单片机原理及接口技术第9章 系统并行扩展

第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁。

外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。

CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换。

2. 简述输入输出接口的作用。

I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：（1）实现单片机与外设之间的速度匹配；（2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4）实现数据格式转换。

3. 在计算机系统中，CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种各有什么特点在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式，直接存储器存取方式。

在无条件方式下，只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时，外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好；输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据。

条件控制方式也称为查询方式。

CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好，如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输。

在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件，CPU则响应，这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输。

传输完数据后，返回原来的程序继续执行。

直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入，由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送。

4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序。

单片机原理及接口技术AT89S51单片机系统的串行扩展在单片机系统中，为了扩展其功能和使用，需要与其他外部设备进行通信。

串行通信是一种常见的通信方式，它通过将数据逐位地进行传输和接收。

AT89S51单片机具有多种功能引脚，可以用来实现串行扩展。

包括UART串口、SPI接口和I2C总线等。

UART串口是一种常用的串行通信接口，它使用两根引脚（TXD和RXD）进行数据传输。

在AT89S51单片机中，可以使用其内置的UART模块来实现串行扩展。

首先，需要设置串口的波特率、数据位、停止位和校验位等参数。

然后，在程序中通过读写串口数据寄存器来进行数据的传输和接收。

SPI接口是一种全双工的串行通信接口，它使用四根引脚（SCLK、MISO、MOSI和SS）进行数据的传输和接收。

在AT89S51单片机中，可以使用其内置的SPI模块来实现串行扩展。

首先，需要设置SPI的工作模式、数据位、时钟极性和相位等参数。

然后，在程序中通过读写SPI数据寄存器来进行数据的传输和接收。

I2C总线是一种双向的串行通信总线，它使用两根引脚（SDA和SCL）进行数据的传输和接收。

在AT89S51单片机中，可以通过软件实现I2C总线的功能。

首先，需要设置I2C的时钟频率和器件地址等参数。

然后，在程序中通过控制I2C总线的起始、停止、发送和接收来进行数据的传输和接收。

串行扩展可以实现单片机与其他外设的数据交互，包括和PC机的通信、与传感器的连接等。

通过串行扩展，单片机能够实现更复杂的功能和应用。

在编程过程中，需要合理地使用串口、SPI接口和I2C总线等技术，根据具体的应用需求选择合适的通信方式。

总之，单片机原理及接口技术是一种重要的扩展技术，可以极大地增强单片机的功能和使用。

在AT89S51单片机系统中，串行扩展是一种常见的技术。

通过合理地使用UART串口、SPI接口和I2C总线等技术，可以实现单片机与其他外设的数据交互，进而实现更复杂的功能和应用。

193 9.2 AT89S51扩展I/O 接口芯片82C55的设计
本节首先简要介绍可编程并行I/O 接口芯片82C55的应用特性，然后介绍AT89S51单片机与82C55的接口电路设计以及软件设计。

9.2.1 82C55芯片简介
82C55是Intel 公司生产的可编程并行I/O 接口芯片，它具有3个8位的并行I/O 口，3种工作方式，可通过编程改变其功能，因而使用灵活方便，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。

82C55的引脚及内部结构如图9-1和图9-2所示。

1．引脚说明
由图9-1可知，82C55共有40个引脚，采用双列直插式封装，各引脚功能如下。

D7～D0：三态双向数据线，与单片机的P0口连接，用来与单片机之间传送数据信息。

CS :片选信号线，低电平有效，表示本芯片被选中。

RD ：读信号线，用来读出82C55
端口数据的控制信号。

图9-1 82C55的引脚
图9-2 82C55的内部结构
WR ：写信号线，用来向82C55写入端口数据的控制信号。

V CC ：+5V 电源。

PA7～PA0：端口A 输入/输出线。

PB7～PB0：端口B 输入/输出线。

PC7～PC0：端口C 输入/输出线。

A1、A0：地址线，用来选择82C55内部的4个端口。

RESET ：复位引脚，高电平有效。

《单片机原理及接口技术》（第2版）人民邮电出版社第9章 AT89S51单片机的I/O扩展思考题及习题91．I/O接口和I/O端口有什么区别？I/O接口的功能是什么？答：I/O端口简称I/O口，常指I/O接口电路中具有端口地址的寄存器或缓冲器。

