芯片和其编程方法.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,机电工程系,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,8155芯片和其编程方法PPT讲座,什么是扩展,单片机本身资源不足以满足应用需求的情况下,必须借助外部器件对系统进行扩展,主要介绍,:,并口、,RAM,、,ROM,、键盘、,LED,、,DAC,、,ADC,等接口的扩展与应用,其中涉及到,6264,、,2764,、,74LS373,、,74LS244,、,74LS245,、,8255,、,8155,、,8279,、,8253,、,DAC0832,、,ADC0809,等芯片。,问题的提出,MCS-51系列单片机内部有4个双向的8位并行I/O端口：,P0、P1、P2和P3口,。,在实际的应用系统中，,P0、P2、P3,口往往用来代替系统,总线,使用，数据口仅剩下,P1口,了。另外，单片机内部I/O口的功能也过于简单，只有数据锁存和缓冲功能，而没有状态寄存和命令寄存功能，难以满足复杂的I/O操作的要求。,鉴于,单片机的I/O资源比较有限,，在实际应用中不得不使用扩展的方法，以增加I/O口的数量，强化I/O的功能。,常用的I/O扩展方法,常用的I/O扩展有以下两种形式：,简单I/O接口芯片的扩展,可编程I/O接口电路的扩展,常用的I/O扩展方法,简单芯片：,是指那些虽具有,数据缓冲,或锁存功能，但自身仅有数据的输入或输出及选通端或时钟端，却,没有地址线和读写控制线，,如采用TTL或CMOS数字集成电路构成的三态门、寄存器、三态缓冲寄存器等中小规模的集成电路芯片。,可编程逻辑器件：,不仅具有数据的输入或输出、具有,选通端,或,时钟端,，而且还具有,地址线,和,读写控制线,的芯片，他们一般具有片内的,状态字寄存器,、,命令字寄存器,，允许通过软件编程来改变它的接口功能或状态。如：,Intel 8255、8155、8253、8279,.,简单I/O接口芯片的扩展,简单的I/O口扩展通常是采用,TTL,或,CMOS,电路锁存器、三态门等作为扩展芯片（,74LS244、74LS245、74LS273、74LS373、74LS377,等），通过,P0,口来实现扩展的一种方案。它具有电路简单、成本低、配置灵活的特点。,简单的,I/O,口扩展主要包括：,缓冲器扩展输入口,（三态门：,74LS244、74LS245,等）,输入接口的主要功能：解决数据输入的缓冲问题，如74ls244(具有三态缓冲功能，这样才可以和数据总线相连)。,锁存器扩展输出口,（锁存器：,74LS273、74LS373、74LS377,等）,输出接口的主要功能：进行数据的保持（数据锁存）。,概述,一、,I/O,系统的组成,I/O,系统,I/O,设备,输入：键盘、磁盘、光盘、扫描仪,输出：显示、打印机、笔绘仪、磁盘,I/O,接口：,8155,、,8255,、,8253,、,8251,、,8279,I/O,管理部件：,IOP 8089,、,DMAC8237,I/O,软件,BIOS,（基本,I/O,系统）,CPU,若没有一个强大的,I/O,系统的支持，,CPU,的高速度,高性能就发挥不出来。,苏青制作,常用的接口器件有：,8255,：可编程通用并行接口电路,8253/8254,：可编程定时,/,计数器,8155/8156,：可编程多功能扩展芯片,8251,：可编程串行接口电路,8279,：可编程键盘显示接口电路,Intel 8155是一个具有RAM、I/O和计数器的通用可编程接口,多功能,芯片。其具有的资源为,256B的静态RAM；,两个可编程的8位并行I/O口PA和PB；,一个可编程的6位并行I/O口PC；,一个可编程14位减计数器TC；,8位地址锁存器。