单片机并行IO口的扩展 课件 .pdf
第7章单片机并行I/O口的扩展
7.1I/O接口扩展概述
I/O(输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信
息的桥梁。
MCS-51真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和
P3口的某些位线。
在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O
接口电路。
7.1.1I/O口扩展的原因
1.I/O信息的组成
•（1）数据信息
•CPU与外设交换的基本信息就是数据信息，数据的
传送可采用并行传送（n位同时传送）和串行传送
（一位一位地传送）两种形式。
（2）状态信息
•状态信息是指在CPU与外设之间交换数据时的联络
信息。CPU通过对外设状态信息的读取，可知其工
作状态。了解状态信息是CPU与I/O设备正确进行
数据交换的重要条件。
（3）控制信息
•控制信息指CPU发给外设命令信息，CPU通过发送
控制信息控制外设的工作。
2.I/O口接口的作用
CPU与I/O设备交换信息情况较为复杂，所以通常
I/O设备并不直接与CPU进行信息交换，而是通过相应
的输入/输出接口（称为I/O接口）来进行的。I/O接
口是CPU和I/O设备之间进行信息交换的中间环节，其
主要功能如下：
（1）对输入输出数据进行缓冲、隔离和锁存，实现
速度匹配。
（2）完成信息格式的变换，如串并转换。
（3）实现电气特性的匹配。
（4）选择设备或地址译码等。
3.单片机I/O扩展的原因
I/O(输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信
息的桥梁，MCS-51系列单片机有4个并行I/O口(P0，P1，
P2，P3口)，但对一个稍微复杂的应用系统来说，由于
P0口和P2口配合使用用于系统扩展、P3口是一个多功
能口每个引脚都具有第二功能，所以真正可供用户使
用的并行口，只有P1口，况且常常因扩展I2C和SPI等
需占用P1口某些引脚，这使用户不得不扩展并行口以
满足实际的需要。因此，当在I/O口线不够用的情况下
我们需要扩展并行I/O口。
图7-1并行接口连接CPU与外设示意图
7.1.2I/O口数据的传递方式
MCS-51单片机为了实现数据的输入/输出传送，通常使
用以下4种方式传递数据。
(1)无条件传送方式：当外设和单片机能够同步工作时，
可以采用无条件方式进行传送，即数据可以随时进行
传送。
(2)查询方式：查询方式又称为有条件传送方式，即数
据的传送是有条件的。在进行I/O操作之前，用户要通
过软件查询外设是否为数据传送做好准备，只有确认
外设为数据传送做好准备。单片机才能执行数据的输
入/输出（I/O）操作。
•(3)中断方式：当外设和计算机进行数据交换时，
外设向单片机发出中断请求。单片机接到中断请
求后，就作出响应，暂停正在执行的程序，而转
去为设备的数据输入/输出服务。当服务完成后，
程序返回，单片机再继续执行被中断的程序。
•(4)DMA方式：DMA(DirectMemoryAccess，直接
内存存取)中断方式虽提高了CPU的效率，但仍然
是通过CPU执行程序来实现数据传送。其缺点是大
量的数据在磁盘与内存间交换需大量的时间，高
速I/O设备时或成组数据交换时，显得速度太慢。
DMA方式就是在外设与内存间直接传送数据，DMA
的速度取决于内存的工作速度。
7.1.3I/O端口的编址方式
I/O端口编址是给所有I/O接口中的寄存器编址。
I/O端口编址两种方式：独立编址与统一编址。
1．独立编址方式
I/O寄存器地址空间和存储器地址空间分开编址，
但需专门读写I/O的指令和控制信号。
2．统一编址方式
I/O寄存器与数据存储器单元同等对待，统一编址。
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，简单、方便且功能强。
常用的外围I/O接口芯片有：
（1）8255：可编程的通用并行接口电路（3个8位
I/O口）。
（2）8155：可编程的IO/RAM扩展接口电路（2个8
位I/O口,1个6位I/O口,256个RAM字节单元，
1个14位的减法定时器/计数器）。
可与MCS-51单片机直接连接，接口逻辑十分简单。
此外，74LS系列的TTL电路也可以作为M