第九章单片机/O接口扩展及应用 本章要点： ◆ I/O接口的作用和功能及I/O接口的扩展方法 ◆ 8255A芯片的工作原理，使用8255A进行并口扩展的方法 ■ 8155芯片的工作原理，使用8155进行并口扩展的方法 键盘的种类与接口技术 ◆ LED显示器的原理与接口技术 ■ LCD显示器的原理与接口技术
第九章 单片机I/O接口扩展及应用 本章要点： n I/O接口的作用和功能及I/O接口的扩展方法 n 8255A芯片的工作原理，使用8255A进行并口扩展的方法 n 8155芯片的工作原理，使用8155进行并口扩展的方法 n 键盘的种类与接口技术 n LED显示器的原理与接口技术 n LCD显示器的原理与接口技术
9.1概述 1.为什么要扩展I/O接口 单片机系统是一个特殊的微机系统，它也需要与 外围设备一起工作。微型计算机与外围设备的信息交 换称为数据的输入/输出(I/O),将计算机CPU与外 围设备连接起来的电路称为接口电路。接口电路组成 计算机的输入/输出系统。输入/输出系统把微机与外 围设备连接起来，形成一个完备的计算机系统
9.1 概述 1.为什么要扩展I/O接口 单片机系统是一个特殊的微机系统，它也需要与 外围设备一起工作。微型计算机与外围设备的信息交 换称为数据的输入/输出（I/O），将计算机CPU与外 围设备连接起来的电路称为接口电路。接口电路组成 计算机的输入/输出系统。输入/输出系统把微机与外 围设备连接起来，形成一个完备的计算机系统
MCS一51系列单片机本身有4个简单I/O口P0~P3。对 于片内有ROM/PROM的8051/8751来说，4个I/O口均可以 作为通用输入/输出口使用，对于8031单片机来说，P0和 P2口必须作为片外程序存储器地址线使用，只有2个口可 以当作通用输入/输出口使用。对于功能比较复杂的单片 机系统，显然输入输出口是不够用的，需要扩展/O口。 另一个方面，外围设备与单片机在运行速度上是有很大差 异的，要把快速的单片机和慢速的外设（如打印机)连接 起来协调工作，就需要在单片机与外设之间构造一个缓冲 桥梁，而且，单片机的电气特性与外设的电气特性也是有 区别的，也需要在单片机与外设之间构建一个桥梁，完成 电气特性的转换，使得单片机与外设可以正常通信。这个 “桥梁”，就是我们前面说的接口。因此，进行O口的 扩展和设计接口电路是必须的
MCS—5l系列单片机本身有4个简单I/O口P0~P3。对 于片内有ROM/PROM的8051/8751来说，4个I/O口均可以 作为通用输入/输出口使用，对于8031单片机来说，P0和 P2口必须作为片外程序存储器地址线使用，只有2个口可 以当作通用输入/输出口使用。对于功能比较复杂的单片 机系统，显然输入/输出口是不够用的，需要扩展I/O口。 另一个方面，外围设备与单片机在运行速度上是有很大差 异的，要把快速的单片机和慢速的外设（如打印机）连接 起来协调工作，就需要在单片机与外设之间构造一个缓冲 桥梁，而且，单片机的电气特性与外设的电气特性也是有 区别的，也需要在单片机与外设之间构建一个桥梁，完成 电气特性的转换，使得单片机与外设可以正常通信。这个 “桥梁”，就是我们前面说的接口。因此，进行I/O口的 扩展和设计接口电路是必须的
■很多接口电路都被设计成标准接口芯片，使用 者可以根据系统的需要，选择适当的芯片与单 片机连接起来，然后，通过编写适当的软件控 制其工作，以达到用户的需要
n 很多接口电路都被设计成标准接口芯片，使用 者可以根据系统的需要，选择适当的芯片与单 片机连接起来，然后，通过编写适当的软件控 制其工作，以达到用户的需要
2.CPU寻址外围设备的方式 CPU寻址外设的方式有两种：存储器映像方式和I/O口单独编 址方式。 (1)存储器映像方式 在这种方式下，CPU将接口和存储器同等看待，将存储器的地 址空间划出一部分供/O口使用，每一个外设端口占用一个存 储器地址。CPU可以用访问存储器的指令访问I/O端口。从外 围设备输入一个数据，和从存储器读一个数据的操作是相同的； 将一个数据从CPU送到外设，与将一个数据存入存储器的操作 是相同的。MCS-51系列单片机采用存储器映像方式