I/O接口是指单片机与外设间的I/O接口芯片；I/O接口功能：(1) 实现和不同外设的速度匹配；(2) 输出数据缓存；(3) 输入数据三态缓冲。

2．I/O数据传送由哪几种传送方式？分别在哪些场合下使用？答：3种传送方式： (1) 同步传送方式：同步传送又称为有条件传送。

当外设速度可与单片机速度相比拟时，常常采用同步传送方式。

(2) 查询传送方式：查询传送方式又称为有条件传送，也称异步传送。

单片机通过查询得知外设准备好后，再进行数据传送。

异步传送的优点是通用性好，硬件连线和查询程序十分简单，但是效率不高。

(3) 中断传送方式：中断传送方式是利用AT89S51本身的中断功能和I/O接口的中断功能来实现I./O数据的传送。

单片机只有在外设准备好后，发出数据传送请求，才中断主程序，而进入与外设进行数据传送的中断服务程序，进行数据的传送。

中断服务完成后又返回主程序继续执行。

因此，中断方式可大大提高工作效率。

3．AT89S51单片机对扩展的I/O口芯片的基本要求是：输出应具有功能；输入应具有功能；答：数据锁存，三态缓冲4．常用的I/O端口编址有哪两种方式？它们各有什么特点？AT89S51单片机的I/O端口编址采用的是哪种方式？答：两种。

(1) 独立编址方式：独立编址方式就是I/O地址空间和存储器地址空间分开编址。

独立编址的优点是I/O地址空间和存储器地址空间相互独立，界限分明。

但却需要设置一套专门的读写I/O的指令和控制信号。

(2) 统一编址方式：这种方式是把I/O端口的寄存器与数据存储器单元同等对待，统一进行编址。

统一编址的优点是不需要专门的I/O指令，直接使用访问数据存储器的指令进行I/O操作。

1、单片机：单片微型计算机简称单片机。

一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。

2、EA引脚的功能：EA引脚是片内外程序存储器的选择信号。

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051/8751/80C51）或1FFFH（对于8052）时，将自动转向访问外部程序存储器。

当EA端保持低电平时，不管是否有内部程序存储器，则只访问外部程序存储器。

由于8031片内没有程序存储器，所以在使用8031时，EA引脚必须接低电平。

3、哪些引脚有第二功能：在MCS-51单片机中，除P3口具有第二功能外，还有3条控制线具有第二功能。

P3口的第二功能：P3.0—RXD：串行数据接收端P3.1—TXD：串行数据发送端P3.2—0INT：外部中断0申请输入端P3.3—1INT：外部中断1申请输入端P3.4—T0：定时器0计数输入端P3.5—T1：定时器1计数输入端P3.6—WR：外部RAM写选通端P3.7—RD：外部RAM读选通3条控制线的第二功能：ALE—PROG：片内EPROM编程脉冲。

片内具有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

RESET—VPD：备用电源。

VCC掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部RAM数据不丢失。

EA—VPP：片内EPROM编程电源。

在对片内具有EPROM的芯片进行编程时，此引脚用于施加21V编程电源。

4、单片机内部存储空间是如何分配的？MCS-51单片机的内部存储空间分为数据存储器和程序存储器。

内部数据存储器：共256字节单元，包括低128个单元和高128个单元。

低128字节又分成3个区域：工作寄存器区（00H~1FH），位寻址区（20H~2FH）和用户RAM区（30H~7FH）。

高128字节是供给特殊功能寄存器使用的，因此称之为特殊功能寄存器区。

第九章复习思考题1. 计算机系统中为什么要设置输入输出接口?输入/输出接口电路是CPU与外设进行数据传输的桥梁.外设输入给CPU的数据，首先由外设传递到输入接口电路，再由CPU从接口获取；而CPU输出到外设的数据，先由CPU 输出到接口电路，然后与接口相接的外设获得数据。

