单片机并行存储器扩展--第7章.ppt

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单片机并行存储器扩展--第7章

第7章 单片机并行I/O扩展 7.1 单片机I/O扩展基础知识 7.1.1 I/O接口电路的功能 外部设备的速度十分复杂,必须通过I/O接口电路实现。 1. 速度协调 面对各种设备的速度差异,单片机无法按固定的时序以同步方式进行I/O操作,只能以异步方式进行,也就是只有在确认设备已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/O操作。为此需要接口电路产生状态信号或中断请求信号,表明设备是否做好准备。即通过接口电路来进行单片机与外部设备之间的速度协调。 2. 输出数据锁存 由于CPU与外设速度的不一致,需要有接口电路把输出数据先锁存起来,待输出设备为接收数据做好准备后,再传送数据。这就是接口电路的数据锁存功能。 3. 数据总线隔离 线上可能连接着多个数据源(输入设备)和多个数据负载(输出设备)。一对源和负载的数据传送正在进行时,所有其他不参与的设备在电性能上必须与总线隔开。这就是接口电路的总线隔离功能。 为了实现总线隔离,需要有接口电路提供具有三态缓冲功能的三态缓冲电路。 4. 数据转换 外部设备种类繁多,不同设备之间的性能差异很大,信号形式也多种多样。单片机只能使用数字信号,如果外部设备所提供或需要的不是电压形式的数字信号,就需要有接口电路进行转换,其中包括模/数转换和数/模转换等。 5. 增强驱动能力 通过接口电路为输出数据提供足够的驱动功率,以保证外部设备能正常、平稳地工作。 7.1.2 关于接口电路的更多说明 1. 接口与接口电路 “接口” (Interface),具有界面、相互联系等含义,通过接口能使 两个被连接的器件协同工作。单片机接口,则是研究单片机与外部 设备之间的连接问题。单片机与外部设备之间接口界面的硬件电路 称为接口电路,或称为I/O接口电路。 2. 口或端口 为了实现I/O接口电路的界面功能,在接口电路中应包含一些寄 存器,通常把接口电路中这些已编址并能进行读或(和)写操作的 寄存器称为端口或简称口(Port)。完整的接口功能是靠软硬件相结 合实现的,而口则是供用户使用的硬件内容,用户在进行扩展连接 和编写相关程序时,要用到接口电路中的各个口,为此就需要知道 这些口的设置和编址情况。 3. I/O接口的特点 外部设备和I/O操作的复杂性,使接口电路成为单片机与外部设备之间必不可少的界面,通过接口电路居中协调和控制,保证外部设备的正常工作。 有关I/O接口的特点可归结为如下3点: ① 异步性。平时单片机与外部设备按各自的时序并行工作,只有在需要时外部设备才通过接口电路接受单片机的控制。 ② 实时性。单片机对外部设备的控制以查询或中断方式进行,以便最大限度地实现控制的实时化。 ③ 与设备无关性。接口芯片不一定是专用的,同一个接口芯片通过软件设置可为多种设备实现接口。 4. 并行接口与串行接口 按数据传输方式的不同,接口有并行与串行之分,即并行接口与串行接口。本章重点是并行接口。 7.1.3 I/O编址技术 为了对I/O接口电路中的寄存器(端口)进行读/写操作,就需要对它们进行编址,所以就出现了I/O编址问题。有两种I/O编址方式: 统一编址方式和独立编址方式。在80C51单片机系统中,采用统一编址方式。 所谓统一编址方式,就是把I/O接口中的寄存器与外扩展的数据存储器中的存储单元同等对待,合在一起使用同一个64 KB的外扩展地址空间。I/O和存储器的统一编址,使得I/O口也采用16位地址编址,并使用数据存储器读/写指令进行I/O操作,而不需要专门的I/O指令. 所谓独立编址方式,就是把I/O与存储器分开进行编址。这样,在一个单片机系统中就形成了两个独立的地址空间: 存储器地址空间和I/O地址空间。独立编址方式的优点是两个地址空间相互独立界限分明,但同时也存在许多麻烦并增加系统开销,所以独立编址方式在单片机中较少采用。 7.1.4 单片机I/O控制方式 1. 无条件方式 无条件传送也称为同步程序传送。只有那些能一直为I/O操作作好准备的设备,才能使用无条件传送方式。在进行无条件I/O操作时,无需测试设备的状态,可以根据需要随时进行I/O操作。 无条件传送适用于两类设备的I/O操作。一类是具有常驻的或变化缓慢的数据信号的设备。例如,机械开关、指示灯、发光二极管、数码管等,另一类则是工作速度非常快,足以和单片机同步工作的设备,例如数/模转换器(DAC)。 2. 查询方式 查询方式又称有条件传送方式,在I/O操

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