单片机原理及应用9 项目三IO口应用设计与调试ppt课件

1、工程三工程三 I/O口运用设计与调试口运用设计与调试工程背景工程背景单片机的单片机的I/O口主要承当了单片机系统与和外部口主要承当了单片机系统与和外部电路及设备打交道的义务。单片机之所以可以电路及设备打交道的义务。单片机之所以可以完成各种丈量与控制功能，主要是由于完成各种丈量与控制功能，主要是由于I/O口能口能按照要求做出输入和输出。换言之，对单片机按照要求做出输入和输出。换言之，对单片机的运用开发，很大程度上是对于的运用开发，很大程度上是对于I/O口的操作。口的操作。也就是说，不论单片机系统多么庞大、运算操也就是说，不论单片机系统多么庞大、运算操作多么复杂，其目的都是对其作多么复杂，其目的都

2、是对其I/O口的操作。要口的操作。要运用单片机就必需对单片机的运用单片机就必需对单片机的I/O口的内部构造、口的内部构造、接口电路、任务方式有明确的认识。接口电路、任务方式有明确的认识。工程三工程三 I/O口运用设计与调试口运用设计与调试 工程目的工程目的 掌握掌握51单片机并行单片机并行I/O端口构造与运用特点端口构造与运用特点 掌握点阵掌握点阵LED显示器构造和任务原理显示器构造和任务原理 掌握掌握LED数码管显示器构造和任务原理数码管显示器构造和任务原理 掌握中断系统运用知识和运用编程方法掌握中断系统运用知识和运用编程方法 工程义务工程义务 并行并行I/O端口运用：发光二极管跑灯控制电路

3、设计与调端口运用：发光二极管跑灯控制电路设计与调试试 单片机单片机LED点阵显示器设计、编程调试点阵显示器设计、编程调试 单片机单片机LED数码管显示器设计、编程调试数码管显示器设计、编程调试 中断系统运用设计、编程调试中断系统运用设计、编程调试工程三工程三 I/O口运用设计与调试口运用设计与调试学习义务学习义务1 认知并行认知并行I/O端口构造与特点端口构造与特点 学习内容学习内容 并行并行I/O口口P0P3的构造、功能与运用特点的构造、功能与运用特点 学习目的学习目的 了解了解51单片机并行单片机并行I/O口口P0P3的构造、功能的构造、功能 掌握掌握I/O口有运用特点口有运用特点51单片

4、机设有四个单片机设有四个8位双向位双向I/O端口端口P0、P1、P2、P3，各端口均由端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成，除各端口均由端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成，除了可以用作字节输入了可以用作字节输入/输出外，它们的每一位口也可以单独输出外，它们的每一位口也可以单独用作输入输出口线。各端口的地址映像均在特殊功能存放器用作输入输出口线。各端口的地址映像均在特殊功能存放器中，既有字节地址，又有位地址。对端口锁存器的读写，就中，既有字节地址，又有位地址。对端口锁存器的读写，就可以实现端口的输入输出操作。每一个可以实现端口的输入输出操作。每一个I/O口的构造和运用口的构造和运用方法均有

5、所不同。方法均有所不同。一、一、P0口口P0.0P0.7、3239脚脚 1构造构造 P0口的构造如图口的构造如图3-1所示，包括所示，包括1个输出锁存器，个输出锁存器，2个三态缓冲器，个三态缓冲器，1个输出驱动电路和个输出驱动电路和1个输出控个输出控制端。输出驱动电路由一对场效应管组成，其任制端。输出驱动电路由一对场效应管组成，其任务形状受输出端的控制，输出控制端由务形状受输出端的控制，输出控制端由1个与门、个与门、1个反相器和个反相器和1个转换开关个转换开关MUX组成。组成。P0口既可作口既可作为输入输出口，又可作为地址低为输入输出口，又可作为地址低8位位/数据总数据总线运用。线运用。1构造

6、构造VCC地址/数据控制锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚&12端口功能端口功能 1P0口作通用口作通用I/O端口运用端口运用 P0口可以作通用口可以作通用I/O，此时控制端为低电平，转换，此时控制端为低电平，转换开关把输出级与锁存器的开关把输出级与锁存器的Q端接通，同时因与门端接通，同时因与门输出为低电平，输出级输出为低电平，输出级V1管处于截止形状，输出管处于截止形状，输出级为漏极开路电路，作为输出口驱动级为漏极开路电路，作为输出口驱动NMOS电路电路时应外接上拉电阻；作为输入口运用时，应先将时应外接上拉电阻；作为输入口运用时，应先将锁

7、存器写锁存器写“1，这时输出级两个场效应管均截止，这时输出级两个场效应管均截止，可作高阻抗输入，经过三态输入缓冲器读取引脚可作高阻抗输入，经过三态输入缓冲器读取引脚信号，从而完成输入操作。信号，从而完成输入操作。2端口功能端口功能 2P0口作地址口作地址/数据复用总线运用数据复用总线运用 假设从假设从P0口输出地址或数据信息，此时控制端应口输出地址或数据信息，此时控制端应为高电平，转换开关为高电平，转换开关MUX将反相器输出端与输出将反相器输出端与输出级场效应管级场效应管V2接通，同时与门开锁，内部总线上接通，同时与门开锁，内部总线上的地址或数据信号经过与门去驱动的地址或数据信号经过与门去驱动

