单片机原理及应用_第二讲课件

1、第二讲 单片机I/O口的使用 发光二极管 KEIL调试（仿真调试） 简单延时程序 C51库函数的调用 锁存器 流水灯 蜂鸣器 开关控制单片机I/O口的使用 对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的何种控制，都是通过I/O口进行的。51单片机总共有P0、P1、P2、P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O端口都能作输入输出口用，其中P0和P2通常用于对外部存储器的访问。MCS-51单片机的并行端口结构与操作51系列单片机有4 4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占3232根引脚。每个端口都包括一个锁存

2、器(即专用寄存器P0P0P3P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0P0P3P3。Go! 在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。51单片机4个I/O端口线路设计的非常巧妙，学习I/O端口逻辑电路，不但有利于正确合理地使用端口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。 综上所述：当P0作为I/O口使用时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果作为输入，必须先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入

3、电平。 当CPU内部控制信号为“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。 二极管参数 普通发光二极管的正向饱和压降为1.6V-2.1V,正向工作电流为5-20mA。 LED的特性的特性1、极限参数的意义、极限参数的意义(1)允许功耗允许功耗Pm：允许加于：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值之积的最大值。超过此值LED发热损坏。发热损坏。(2)最大正向直流电流最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。此值可损坏二极管。(3)最大反向

4、电压最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值发光：所允许加的最大反向电压。超过此值发光二极管可能被击穿损坏。二极管可能被击穿损坏。(4)工作环境工作环境topm：发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于：发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。或高于此温度范围发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 二极管参数 LED的特性的特性2、电参数的意义、电参数的意义(1)正向工作电流正向工作电流IF：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。 (2)正向工作电压正向工作电压VF：参数表中给出的

5、工作电压是在给定的正向电：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作时测得的。发光二极管正向工作电压电压VF在在1.4-3V。在外界温度升高时。在外界温度升高时VF将下降。将下降。 由于发光二极管具有最大正向电流由于发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压、最大反向电压VRm的限制，使用时应保证不超过此值。为安全起见，实际电流的限制，使用时应保证不超过此值。为安全起见，实际电流IF应应在在0.6IFm以下，应让可能出现的反向电压以下，应让可能出现的反向电压VR0.6VRm。 二极管参数 LED的分类的分类 按发

6、光管发光颜色可分成红色、橙色、绿色，又细分黄绿、按发光管发光颜色可分成红色、橙色、绿色，又细分黄绿、标准绿和纯绿、蓝光等。另外有的发光二极管中包含二种或三种标准绿和纯绿、蓝光等。另外有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。颜色的芯片。 超亮发光二极管有三种颜色超亮发光二极管有三种颜色然而三种发光二极管的压降都然而三种发光二极管的压降都不相同。其中红色的压降为不相同。其中红色的压降为2.0-2.2V 黄色的压降为黄色的压降为1.82.0V 绿色的压降为绿色的压降为3.03.2V。 正常发光时的额定电流均为正常发光时的额定电流均为20mA。 一般一般LED的工作电流在十几的工作电流在十几mA至几

7、十至几十mA而低电流而低电流LED的的工作电流在工作电流在2mA以下，亮度与普通发光管相同。以下，亮度与普通发光管相同。 实验板上八个发光二极管共阴极，分别连接在P1端口的八位上。KEIL调试（仿真调试调试（仿真调试）keil软件软件和和Proteus的的完美联调完美联调 第一步：安装keil 4和Proteus 7以上的版本 第二步：到网上下载VDM51.dll文件，将其复制到 C:KeilC51BIN文件夹下。(目录名都是默认的，你可以根据你实际安装的目录进行复制) 第三步：用记事本打开Keil 根目录下的 TOOLS.INI 文件，在C51 栏目下加入 TDRV9=BINVDM51.DL

8、L (Proteus VSM Monitor-51 Driver ) ，其中“TDRV9” 中的“9”要根据实际情况写，不要和原来的重复。(我的这个文件中已经有了从TDRV1到TDRV8, 所以我用的是TDRV9)KEIL调试（仿真调试）调试（仿真调试）keil软件和软件和proutes的完美联调的完美联调 第四步：keil的设置。运行keil程序，建立一个新的工程。点击工具栏的option for target按钮，在出现的对话框里点击Debug，在右栏上部的下拉菜单里选中 Proteus VSM Monitor-51 Driver，还要点击一下Use前面的小圆点。 最后还要点击后面的set