2.CPU寻址外围设备的方式 CPU寻址外设的方式有两种：存储器映像方式和I/O口单独编 址方式。 （1）存储器映像方式 在这种方式下，CPU将接口和存储器同等看待，将存储器的地 址空间划出一部分供I/O口使用，每一个外设端口占用一个存 储器地址。CPU可以用访问存储器的指令访问I/O端口。从外 围设备输入一个数据，和从存储器读一个数据的操作是相同的； 将一个数据从CPU送到外设，与将一个数据存入存储器的操作 是相同的。MCS-51系列单片机采用存储器映像方式
(2)O口单独编址方式 在这种方式中，O接口的地址和存储器的地 址是分别独立的，互不干涉，它们的地址有可 能是重复的。CPU使用专用指令来操作VO端 口。这种方式的优点是/○口地址不占用存储 器的存储空间，控制简单；其缺点是控制程序 相对复杂，功能不强。早期的Z80单板机就是 采用这种编址方式
（2）I/O口单独编址方式 在这种方式中，I/O接口的地址和存储器的地 址是分别独立的，互不干涉，它们的地址有可 能是重复的。CPU使用专用指令来操作I/O端 口。这种方式的优点是I/O口地址不占用存储 器的存储空间，控制简单；其缺点是控制程序 相对复杂，功能不强。早期的Z80单板机就是 采用这种编址方式
3./O接口扩展方式 /O接口扩展方式主要有两种：总线扩展法和串行口扩展法。 总线扩展又可分为简单/O接口扩展和可编程I/O接口扩展。 扩展I/O接口常用芯片有TTL、CMOS锁存器、三态门等芯 片，如74系列的373、244等，常用来扩展简单/O接口。可 编程芯片常用8255A、8155等，利用程序对芯片进行设置， 软硬件结合实现对/O接口的扩展。 单片机与外部设备之间传送数据的方法很多，下面主要介 绍其中的三种
3. I/O接口扩展方式 I/O接口扩展方式主要有两种：总线扩展法和串行口扩展法。 总线扩展又可分为简单I/O接口扩展和可编程I/O接口扩展。 扩展I/O接口常用芯片有TTL、CMOS锁存器、三态门等芯 片，如74系列的373、244等，常用来扩展简单I/O接口。可 编程芯片常用8255A、8155等，利用程序对芯片进行设置， 软硬件结合实现对I/O接口的扩展。 单片机与外部设备之间传送数据的方法很多，下面主要介 绍其中的三种
9.1.1程序传送 程序传送也称查询传送。当CPU与外部设备工作不同步时， 很难做到传送正确。为了保证每次传送正确，通常必须在 程序控制下进行。也就是：在传送前，必须去查询一下外 设的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU 等待。这样，接口除了负责数据传送外，还要负责传送状 态信息。查询式输入和输出的程序流程图分别如图91及图 9-2所示
9.1.1 程序传送 程序传送也称查询传送。当CPU与外部设备工作不同步时， 很难做到传送正确。为了保证每次传送正确，通常必须在 程序控制下进行。也就是：在传送前，必须去查询一下外 设的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU 等待。这样，接口除了负责数据传送外，还要负责传送状 态信息。查询式输入和输出的程序流程图分别如图9-1及图 9-2所示
输入外设状态信息 输出外设状态信息 否 BUSY？ READY? 是 是 输出数据 输入数据 图9-1查询式输入程序流程图 图9-2查询式输出程序流程图
图9-1 查询式输入程序流程图 图9-2 查询式输出程序流程图
例如，CPU通过程序传送方式与打印机连接，如图9-3所示。 图中数据口的地址为F℉H,状态口接到8O31的PI端口，CPU通过查询程序 查询P1.0的状态；若BUSY=1(忙)，表示打印机尚未完成前一数据的打 印而要求CPU继续等待；当BUSY=O(闲)，表示打印机可以接受数据。 编程如下： ALE 00H P0.7-P0.0 地锁 M 码 FFH 8031 数锁 打 存 WR 据 器 P1.0 BUSY
例如，CPU通过程序传送方式与打印机连接，如图9-3所示。 图中数据口的地址为FFH，状态口接到8031的P1端口，CPU通过查询程序 查询P1.0的状态；若BUSY=1（忙），表示打印机尚未完成前一数据的打 印而要求CPU继续等待；当BUSY=0（闲），表示打印机可以接受数据。 编程如下：