第一章 单片机IO接口的扩展.ppt

1.1单片机应用系统概述 单片机目前广泛地应用于测控领域,针对不同的应用可以构成不同类型的应用系统.但一个完整的应用系统,一般包括以下模块: 键盘输入,显示输出,打印输出,数据采集,伺服驱动,数据存储,数据通信等模块,这些模块只能通过单片机提供的引脚与单片机相连。 但单片机I/O端口只能收发逻辑电平的数字信号，而各种外部设备种类各异，信号电平各异，控制信号千差万别。因此，如何实现将单片机与各种外部设备相连，是构成单片机应用系统的难点和重点。 单片机在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题 速度不匹配：I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。 时序不匹配：各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU的时序取得统一。 信息格式不匹配：不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。 信息类型不匹配：不同I／O设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而 有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。  接口的作用 基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能： （1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输； （2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换； （3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等； （4）协调时序差异； （5）地址译码和设备选择功能； （6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。 接口的控制方式 单片机对外设的控制方式 （1）程序查询方式 这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。 这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低 （2）中断处理方式 在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。 中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个I／O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（I／O接口芯片）管理I／O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。 （3）DMA（直接存储器存取）传送方式 DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高CPU的工作效率。 在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制 权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。 1.3 用单片机串口扩展I/O接口(ex1-1,ex1-2) 芯片74LS165（8位并入串出移位寄存器） 用串行口扩展并行输出口 可编程并行I/O接口芯片---8255A 8255A可编程并行输入/输出接口芯片是Intel公司生产的标准外围接口电路。它采用NMOS工艺制造,用单一＋5V电源供电,具有40条引脚,采用双列直插式封装。它有A、B、C 3个端口共24条I/O线，可以通过编程的方法来设定端口的各种I/O功能。由于它功能强,又能方便地与各种微机系统相接,而且在连接外部设备时,通常不需要再附加外部电路,所以得到了广泛的应用。 8255A的内部结构 8255A引脚 8255端口功能 8255A的引脚功能 8255A是一种有40个引脚的双列直插式标准芯片,除电源(＋5V)和地址以外,其它信号可以分为两组： 　　 (1) 与外设相连接的有： 　　 PA7~PA0：A口数据线 　 　PB7~PB0：B口数据线 PC7~PC0：C口数据线 (2)与CPU相连接的有： D7~D0：8255