9、tings，如果你只是本机联调的话，host后面写127.0.0.1,port:后面写:8000。 第五步：Proteus的设置。运行Proteus的ISIS，鼠标左键点击菜单DEBUG，选中use romote debuger monitor 第六步：在Proteus中打开设计好单片机系统，双击MCU选中要调试运行的HEX文件。 这样你就可以在keil中实现对Proteus的控制了，断点单步等都是可以的。你会发现喜欢上这两个软件，开始慢慢对单片机的学习产生兴趣KEIL调试（仿真调试）调试（仿真调试）keil软件和软件和proutes的完美联调的完美联调调试按钮复位全速运行单步运行设置断点：在

10、要设置断点的语句前双击鼠标左键设置断点：在要设置断点的语句前双击鼠标左键寄存器窗口I/O状态窗口KEIL调试（仿真调试）调试（仿真调试）keil软件和软件和proutes的完美联调的完美联调变量监控窗口按按F2键添加要查看的变量键添加要查看的变量延时程序延时一秒：无参函数void delay()for(i=0;i1000;i+) for(j=0;j110;j+);延时xms毫秒：带参函数void delay(unsigned int xms)for(i=0;ixms;i+) for(j=0;j110;j+);库函数及其调用库函数及其调用常用库函数头文件：常用库函数头文件：CTYPE.H(ASC

11、II字符的分类和转换函数字符的分类和转换函数) 如：如：Isalnum、toint、_toupperMATH.H(算术运算函数算术运算函数) 如：如：abs、exp、pow、sqrtINTRINS.H(内部函数内部函数) 如：如：_crol_、 _cror_ 、 _nop_STDIO.H(流输入输出函数，默认送往串口流输入输出函数，默认送往串口) 如：如：getchar、printf、scanfSTDLIB.H(数据类型转换及存储器定位函数数据类型转换及存储器定位函数) 如：如：atof、malloc、rand、freeSTRING.H(字符串和缓存操作函数字符串和缓存操作函数) 如：如：st

12、rcpy、strlen、strcat库函数库函数库函数及其调用库函数及其调用在KEIL“帮助”里可查 点亮二极管：点亮一个二极管#include sbit led=P06;void main() while(1) led=0;电路电路 点亮二极管：流水灯#include void delay()int i,j; for(i=0;i=1000;i+) for(j=0;j=110;j+);void main()unsigned char temp,i; while(1) temp=0 x01; for(i=0;i9;i+) P0=temp; delay(); temp=temp1; void ma

13、in()unsigned char temp,i; temp=0 x01; for(i=0;i9;i+) P0=temp; delay(); temp=temp1; 加加while(1)循环与不加循环的区别：循环与不加循环的区别：电路电路源程序源程序加加while(1)循环时，是死循环时，是死循环，循环，main()一直在运行不一直在运行不会结束。会结束。不不加加循环，循环，main()运行会运行会结束结束。结束后，又会重复运。结束后，又会重复运行。行。这是因为这是因为Keil C51程序自动加载了一个名程序自动加载了一个名为为”STARTUP.A51”的文件，在这个文件里面进行了的文件，在这

14、个文件里面进行了一系列的初始化操作后进入用户编写的一系列的初始化操作后进入用户编写的C语言程序入口语言程序入口main函数中，函数中，main函数执行完毕后函数执行完毕后，经过一段时间，经过一段时间，在在STARTUP.A51文件后有一句跳转到程序入口文件后有一句跳转到程序入口main函数的语句，所以会再次进入函数的语句，所以会再次进入C语言主程序语言主程序main函数函数中执行相关内容。中执行相关内容。也可以这样看：也可以这样看：上上电后程序指针电后程序指针PC就会从程序存储器的就会从程序存储器的0地址开始执行地址开始执行,中间会按照程序的要求跳到需要的地址执行中间会按照程序的要求跳到需要的

