第7章ILED显示器(新)

单片机原理与应用Principle&ApplicationofMCU第7章I显示器接口技术1教学内容及要求教学内容显示器概述LED显示器（八段数码管）显示原理并行I/O口扩展八段数码管接口应用实例教学要求掌握单片机与八段数码管显示器的接口方法、动态扫描显示的原理及程序设计方法。熟悉8255实现51单片机并行I/O扩展的方法。了解LCD显示器的显示原理。27.1单片机扩展I/O接口简介一、为什么要扩展I/O接口？1、单片机本身接口功能及数量有限2、单片机控制应用中接口电路复杂（1）速度不匹配:速度远低于CPU（2）时序不匹配:无法与CPU的时序取得统一。（3）信息格式不匹配:如串行和并行；二进制格式、ACSII和BCD等。（4）信息类型不匹配:有数字信号，有模拟信号，有正逻辑和负逻辑。（5）信号电平不匹配：CMOS电平，TTL电平等。二、接口电路功能1、速度协调2、输出数据锁存3、数据总线隔离4、数据格式转换5、提供地址译码或设备选择信号6、增强驱动能力锁存功能接口电路用数据锁存器，解决双方速度匹配问题。隔离作用CPU既可以与存储器交换数据，也可以与任一外设交换数据。但任一时刻，只能与其中的一个设备交换数据。变换作用当外设的电平幅度不符合计算机要求时，需要接口电路进行电平转换。联络作用只有在外设准备就绪时，才能与CPU交换数据，既可避免出错，又可提高CPU的工作效率。外设准备就绪状态，通过接口电路与计算机进行联系。因此，接口电路必需具有联络作用。什么是接口接口电路（interface)：单片机与外部设备之间的连接硬件电路称为接口电路（I/O接口电路）端口(port)：接口电路中已编址并能进行读或（和）写操作的寄存器称为端口一个接口电路中可以包括多个端口（数据口、状态口和命令口）78CPU数据总线控制总线数据接口状态接口控制接口译码地址总线I/0接口数据总线控制总线状态总线CPU与外设连接图三、I/O端口编址技术1、端口与主存储器单元统一编址统一编址，把主存储器的一部分地址空间分给端口，把每一个端口作为一个存储单元。2、端口单独编址对端口单独编址时，端口不占主存地址空间，但必需设置专门的输入／输出指令访问端口。端口的编址方法线选法：就是直接以系统的地址作为存储芯片的片选信号，为此只需把高位地址线与存储芯片的片选信号直接连接即可译码法：就是使用译码器对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号10四、CPU与外设之间的数据传送方式CPU与外设之间的数据传送方式通常有3种方式：1、无条件传送方式（同步程序传送）2、查询传送方式（CPU主动）3、中断传送方式（CPU被动）1、无条件传送方式（同步程序传送或直接传送方式）：无需测试设备的状态，可以根据需要随时进行I/O操作。例：驱动指示灯、继电器、启动电机等2、查询传送方式（CPU主动）：在I/O操作前要检测设备的状态，确认I/O设备准备好时执行I/O操作例：水池水位自动控制系统要求：水位A放水；水位B停放1）输出：P1.0=1时，M放水；P1.0=0时，M关2）输入：水位A，T1、T2截止→P1.1=1，P1.2=1水位B，T1、T2导通→P1.1=0，P1.2=0A水位B，T1止，T2通→P1.1=1，P1.2=03、中断传送方式（CPU被动）CPU不主动查询外设，只执行自己的程序，当外设准备好需要传送数据时，提出申请，若CPU准与请求，放下正在执行的程序，去传送外设的数据。一个芯片可扩展多个并行I/O口可用软件改变接口的功能可直接与单片机连接，进行并行数据传送可编程并行I/O口的扩展8255A是常用的可编程并行I/O口的扩展芯片，优点是：单片机8255A外设8255A是Intel系列的可编程并行接口芯片，扩展一片可获得3个8位的并行I/O口，是一种单片机与外设之间的接口电路。8255A的结构及引脚功能8255A为40引脚的双列直插式（DIP）封装（1）引脚功能①D0～D7为数据线，与单片机的数据总线连接，传数据、命令等。②PA0～PA7（PA口）、PB0～PB7（PB口）、PC0～PC7（PC口）为3个8位并行I/O口，用于8255A与外设之间传数据。③读写控制逻辑线CSRDWR——片选信号，接单片机的地址总线——读信号，接单片机的读信号——写信号，接单片机的写信号RESET——复位信号，接单片机的复位A1、A0——端口选择信号，接单片机的地址总线，与片选/CS一起，确定8255A访问的端口地址。CSD034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET3568255A端口A上半部(4)(8)(8)A组B组数据总线缓冲I/OI/OI/OI/ORDWRA0A1RESETCSD0-D7PA0-PA7PC4-PC7PC0-PC3PB0-PB7读写控制逻辑控制控制A组A组端口CB组端口C下半部(4)B组端口B（2）内部结构A组控制B组控制PA口PC口高四位PB口PC口低4位③读/写控制逻辑接收CPU传来的控制信号，以控制8255A的操作CSWRA1、A0、RESET④数据总线缓冲器双向三态8位缓冲器，与单片机的数据总线直接相连①并行I/O端口有3个8位并行I/O口，PA、PB、PC它们可以被设置成输入或输出②A、B组控制电路A、B两组控制电路将三个端口分成A、B两组。一片8255A占4个端口地址：PA口、PB口、PC口、控制口，由/CS、A1、A0决定。2.8255A端口的寻址CS控制口110PC口100PB口010PA口000选择A1A0CS、A1、A0接单片机的地址总线，构成单片机访问8255A的16位地址。、A1、A0与地址总线的连接方案不同，端口地址不同。CS片选地址片内地址16位总线访问地址=片选地址+片内地址PA＝FF7CHPB＝FF7DHPC＝FF7EH控制口＝FF7FHCS接A7，A1、A0接CPU的A1、A0，则端口地址：CSA1A08255A没接的地址线设为1，则4个端口地址为：8031P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P2.