第8章 单片机的输入/输出接口
（1）I/O接口和I/O端口有什么区别？I/O接口的功能是什么？
解：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接口的功能：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）常用的I/O端口编址有哪两种方式？它们各有什么特点？MCS-51的I/O端口编址采用的是哪种方式？
解：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。但是，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。这种编址方式是把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，简单、方便且功能强大。MCS-51单片机使用的是I/O和外部数据存储器RAM统一编址的方式。
（3）I/O数据传送有哪几种传送方式？分别在哪些场合下使用？
解：①同步传送方式：同步传送又称为无条件传送。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，最典型的同步传送就是单片机和外部数据存储器之间的数据传送。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围设备准备好后，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。为了提高单片机的工作效率，通常采用中断方式。③中断传送方式：中断传送方式是利用MCS-51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。单片机只有在外围设备准备好后，发出数据传送请求，才中断主程序，而进入与外围设备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，采用中断方式可以大大提高单片机的工作效率。
（4）MCS-51的并行接口的扩展有多种方式，在什么情况下采用扩展8155H比较合适？什么情况下采用扩展8255A比较适合？
解：8255A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，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8155H芯片内包含有256B的RAM（静态），两个可编程的8位并行口PA和PB，1个可编程的6位并行口PC，以及1个14位减法定时器/计数器，所以它经常用作单片机的外围接口芯片。
（5）假设8155H的TIMERIN引脚输入的脉冲频率为1MHz，请编写出在8155H的TIMEROUT引脚上输出周期为10ms的方波的程序。
解：将1MHz的脉冲改变为10ms的方波，这就让我们想到了在数字电路里面学到的分频器。计算得出分频前后频率之比为10 000∶1，这样我们只要将定时器初值设置为64H就可以了（假设I/O口地址为7F00H～7F05H）。
START: MOV DPTR,#7F04H ;指针指向定时器低8位
MOV A,#64H ;送初值给A
MOVX @DPTR,A ;初值送给低8位
INC DPTR ;指向高8位
MOV A,#40H ;定时器方波输出
MOVX @DPTE,A
MOV DPTR,#7F00H ;指向命令/状态口
MOV A,#0C2H ;设定控制字
MOVX @DPTE,A ;启动定时器
END
（6）如果采用的晶振的频率为3MHz，定时器/计数器在工作方式0、1、2下，其最大的定时时间为多少？
答：因为机器周期 
，所以定时器/计数器工作方式0下，其最大定时时间为：
TMAX=213×Tc=213×4×10-6=8.192ms
同样可以求得方式1下的最大定时时间为262.144ms，方式2下的最大定时时间为1024ms。
（7）定时器/计数器用作定时器时，其计数脉冲由谁提供？定时时间与哪些因素有关？
答：定时器/计数器作定时器时，其计数脉冲由系统振荡器产生的内部时钟信号12分频后提供。定时时间与时钟频率和定时初值有关。
（8）定时/计数器用作定时器时，对外界计数频率有何限制？
答：由于确认1次负跳变要花两个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24。
（9）采用定时器/计数器T0对外部脉冲进行计数，每计数100个脉冲后，T0转为定时工作方式。定时1ms后，又转为计数方式，如此循环不止。假定MCS-51单片机的晶体振荡器的频率为6MHz，请使用方式1实现，要求编写出程序。
答：定时器/计数器T0在计数和定时工作完成后，均采用中断方式工作。除了第一次计数工作方式设置在主程序完成外，后面的定时或计数工作方式分别在中断程序完成，用一个标志位识别下一轮定时器/计数器T0的工作方式。
编写程序如下：
ORG0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP IT0P
MAIN: MOV TMOD,#06H ;定时器/计数器T0为计数方式2
MOV TL0,#156 ;计数100个脉冲的初值赋值
MOV TH0,#156
SETB GATE ;打开计数门
SETB TR0 ;启动T0，开始计数
SETB ET0 ;允许T0中断
SETB EA ;CPU开中断
CLR F0 ;设置下一轮为定时方式的标志位
WAIT: AJMP WAIT
IT0P: CLR EA ;关中断
JB F0,COUNT ;F0=1，转计数方式设置
MOV TMOD,#00H ;定时器/计数器T0为定时方式0
MOV TH0,#0FEH ;定时1ms初值赋值
MOV TL0,#0CH
SETB EA
RETI
COUNT: MOV TMOD,#06H
MOV TL0,#156
SETB EA