15、地址执行,如果如果执行执行到最后一条指令完而没有相应的跳转指令到最后一条指令完而没有相应的跳转指令,PC会继续往会继续往存储器的下一地址执行存储器的下一地址执行,而而下一地址是没有烧写指令进下一地址是没有烧写指令进去的去的(理论上是全理论上是全1或全或全0,随厂家而定随厂家而定),这时就出现了跑这时就出现了跑飞飞,在在PC将所有地址都跑一遍之后会回到将所有地址都跑一遍之后会回到0地址地址,如此如此循循环。环。为什么为什么我们我们在在windows、linux等上面运行不带死循等上面运行不带死循环的环的C语言代码后程序就会自行终止呢语言代码后程序就会自行终止呢？1)C51单片机不带单片机不带OS

16、（操作系统），代码的（操作系统），代码的执行由执行由STARTUP.A51来来安排。安排。2)像像windows、Linux这类的平台是带了这类的平台是带了OS的，运行的，运行一个一个C语言程序语言程序对它们来说对它们来说就是一个任务，除了运行就是一个任务，除了运行C语言程序这个任务外还有其它的任务。当运行一个语言程序这个任务外还有其它的任务。当运行一个C语语言程序完毕时，此次的任务也算是完成了言程序完毕时，此次的任务也算是完成了。如在如在linux shell界面运行一界面运行一个可个可执行文件时，可以当做是执行文件时，可以当做是shell调调用用了这个了这个可执行程序。可执行程序。在可执行

17、程序运行在可执行程序运行完毕后，将返完毕后，将返回值等返回给回值等返回给shell界面。整个界面。整个C语言文件的生死全有语言文件的生死全有linux shell程序管理程序管理。 所以建议的所以建议的做法是加做法是加while(1)循环循环! 点亮二极管： 用单个按键控制灯的亮灭 a) 按键按下灯亮，按键松开灯灭 b) 按键每按一下灯的状态取反，由亮变灭，或由灭变亮电路电路源程序源程序 锁存器锁存器锁存器的作用：锁存器的作用： 当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输当处理器把数据传输到锁存器并将其锁存后，锁存器的输出引脚便会一直保持数据状态，直到下一次锁存新的数据为止。出引脚便会

18、一直保持数据状态，直到下一次锁存新的数据为止。这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和这样在数码管的显示内容不变之前，处理器的处理时间和IO引引脚便可以释放。可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发脚便可以释放。可以看出，处理器处理的时间仅限于显示内容发生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。而生变化的时候，这在整个显示时间上只是非常少的一个部分。而处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。这就是处理器在处理完后可以有更多的时间来执行其他的任务。这就是锁存器在锁存器在LED和数码管显示方面的作用和数码管显示方面的作用:节省了宝贵的节省了宝贵的MCU时间。时间。

19、 锁存器锁存器锁存器与缓冲器的比较：锁存器与缓冲器的比较： 锁存器就是把当前的状态锁存起来，使锁存器就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。解除锁定。 缓冲器分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将缓冲器分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了缓冲器，就可以使高用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了缓

20、冲器，就可以使高速工作的速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。功能。 锁存器锁存器74HC573真值表INPUTSOUTPUTSOELEDQLHHHLHLLLLXQ0HXXZ1、当、当OE为高电平时，无论为高电平时，无论LE、D为何种为何种电平，其输出电平，其输出Q都为高阻态；都为高阻态；2、当、当OE为低电平时，为低电平时，当当LE为高电平时，输出为高电平时，输出Q随输入随输入D变化而变化而变化，随时与之保持一致。变

21、化，随时与之保持一致。当当LE为低电平时，无论输入为低电平时，无论输入D为何种电为何种电平，输出平，输出Q总输出上一次的状态，即锁存。总输出上一次的状态，即锁存。 蜂鸣器蜂鸣器 蜂鸣器根据输入的脉冲发声，脉冲频率不一样发出的声音也蜂鸣器根据输入的脉冲发声，脉冲频率不一样发出的声音也不一样不一样。 蜂鸣器蜂鸣器 蜂鸣器蜂鸣器 实验板上蜂鸣器连接在P23上。 蜂鸣器蜂鸣器1、根据不同频率发声、根据不同频率发声2、播放音乐、播放音乐电路电路源程序源程序实验二 1.编写程序，使8个发光二极管循环点亮，时间间隔约0.5秒。灯亮时蜂鸣器响，灭时关闭蜂鸣器。 2.8个LED从左到右循环依次点亮（本次灯亮时，