,可编程多功能芯片8155的扩展,定时,/,计数器,输入端,PA,1,PA,2,PA,3,PA,4,PA,5,PA,6,PA,7,PA,0,PB,1,PB,2,PB,3,PB,4,PB,5,PB,6,PB,7,PB,0,PC,1,PC,2,PC,3,PC,4,PC,5,PC,0,AD,1,AD,2,AD,3,AD,4,AD,5,AD,6,AD,7,AD,0,TIME,IN,TIME,OUT,ALE,IO/M,RESET,RD,WR,CE,芯片引脚功能,：,RAM,及,IO,选择,地址锁存线,三态地址,/,数据,复用线,端口,A,，,I/O,线,端口,B,，,I/O,线,端口,C,，,I/O,线,读选通信号线,写选通信号线,片选线,定时,/,计数器输出端,复位端,1,IO,0,M,CPU,外设,C,B,A,256,字节,静态,RAM,14,位,定时,计数器,TIMER IN,TIMER OUT,VCC(,5 V),VSS(GND),PA0,PA7,IO/M,CE,ALE,RD,WR,RESET,AD0,AD7,PB0,PB7,PC0,PC7,8155,的内部结构,8155各引脚的功能为：,地址/数据线AD0AD7（8条）：,是低8位地址线和数据线的共用输入总线，常和,单片机的P0口相连，用于分时传送地址和数据；,PA0PA7、PB0PB7：,为A、B口线，用于和外设之间传递数据；,PC0PC5,为C端口线，既可与外设传送数据，也可以作为A、B,口的,控制联络线,；,CS：,片选线，低电平有效。,8155,的各引脚的功能,8155,的各引脚的功能,RESET：,复位线，通常与单片机的复位端相连。,ALE：,地址锁存线，高电平有效。,IO/M：,RAM或,I/O,口的选择线。当为,0,时，选中,8155,的,256B,RAM,；当为,1,时，选中,8155,片内,3,个I/O端口以及命令/状,态寄存器和定时/计数器。,RD和WR：,读/写线，控制,8155,的读、写操作。,TMRIN（TI）：,定时/计数器的脉冲输入端。,TMROUT（TO）：,定时/计数器的输出信号端。,VCC,：电源端。,GND,：接地端。,8155当,IO/M,为,0,时，单片机对,8155,的,RAM,进行操作，共,256,B，低八位,的地址为：,00H0FFH,。,8155当,IO/M,为,1,时，单片机对,8155,的,I/O,口进行操作。,8155的RAM和I/O口地址编码,芯片8155 的,I/O口,和,定时器/计数器,的工作方式可以通过,对8155的,命令寄存器,写入控制字来实现。,8155的,命令寄存器,和,状态寄存器,使用同一个地址。,8155的命令字,命令字主要规定了8155的,I/O口,和,定时器,的工作方式。,8255的状态字,状态字的内容包含8155的,I/O口,的,工作状态标志,。,8155的命令字和状态字,TM1,TM2,IEB,IEA,PC2,PC1,PA,PA,PB,A,口方式,B,口方式,B,口,A,口,计数器,方式,00:,空操作,01:,停止计数,10:,计满后停止,11:,开始计数,0:,输入,1:,输出,0:,禁止中断,1:,允许中断,00,11,01,10,方式,1:A,、,B,口基本,I/O,；,C,口输入,方式,2:A,、,B,口基本,I/O,；,C,口输出,方式,3:A,口选通,I/O,；,B,口基本,I/O,方式,4:A,、,B,口选通,I/O,8155的命令字格式,8155的命令字格式,D7,D6,D5,D4 D3 D2,D1 D0,TM2,TM1 IEB IEA PC2,PC1 PB,PA,0,输入,1,输出,1,开中断,D0,PA,D1,PB,D3 D2,0,输入,1,输出,PC2 PC1,A,、,B,、,C,口为基本,I/O,口,A,、,B,入,/,出由,D,1,D,0,确定，,C,口入,0 0,A,、,B,、,C,口为基本,I/O,口,A,、,B,入,/,出由,D,1,D,0,确定，,C,口出,1 1,0 1,A,口为选通方式，,B,口为基本,I/O,PC0,PC2,口为,PA,口联络线,PC3,PC5,为基本,I/O,口,1 0,A,口、,B,口为选通,I/O,PC0,PC2,口为,PA,口联络线,PC3,PC5,为,PB,口联络线,0,关中断,0 0,空操作,0 1,停止计数,1 0,时间到，停止计数,1 1,置入方式控制字和,计数初值后，立即,启动计数。,若正在计数，溢出,后则按新的方式和,初值计数。