RETI
（10）定时器/计数器的工作方式2有什么特点？适用于哪些应用场合？
答：定时器/计数器的工作方式2具有自动恢复初值的特点，适用于精确定时，比如波特率的产生。
（11）编写程序，要求使用T0，采用方式2定时，在P1.0输出周期为400ms，占空比为10∶1的矩形脉冲。
答：根据题意，从P1.0输出的矩形脉冲的高低电平的时间为10∶1，则高低电平的时间分别为363.63ms和36.37ms。如果系统采用6MHz晶振的话，Tcy=2ms，因此高低电平输出取整，则约为364ms和36ms。
编写程序如下：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP IT0P
MAIN: MOV TMOD,#02H ;定时器/计数器T0为定时方式2
MOV TL0,#4AH ;定时364ms初值赋值
SETB TR0 ;启动T0，开始计数
SETB ET0 ;允许T0中断
SETB EA ;CPU开中断
SETB P1.0
WAIT: AJMP WAIT
IT0P: CLR EA
CLR P1.0 ;关中断
MOV R0,#9
DLY: DJNZ R0,DLY ;延时26ms
MOV TL0,#4AH ;定时364ms初值赋值
SETB P1.0
SETB EA
RETI
（12）编写一段程序，功能要求为：当P1.0引脚的电平正跳变时，对P1.1的输入脉冲进行计数；当P1.2引脚的电平负跳变时，停止计数，并将计数值写入R0、R1（高位存R1，低位存R0）。
答：将P1.1的输入脉冲接入INT0，即使用T0计数器完成对P1.1口的脉冲计数。
编写程序如下：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP IT0P
MAIN: JNB P1.0,MAIN
MOV TMOD,#05H ;定时器/计数器T0为计数方式1
SETB TR0 ;启动T0，开始计数
SETB ET0 ;允许T0中断
SETB EA ;CPU开中断
WAIT: JB P1.2,WAIT
CLR EA
CLR TR0
MOV R1,TH0
MOV R0,TL0
AJMP $
IT0P: INC R2
RETI
（13）解：①正确，②正确，③错误，④错误。
（14）LED的静态显示方式与动态显示方式有何区别？各有什么优缺点？
解：静态显示时，数据是分开送到每一个LED上的。而动态显示则是数据先送到每一个LED上，再根据位选线来确定是被哪一个LED显示。静态显示亮度很高，但口线占用较多。动态显示则好一点，适于用在显示位数较多的场合。
（15）说明矩阵式键盘按键按下的识别原理。
解：按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上，无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平亦为高。将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。
（16）键盘有哪3种工作方式，它们各自的工作原理及特点是什么？
解：①编程扫描方式。当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。②定时扫描工作方式。单片机对键盘的扫描也可用定时扫描方式，即每隔一定的时间对键盘扫描一次。③中断工作方式。只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描子程序并执行该按键功能程序，如果无键按下，单片机将不理睬键盘。
（17）什么是D/A转换器？
解：D/A转换器（Digit to Analog Converter）是将数字量转换成模拟量的器件，通常用DAC表示，它将数字量转换成与之成正比的电量，广泛应用于过程控制中。
（18）简述D/A转换器的主要技术指标。
解：D/A转换器的主要性能指标如下。
① 分辨率：单位数字量所对应的模拟量增量，即相邻两个二进制码对应的输出电压之差称为D/A转换器的分辨率。它确定了D/A产生的最小模拟量变化，也可用最低位（LSB）表示。
② 精度：精度是指D/A转换器的实际输出值与理论值之间的误差，它是以满量程VFS的百分数或最低有效位（LSB）的分数形式表示的。
③ 线性误差：D/A转换器的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始、终点连线）之间是有偏差的，这个偏差就是D/A的线性误差，即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个LSB所对应的模拟值之差，常以LSB的分数形式表示。
④ 转换时间TS（建立时间）：从D/A转换器输入的数字量发生变化开始，到其输出模拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为转换时间。
（19）简述D/A转换芯片的主要结构特性。
解：D/A转换芯片的主要结构特性如下。
① 数字输入特性。
数字输入特性包括接收数的码制、数据格式以及逻辑电平等。目前批量生产的D/A转换芯片一般都只能接收自然二进制数字代码。
② 模拟输出特性。
目前多数D/A转换器件均属电流输出器件，手册上通常给出的是输入参考电压及参考电阻之下的满码（全l）输出电流。另外，还给出最大输出短路电流以及输出电压的允许范围。
③ 锁存特性及转换控制。
D/A转换器对数字量输出是否具有锁存功能将直接影响与CPU的接口设计。如果D/A转换器没有输入锁存器，通过CPU数据总线传送数字量时，必须外加锁存器，否则只能通过具有输出锁存功能的I/O给D/A送入数字量。
④ 参考电源。
D/A转换中，参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量，是D/A转换接口中的重要电路，对接口电路的工作性能、电路结构有很大影响。