CPU与外设之间的信息交换，实际上是与I/O接口电路之间的信息交换.2。

简述输入输出接口的作用。

I/O接口电路的作用主要体现在以下几个方面：(1）实现单片机与外设之间的速度匹配；(2）实现输出数据锁存；（3）实现输入数据三态缓冲；（4)实现数据格式转换。

3. 在计算机系统中,CPU与输入输出接口之间传输数据的控制方式有哪几种？各有什么特点？在计算机系统中，CPU与I/O接口之间传输数据有3种控制方式：无条件方式，条件方式，中断方式,直接存储器存取方式。

在无条件方式下,只要CPU执行输入/输出指令，I/O接口就已经为数据交换做好了准备，也就是在输入数据时,外设传输的数据已经传送至输入接口，数据已经在输入接口端准备好;输出数据时，外设已经把上一次输出的数据取走，输出接口已经准备好接收新的数据.条件控制方式也称为查询方式。

CPU进行数据传输时，先读接口的状态信息，根据状态信息判断接口是否准备好,如果没有准备就绪，CPU将继续查询接口状态，直到其准备好后才进行数据传输.在中断控制方式下，当接口准备好数据传输时向CPU提出中断请求，如果满足中断响应条件,CPU则响应,这时CPU才暂时停止执行正在执行的程序，转去执行中断处理程序进行数据传输.传输完数据后,返回原来的程序继续执行.直接存储器存取方式即DMA方式，它由硬件完成数据交换，不需要CPU的介入,由DMA 控制器控制，使数据在存储器与外设之间直接传送.4. 采用74LS273和74LS244为8051单片机扩展8路输入和8路输出接口，设外设8个按钮开关和8个LED，每个按钮控制1个LED，设计接口电路并编制检测控制程序.80C51图9。

单片机系统基本并行扩展技术一、并行扩展的概念与意义并行扩展是指在单片机系统中，通过增加外部的硬件设备，如存储器、输入输出接口等，来扩展单片机的功能和资源。

这样可以使单片机系统能够处理更多的数据、实现更复杂的控制逻辑，并与更多的外部设备进行交互。

例如，在一些数据采集和处理系统中，单片机内部的存储器可能无法存储大量的采集数据，此时就需要通过并行扩展外部存储器来解决这一问题。

又如，在需要控制多个外部设备的系统中，单片机本身的输入输出端口可能不够用，通过并行扩展输入输出接口可以实现对更多设备的有效控制。

二、常见的并行扩展技术1、存储器扩展存储器扩展是单片机系统并行扩展中最常见的一种。

常见的存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

（1）RAM 扩展RAM 用于存储程序运行时产生的临时数据。

扩展 RAM 时，需要考虑存储器的容量、速度和接口类型等因素。

常见的 RAM 扩展芯片有静态 RAM（SRAM）和动态 RAM（DRAM）。

（2）ROM 扩展ROM 用于存储程序和固定的数据。

常见的 ROM 扩展芯片有可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）等。

2、输入输出接口扩展当单片机本身的输入输出端口不能满足系统需求时，可以通过并行扩展输入输出接口来增加可用的端口数量。

常见的输入输出接口扩展芯片有 8255 并行接口芯片、8155 多功能接口芯片等。

3、并行通信接口扩展在需要与其他设备进行高速数据通信的情况下，可以扩展并行通信接口，如并行打印机接口、并行 A/D 和 D/A 转换接口等。

三、并行扩展的硬件连接在进行并行扩展时，硬件连接是至关重要的。

需要正确连接单片机与扩展芯片的地址线、数据线、控制线等。

地址线用于选择扩展芯片的存储单元或端口地址，数据线用于传输数据，控制线用于控制扩展芯片的读写操作等。

以存储器扩展为例，通常需要使用地址锁存器来锁存地址信号，以确保地址的稳定。