展控制 8.2.1 控制要求与功能展示8.2.2 硬件系统与控制流程分析1、任务硬件系统分析 如电路原理图所示，该电路实际上是通过单片机的三总线结构，外扩单片机的输入输出接口电路输入采用三态门74LS245，输出采用8D触发器（锁存器）74LS374，因此，要分析理解以上的电路设计，必须先学习74LS245与74LS374芯片的部分知识 8.2.2 硬件系统与控制流程分析（1）74LS245扩展芯片的介绍 表8-2 74LS245功能特性输入功能DIR00B端数据→A端数据01A端数据→B端数据1×高阻8.2.2 硬件系统与控制流程分析表8-3 74LS374功能特性DnCLKQnHLHLLL××HZ（1）74LS245扩展芯片的介绍 8.2.2 硬件系统与控制流程分析保证每次读或写时，只选中某一片存储器芯片或I/O 接口芯片。

片选 方法线选法地址译码法常用（3）单片机的片选方法 8.2.2 硬件系统与控制流程分析◆ 线选法（3）单片机的片选方法 一般是利用单片机的最高几位空余的地址线中一根作为某一片存储器芯片或I/O接口芯片的“片选”控制线线选法常用于应用系统中扩展芯片较少的场合8.2.2 硬件系统与控制流程分析◆译码法当应用系统中扩展芯片较多时，单片机空余的高位地址线不够用这时常用译码器对空余的高位地址线进行译码，而译码器的输出作为“片选”控制线常用的译码器有3/8译码器74LS138、4/16译码器74LS154等 （3）单片机的片选方法 8.2.2 硬件系统与控制流程分析（4）并行扩展输入/输出口电路地址的确定及使用 ◆ 扩展芯片地址的确定如图8-4所示为单片机与74LS245、74LS374接口电路，该电路采用线选法进行I/O口扩展 表8-4 74LS245与74LS374的片地址芯片型号P2.7～P2.2P2.1P2.0P0.7～P0.074LS245X0XX74LS374XX0X其中“X”表示与芯片地址无关的地址位，简称无关位,取0或1都可以8.2.2 硬件系统与控制流程分析如果与芯片地址无关的地址线引脚都取0，那么74LS245与74LS374的地址都是0000H。

如果与芯片地址无关的地址线引脚都取1，那么74LS245与74LS374的地址分别是FDFFH、FEFFH4）并行扩展输入/输出口电路地址的确定及使用 8.2.2 硬件系统与控制流程分析◆ 扩展芯片地址的使用在确定好每片芯片的地址后，单片机就可对其进行读写操作，读写时先发送芯片地址，选通芯片，接着进行读写数据4）并行扩展输入/输出口电路地址的确定及使用 8.2.2 硬件系统与控制流程分析图8-7 简单并行I/O口扩展控制流程 2、任务控制流程分析 8.2.3 汇编语言程序分析与设计 使用说明：MOVX是CPU与外部数据存储器的数据传送操作指令，其中x为external（外部）的第二字母这组指令的功能是外部数据存储器或扩展I/O口与累加器A之间的数据传送累加器A与外部RAM（或外部接口）数据传送指令：MOVX 使用格式：MOVX A,@DPTR 或 MOVX @DPTR,AMOVX A,@Ri 或 MOVX @Ri,A1、任务相关汇编指令 8.2.3 汇编语言程序分析与设计 1、任务相关汇编指令 （2）由于MOVX类指令是专访外部数据存储器和外部接口的指令，因此它的操作数地址（DPTR或Ri的值），即外部数据存储器16位地址是由P0口和P2口向外部地址总线发出的。

1）在以上4条格式指令中，DPTR的取值范围是：0000H～0FFFFH；Ri的取值范围是XX00H～XXFFH4）当执行指令MOVX A,@Ri和MOVX @Ri,A时，寄存器Ri的内容操作数地址的低8位，将自动写入P0口并锁存，操作数地址的高8位必须事先通过MOV P2,#data指令写入P2口3）当执行指令MOVX A,@DPTR和MOVX @DPTR,A时，寄存器DPH（DPTR的高8位）的内容自动写入P2口，寄存器DPL（DPTR的低8位）的内容自动写入P0口并锁存8.2.3 汇编语言程序分析与设计 1、任务相关汇编指令 8.2.3 汇编语言程序分析与设计 方法一MOV DPTR , #7E02H ；建立外部地址指针7E02H MOVX A , @DPTR ；外存7E02H单元内容送A MOV 35H , A ；A内容送内部存储单元35H 方法二： MOV P2 , #7EH MOV R1 , #02H MOVX A , @R1 MOV 35H , A使用示例：用两种方法将外部数据寄存器7E02H单元的 内容送入内部数据存储器35H单元。

1、任务相关汇编指令 8.2.3 汇编语言程序分析与设计 汇编程序程序初始部分汇编程序主程序MAIN8.2.4 C语言程序分析与设计 例如：。