,由,CPU,写入,基本I/O方式：联络线由程序指定，对计数器输入输出不起控制作用，,没有中断能力，输出联络线由软件程序来控制。,选通I/O方式：由PC口的低三位作联络线使用，其余位作I/O线；输入,联络线可以起选通数据锁存作用；中断时有中断请求信,号产生；各个联络线为：,INTRA：中断请求输出标志。,BFA：PA口缓冲器/空输出信号。,STBA：数据选通输入信号。,8155的I/O的工作方式,1,，,8155,基本,I/O,方式,8,I/O,8,I/O,6,I/O,外设,CPU,8155,PA,PB,PC,AD,0,AD,7,WR,RD,ALE,IO/M,CE,8,基本输入时序,MOVX A,，,DPTR,RD,DB,数据有效,WR,基本输出时序,MOVX,DPTR,，,A,8,8,端口数据线,8,端口数据线,AINTR,ABF,ASTB,BINTR,BBF,BSTB,至,CPU,至外设,自外设,至,CPU,至外设,自外设,8155,PA,PB,AD0AD7,WR,RD,ALE,IO/M,CE,PC,0,PC,1,PC,2,PC,3,PC,4,PC,5,2,，,8155,选通,I/O,方式,逻辑结构,CPU,INPUT,端口数据,BF,INTR,RD,STB,MOVX A,，,DPTR,缓冲器满,缓冲器空,选通输入时序：,A,口外设,B,口外设,打入,缓冲器,联络线,联络线,CPU,外设,8,8,端口数据线,8,端口数据线,AINTR,ABF,ASTB,BINTR,BBF,BSTB,至,CPU,至外设,自外设,至,CPU,至外设,自外设,8155,PA,PB,AD,0,AD,7,WR,RD,ALE,IO/M,CE,PC,0,PC,1,PC,2,PC,3,PC,4,PC,5,逻辑结构,CPU,选通输出时序：,A,口外设,B,口外设,OUTPUT,端口数据,BF,INTR,WR,STB,MOVX DPTR,，,A,缓冲器满,缓冲器空,MOVX DPTR,，,A,端口数据,打入,外设,带联络信号的应答式输出时序,CPU,外设,TM1,TM2,IEB,IEA,PC2,PC1,PA,PA,PB,A,口方式,B,口方式,B,口,A,口,计数器,方式,00:,空操作,01:,停止计数,10:,计满后停止,11:,开始计数,0:,输入,1:,输出,0:,禁止中断,1:,允许中断,00,11,01,10,方式,1:A,、,B,口基本,I/O,；,C,口输入,方式,2:A,、,B,口基本,I/O,；,C,口输出,方式,3:A,口选通,I/O,；,B,口基本,I/O,方式,4:A,、,B,口选通,I/O,8155的状态字格式,0,无中断,1,有中断,D7 D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,0,空,TIMER,1,满,未用,中断,标志,由,CPU,读出,A A A,INTR,BF,INTE,B B B,INTR,BF,INTE,缓冲器,满空标志,中断,允许,0,关中断,1,开中断,定时器,中断标志,1,计数溢出时,0,读出状态或复位时,“,只读不写”,8155的状态字格式,8155片内的定时器/计数器是,一个14位的,减计数器,。,计数器分为高6位和低8位寄存器，,它的计数初值有程序预置。它的格式为：,8155的定时器/计数器,TIMERIN,：定时器时钟输入端,TIMEROUT,：为定时器输出，输出各种波形,可接系统时钟，作定时器,也可接外部输入，作计数器,高字节寄存器,低字节寄存器,8155的定时器/计数器,（,M2,和,M1,是工作方式码，,T0T13,为计数器的初值,）,M2 M1,方 式,波 形,0 0,0 1,1 0,1 1,单次方波,连续方波,单个脉冲,连续脉冲,8155定时器/计数器四种操作方式和输出波形,8155,内部定时器,定时器,14,位计数器由,04H,和,05H,两个地址组成。输出四种波形：,a,单次方波,b,连续方波,c,单次脉冲,d,连续脉冲,e,连续方波,若常数为奇数，则方波不对称。