22、上一次的灯继续亮），直到8个灯全亮后，蜂鸣器响一下，然后都熄灭，如此循环 3.用8个发光管演示出8位二进制数累加过程。实验三 1.编写成驱动蜂鸣器发声，然后修改蜂鸣器输入脉冲频率，注意蜂鸣器发声变化。 2.编写程序驱动蜂鸣器播放音乐（生日快乐、康定情歌代码）。实验四 1.按下开关发光二极管亮，松开时发光二极管灭。 2.按一次开关发光二极管状态变化一次（由亮变灭、或由灭变亮）。 3.开关控制报警器：用K1开关触发报警器（蜂鸣器）报警，程序控制循环输出两种不同频率的声音，模拟很逼真的报警效果。作业二 完成以下题目（要求给出电路图、程序流程图、源程序）1、8个发光管间隔个发光管间隔200ms由上至下

23、，再由下至上，再重复一次，由上至下，再由下至上，再重复一次，然后全部熄灭再以然后全部熄灭再以300ms间隔全部闪烁间隔全部闪烁5次。重复此过程。次。重复此过程。2、间隔间隔300ms先奇数亮再偶数亮，循环三次先奇数亮再偶数亮，循环三次；两两个分别从两边往中间流动三次个分别从两边往中间流动三次；再；再从中间往两边从中间往两边流动三流动三次次；8个全部闪烁个全部闪烁3次次；关闭关闭发光管，程序停止发光管，程序停止。3、2个开关个开关K1、K2，8个灯（只亮一个灯），按下个灯（只亮一个灯），按下K1时时8个个灯灯中左移一个灯亮，按下中左移一个灯亮，按下K2时时8个灯个灯中右移中右移一个灯一个灯亮。亮

24、。4、2个开关个开关K1、K2，按下按下不同的不同的按键按键，SOUNDER发出不同频发出不同频率的声音。使用延时函数实现不同频率的声音率的声音。使用延时函数实现不同频率的声音输出输出。下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚一、P0口的结构 P1、P2 和P3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用

25、功能有所不同。 P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1”, 然后才能进入输入操作。 P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 可作为扩展系统的地址总线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 对于 8031 而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。 1、P0口作为普通I/O口输出时输出时CPU发出控制电平“0 0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出D QCLK QMUX

26、P0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读引脚：读引脚：由传送指令由传送指令(MOVMOV)实现；实现； 下下面一个缓冲器用于读端口面

27、一个缓冲器用于读端口引脚引脚数据，当执行一条数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁

28、存器读锁存器：读锁存器：有些指令有些指令 如：如：ANL P0ANL P0，A A称为称为“读读- -改改- -写写” 指令，需要读锁存器。指令，需要读锁存器。 上上面面一个缓冲器用于读端口一个缓冲器用于读端口锁存器锁存器数据。数据。*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存

29、器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 P0口必须接上拉电阻； 在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口； 三态输入缓冲器的作用： （ANL P0，A）P0iQ19013VCCGNDOUTPUTD QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚准双向口： 从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器

30、写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。 2、P0作为地址/数据总线 在系统扩展时，在系统扩展时，P0P0端口作为端口作为地址地址/ /数据总线数据总线使用时，使用时，分为：分为： P0P0引脚引脚输出地址输出地址/ /数据数据信息。信息。 D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，打开，打开“与与”门，又使多路开门，又使多路开关关MUXMUX把把CPUCPU的的地址地址/ /数据总线数据总线与与

31、T2T2栅极反相接通，输出地栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个址或数据。由图上可以看出，上下两个FETFET处于反相，构处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/ /数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 P0P0引脚引脚输出地址输出地址/ /输入数据输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线内部总线。 此时，此时，CPUCPU自动使自动使MUXMUX向下，并向向下，并向P0P0口写口写“1 1”，“读引读引脚脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。部总线。-真正的双向口D QCLK QMUXP0.