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0PA口：××××××××0×××××00PB口：××××××××0×××××01PC口：××××××××0×××××10控制口：××××××××0×××××11例如8255A端口地址的确定片内地址片选地址CS接A15，A1、A0接CPU的A1、A0，则端口地址：CSA1A08255A没接的地址线设为1，则4个端口地址为：8031P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P2.4P0.3P0.2P0.1P0.0A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0PA口：0×××××××××××××00PB口：0×××××××××××××01PC口：0×××××××××××××10控制口：0×××××××××××××11例如8255A端口地址的确定片内地址片选地址PA＝7FFCHPB＝7FFDHPC＝7FFEH控制口＝7FFFH3.8255A的控制字8255A有两个控制字：工作方式控制字PC口置/复位控制字这两个控制字都写到8255A的控制口，用同一个端口地址采用特征位识别。D7＝1，表示是工作方式控制字D7＝0，表示是PC口置/复位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0B组C口低4位B口方式选择0:输出0:输出1:输入1:输入1:方式10:方式0A口01:方式100:方式01X:方式2特征位，为1D7D3D2D1D00:复位1:置位000001010PC0位选择011100101110111PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A组C口高4位0:输出1:输入0:输出1:输入特征位为0方式选择D5D6D4不用置000D7D6D5D4D3D2D1D0B组C口低4位B口方式选择0:输出0:输出1:输入1:输入1:方式10:方式0A口01:方式100:方式01X:方式2特征位，为1D7D3D2D1D00:复位1:置位000001010PC0位选择011100101110111PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A组C口高4位0:输出1:输入0:输出1:输入特征位为0方式选择D5D6D4不用置000工作方式控制字PC置/复位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0B组C口低4位B口方式选择0:输出0:输出1:输入1:输入1:方式10:方式0A口01:方式100:方式01X:方式2特征位，为1D7D3D2D1D00:复位1:置位000001010PC0位选择011100101110111PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A组C口高4位0:输出1:输入0:输出1:输入特征位为0方式选择D5D6D4不用置000①工作方式控制字作用是用来设置3个并行口作输入口还是作输出口、设置8255A的工作方式PA口有3种工作方式，PB口有2种工作方式，PC口只有一种工作方式0在方式1或方式2，PC口自动作为PA口、PB口的控制信号位为0，为输出口；为1，为输入口8255A有三种工作方式：方式0——基本输入/输出方式方式1——选通输入/输出方式方式2——双向输入/输出方式工作方式控制字标志位A组方式设置A口C上口B组方式B口C下口11/01/01/01/01/01/01/0含义方式0、1、2输入/输出输入/输出方式0、1输入/输出输入/输出工作方式控制字C口置/复位控制字标志位不使用位C口位地址编码位状态0×××1/01/01/01/0含义一般取简码000选择PC7～PC0位置位/复位②PC口置/复位控制字其作用是用来设置PC口某位输出高电平或低电平。实现某些位控制，如启/停外设、开关的通/断、继电器的吸合/释放等例设8255A的控制口地址为FF7FH，试编程设置：PA口为工作方式0输入，PB口为工作方式0输出，PC4～PC7为输出，PC0～PC3为输入。则工作方式控制字为10010001B，其初始化程序：MOVDPTR，#0FF7FH；控制口地址MOVA，#91H；工作方式控制字MOVX@DPTR,A；写控制字到控制口D7D6D5D4D3D2D1D0B组C口低4位B口方式选择0:输出0:输出1:输入1:输入1:方式10:方式0A口01:方式100:方式01X:方式2特征位，为1D7D3D2D1D00:复位1:置位000001010PC0位选择011100101110111PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A组C口高4位0:输出1:输入0:输出1:输入特征位为0方式选择D5D6D4不用置000PC置/复位控制字4.8255A的工作方式8255A有3种工作方式：方式0、方式1、方式2①方式0——基本输入/输出方式2个8位I/O口（PA、PB），2个4位I/O口（PC口高4位、低4位）任意一个口可作输入口或输出口两种数据传送方式：无条件传送方式不需任何应答联络信号。认为外设随时是准备好的，如键盘，显示器查询传送方式需要联络信号，这时，PA、PB作数据口，PC口作控制信号提供外设状态、外设选通信号，可设置为4位作输入、4位作输出②方式1——选通输入/输出方式PA口、PB口作输入/输出口，PC口自动提供固定关系的选通信号和应答信号A组：B组：PA口为数据口PC口高四位作联络信号PB口为数据口PC口低四位作联络信号③方式2——双向输入/输出方式只有PA口能够设定为方式2，PA口为8位双向数据口，能读能写PC