例如,9,5,4,首先将计数常数及定时器输出方式送入定时器口,计数常数在,0002H,3FFFH,之间,D7,D6,D5,D4 D3,D2 D1,D0,T13 T12,T11T10 T9,T8,T7 T6 T5 T4 T3 T2 T1 T0,0 0,单次方波,0 1,连续方波,1 0,单次脉冲,1 1,连续脉冲,D7 D6,D5,D4 D3,D2 D1,D0,04H,计数器低,8,位,TL,05H,计数器高,6,位,TH,工作方式,M2 M1,地址,04H,地址,05H,8155,内部定时器,MCS-51,与,8155,的接口方法和应用实例,例,1,：,8031,与,8155,接口并确定,RAM,和,I/O,口地址,8031,的,P0.0,P0.7,与,8155,的,AD0,AD7,相连,51,单片机与,8155,接口连接，不需要任何附加逻辑即可增加：,256B RAM,14,位定时器,22,根,I/O,口线,8031,的,P2.7,与,8155,的,CE,相连,8031,的,P2.0,与,8155,的,IO/M,相连,上页,下页,回目录,P2.7,P2.0,CE,P00,P01,P02,P03,P04,P05,P06,P07,AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6,AD7,IO/M,8031,8155,ALE,ALE,地址分配：,7F00H,命令状态寄存器,7F01H PA,口,7F02H PB,口,7F03H PC,口,7F04H,定时器低,8,位,7F05H,定时器高,6,位,7E00H,7EFFH,上页,下页,回目录,P2.7,P2.0,P0.7,P0.0,0,0,RAM,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 1,1 1 1 1 1 1 1 1,CE,IO/M,111 111,AD7 AD0,8155,RAM,地址为,:,地 址,00H,FFH,8031,8155,7 E,0,1,I/O,0 0 0,命令状态口,0 0 1 A,口,0 1 0 B,口,0 1 1 C,口,1 0 0 TL,8,1 0 1 TH,6,111 111,7 F,8155 I/O,地址为,:,将,8155,片内,RAM,的,7E30H,单元内容读入,A,累加器中,程序段如下：,也可以,:,MOV,DPTR,，,#7E30H,MOVX A,，,DPTR,例,2,设,A,中的数据为,5,，并写入,8155,的,RAM,中,7EF0H,单元,程序段如下：,例,3,方法,2,？,例,4,将,A,口,定义为,基本输入,方式，,B,口,定义为,基本输出,方式，,C,口,定义为,输入方式,，,定时器,作为,方波发生器,对输入脉,冲,24,分频（注意,8155,定时器最高计数频率为,4MHz,），,读,A,口数据送,B,口输出。则,8155 I/O,口初始化程序如下：,TM2,TM1 IEB IEA PC2,PC1 PB,PA,命令字,0,1,0 0,0 0,1 1,0C2H,MOV DPTR,，,#7F04H,；指向定时器低,8,位,MOV A,，,#18H,；计数常数,18H=24,MOVX DPTR,，,A,；送计数常数,INC DPTR,；指向定时器高,8,位,MOV A,，,#40H,；设定时器输出连续方波,MOVX DPTR,，,A,；送定时器高,8,位,M2M1=01,MOV DPTR,，,#7F00H,；指向命令口,MOV A,，,#0C2H,；命令字设为,A,口，,C,口入,；,B,口出，启动,T/C,MOVX DPTR,，,A,；并启动定时器,MOV DPTR,，,#7F01H,；指向,A,口,MOVX A,，,DPTR,；读,A,口数据,INC DPTR,；指向,B,口,MOVX DPTR,，,A,；送,B,口输出,初始化程序如下,程序为：,.,RAMWR:MOV R0,#30H,MOV DPTR,#7E00H MOV R2,#50 RAMW:MOV A,R0 MOVX DPTR,A INC R0 INC DPTR,DJNZ R2,RAMW ,思考：,如果要把,8155 RAM,中，从地址为,7E00H,开始的,50,个数据存入单片机的,30H,开始的数据存储单元中，应该如何处理？,假定在,MCS-51,单片机的内部,RAM,中，从,30H,开始存放一组数据，,字节数为,50,，要求将该组数据存入,8155 RAM,中，起始地址为,7E00H,。,例,5,程序为：,ORG 0000H MOV DPTR,#7E00H MOV A,#02H MOV DPTR,A,LOOP:,MOV DPTR,#7F01H MOVX A,DPTR,INC DPTR MOVX DPTR,A,SJMP LOOP,END,写命令字，送入命令,/,状态寄存器,8155,的,A,口数据送入,ACC,ACC,数据写入,8155,的,B,口,循环执行,假定,8155,的,PA,口接,8,个乒乓开关，,8155,的,PB,口接,8,个指示灯，要求,PB,显示,PA,口的开关状态。（,PA,和,PB,为基本,I/O,方式）。,例,6,9.3 串行通信的基本概念,9.3.1,串行数据传送方式,9.3.2,波特率和发送/接收时钟,9.3.3,串行通信的基本方式,9.3.4,信号调制与解调,9.3.5,串行接口的任务,9.3.1 串行数据传送方式,1,全双工,2,半双工,1全双工,当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工（Full Duplex）制。,发送器,发送器,接收器,接收器,B,站,A,站,图,9-9,全双工方式示意图,2半双工,若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制。,A,站,B,站,发送器,发送器,接收器,接收器,图,9-10,半双工方式示意图,9.3.2 波特率和发送/接收时钟,1,波特率,2,发送/接收时钟,并行通信中，传输速度以每秒传输的字节（B/s）表示。在串行通信中，传输速率用波特率来表示。,所谓波特率，是指单位时间内传送二进制数据的位数，单位为位/秒（b/s）。,每秒钟所传输的字符数（字符速率）和波特率是两种概念,1波特率,2发送/接收时钟,发送端使用的用于决定数据位宽度的时钟称为发送时钟。,接收端使用的用于测定每一位输入数据位宽度的时钟称为接收时钟。,接收/发送时钟频率n波特率,（n1，16，32，64）,9.3.3 串行通信的基本方式,1,异步通信,2,同步通信,1异步通信,0 0/1 0/1 0/1 ,0/1 0/1 0/1 1 1 1 0 0/1,起,始,位,奇偶,校验,位,（可有可无）,5,8,位数据位（先送最低位）,LSB,MSB,空,闲,位,停止位,（,1,，,1,1,/,2,或,2,位）,第,n,个字符（,8,12,位）,第,n,1,个字符,图,9-11,异步串行通信格式,2同步通信,同步通信的特点是不仅字符内部保持“同步”，而且字符与字符之间也是同步的。,在这种通信方式下，收/发双方必须建立准确的位定时信号，也就是收/发时钟的频率必须严格地一致。,同步通信在数据格式上也与异步通信不同，每个字符不增加任何附加位，而是连续发送。,9.3.4 信号调制与解调,MODEM与计算机连接的方式分成内接式和外接式。,MODEM的调制方式有3,种：,振幅调制（,ASK）：以两种振幅的大小来区别数字信号“0”与“1”；,频率调制（FSK）：利用两个固定的频率来分别代表数字信号“0”与“1”；,相位调制（PSK）：利用相位的差异来区别信号，当相位差180时代表位值的变化。,9.3.5 串行接口的任务,1进行串并转换,2实现串行数据格式化,3可靠性检验,4实施接口与通信设备之间的联络控制,9.4 可编程串行接口8251A,9.4.1,8251A的基本性能,9.4.2,8251A内部结构及引脚功能,9.4.3,8251A的控制字和状态字,9.4.4,8251A的初始化编程,9.4.5,8251A应用举例,9.4.1 8251A的基本性能,1通过初始化编程，可以工作在同步通信或异步通信方式。,2同步方式时，可设定为内同步或外同步两种做法，同步字符允许采用单同步字符和双同步字符，由用户选定。,3异步方式时，数据位仍可在58位范围内选用，用1位作为奇偶校验位或不设置奇偶位。,48251A具有奇偶校验、帧校验和溢出校验三种字符数据的校验方式，校验位的插入、检查和出错标志的建立均由芯片自动完成。,58251A能与MODEM直接相连，接收和发送的数据均可存放在各自的缓冲器中，以便实现全双工通信。,9.4.2 8251A内部结构及引脚功能,8251A内部结构,8251A引脚功能,18251A内部结构,RESET,状态,缓冲器,发送数据,/,命令,缓冲器,接收数据,缓冲器,外部数据总线,内部数据总线,读,/,写,控制,逻辑,调制,控制,发送器,（,PS,）,发送,（控制）,接收,（控制）,接收器,（,SP,）,CLK,C/D,RD,CS,WR,TxD,TxRDY,TxE,TxC,DTR,DSR,RTS,CTS,RxC,RxC,RxRDY,SYN DET,0,0,0,0,1,CS,C/D,RD,WR,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,功能,CPU,从,8251A,读数据,CPU,从,8251A,读状态,CPU,写数据到,8251A,CPU,写命令到,8251A,USART,总线浮空（无操作）,表,9-2 8251A,读,/,写操作,28251A的引脚功能,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,28,27,26,25,24,23,22,21,20,19,18,17,14,13,16,15,C/D,RD,WR,CS,TxC,D,4,D,7,D,6,D,5,GND,RxD,D,3,D,2,RxRDY,D,1,D,0,Vcc(+5V),RxC,DTR,RTS,DSR,CTS,RESET,CLK,TxD,TxE,SYN DET,TxRDY,8251A,9.4.3 8251A的控制字和状态字,1,方式控制字,2.,操作控制字,3,状态字,1方式控制字,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,S,2,S,1,EP PEN L,2,L,1,B,2,B,1,同步方式及,同步字符,个数,0,：内同步,1,：外同步,0,：,2,个同,步字符,1,：,1,个同,步字符,停止位位数,00,：不确定,01,：,1,位,10,：,1.5,位,11,：,2,位,字符长度,00,：,5,位,01,：,6,位,10,：,7,位,11,：,8,位,奇偶校验,0,：无校验,01,：奇校验,11,：偶校验,工作方式及波特率因子,00,：同步方式,01,：异步,1,10,：异步,16,11,：异步,64,Y,（同步）,N,（异步）,D,1,D,0,=00?,图,9-13 8251A,方式控制字格式,2.操作控制字,发送允许,1,，允许发送,0,，屏蔽发送,数据终端准备好,1,。迫使,DTR,低电平,0,，正常工作,接收允许,1,，允许接收,0,，屏蔽接收,发中止字符,1,。迫使,TxD,为低电平,0,，正常工作,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,EH IR RTS ER SBRK RxE DTR TxEN,搜索同步字符,1,，启动搜索同步字符,0,，不搜索同步字符,内部复位,1,。内部软复位以便,重置方式控制字,0,，正常工作,请求发送,1,使,RST,低电平,0,，正常工作,清除错误标志,1,使状态寄存器中的,PE,、,OE,、,FE,清零,0,，正常工作,图,9-14,操作控制字格式,3状态字,图,9-15,状态字格式,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,DSR SYNDET FE OE PE TxE RxRDY TxRDY,数,传,机,就,绪,同步检出,格式错,溢出错,奇偶错,发送器空,接收准备好,发送准备好,2设计,（1）硬件连接,（2）软件编程,乙机,CPU,甲机,CPU,8251A,8251A,TxD,TxD,RxD,RxD,SG,SG,EIA/,TTL,变换,EIA/,TTL,变换,波特率,发生器,波特率,发生器,图,9-17,双机串行通信接口,TxC,TxC,RxC,RxC,