8、V1管，又经过管，又经过反相器去驱动反相器去驱动V2管，这时内部总线上的地址或数管，这时内部总线上的地址或数据信号就传送到据信号就传送到P0口的引脚上。任务时低口的引脚上。任务时低8位地位地址与数据线分时运用址与数据线分时运用P0口。低口。低8位地址由位地址由ALE信信号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由位地址由P2口输出口输出P0口和口和P2口的地址口的地址/数据总数据总线功能，请参阅其他书籍。线功能，请参阅其他书籍。 P0口作为地址口作为地址/数据总线口时，地址信号是没有锁存的，数据总线口时，地址信号是没有锁存的，需外加锁存器将地址

9、加以锁存，常用芯片需外加锁存器将地址加以锁存，常用芯片74LS373来完成来完成这一功能。这一功能。 锁存器锁存器74LS373的引脚和真值表见图的引脚和真值表见图3-2。 作为输出口时，需接上拉电阻，电阻典型值为作为输出口时，需接上拉电阻，电阻典型值为4.7K。 P0口的驱动才干为可带口的驱动才干为可带8个个LSTTL电路输入。电路输入。2端口功能端口功能3. P0口的运用特点口的运用特点 P0口可作通用口可作通用I / O口运用，又可作地址口运用，又可作地址/数据总数据总线口；线口； P0既可按字节寻址，又可按位寻址；既可按字节寻址，又可按位寻址； P0作为输入口运用时：是准双向口，先写作

10、为输入口运用时：是准双向口，先写“1，再运用读入指令读入数据；再运用读入指令读入数据； 作为通用作为通用I / O 口输出时：是漏极开路输出，需口输出时：是漏极开路输出，需接上拉电阻；接上拉电阻； 作为地址作为地址/数据总线口时，数据总线口时，P0是一真正双向口，是一真正双向口，而作通用而作通用I / O口时，只是一个准双向口。口时，只是一个准双向口。二、二、P1口口P1.0P1.7、18脚脚) 1构造构造 P1端口端口P1.0-P1.7，1-8脚是一个内部脚是一个内部带上拉电阻的带上拉电阻的8位位I/O端口，端口，P1端口的每一端口的每一位可以驱动位可以驱动4个个LS型型TTL负载，内部电路

11、如负载，内部电路如图图3-3所示。所示。 P1端口只能作端口只能作I / O口用，且是一个准双向口用，且是一个准双向口。内部已有上拉电阻，不是漏极开路输口。内部已有上拉电阻，不是漏极开路输出口。出口。1构造构造VCC锁存器P1.XDCPQQP1.X引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚内部上拉电阻2功能功能 单一功能的准双向口。单一功能的准双向口。 P1口为口为8位准双向口，每一位均可位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存写入锁存器，器，Q(非非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至截止，内上拉电阻将电位拉至1，此，此时该口

12、输出为时该口输出为1，当，当0写入锁存器，写入锁存器，Q(非非)=1,T2导通，输出导通，输出那么为那么为0。作为输入口时，锁存器置。作为输入口时，锁存器置1，Q(非非)=0，T2截止，截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正由于这个缘由，所以电阻拉成高电平，正由于这个缘由，所以P1口常称为准口常称为准双向口。双向口。 P1口运用本卷须知：在口运用本卷须知：在51单片机的单片机的4 个并行个并行8位位I/O口中，口中，只需只需P1口是单一功能的准双向口。口是单一功能的准双向口。 P1口作为输出口，执行指令：口作

13、为输出口，执行指令：MOV P1，A 功能是将累功能是将累加器加器A中的数送至中的数送至P1口。口。2功能功能 例例3-1：如图：如图3-4，1 位位LED由由1位位I/O口口驱动，实现驱动，实现1位位LED的闪光控制。图的闪光控制。图中振荡器衔接和复中振荡器衔接和复位电路省略，以下位电路省略，以下同同XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67

14、P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51PROGRAM=1LED.HEXD1LED-GREENR12002功能功能1汇编言语程序如下：汇编言语程序如下： ORG 0100H ；程序起始地址是；程序起始地址是0100HLED1:MOV A,#0FEH ；将要输出的十六进制数据；将要输出的十六进制数据F

15、EH送到送到A存放存放器器LD: MOV P1,A ；数据由；数据由P1口送出，口送出，1位低电平点亮位低电平点亮LED LCALL YS ；调用一段延时子程序，坚持点亮灭形状；调用一段延时子程序，坚持点亮灭形状 CPL A ；A内数据按位取反，灯灭亮内数据按位取反，灯灭亮 LJMP LD ；转到；转到LD，实现程序延续运转，实现程序延续运转YS: MOV R7,#0FFH ；延时子程序，存放器装入数据；延时子程序，存放器装入数据0FFHYS1: MOV R6,#0FFH ；先装数据再用指令使其减到；先装数据再用指令使其减到0，到达延时，到达延时目的目的 DJNZ R6,$ ；$代表本条指令的

16、地址代表本条指令的地址 DJNZ R7,YS1 ；存放器内数据减；存放器内数据减1不为不为0转移到标号指向的地转移到标号指向的地址址 RET ；子程序前往指令，转回调用指令的下一个地址；子程序前往指令，转回调用指令的下一个地址 END ；调试中用到的终了伪指令；调试中用到的终了伪指令2功能功能2C言语程序：言语程序：/*声明区声明区*/#include /包含包含8051存放器的头文件存放器的头文件sbit LED=P10; /定义定义LED衔接到衔接到P0unsigned int a; /声明无符号变量声明无符号变量a/*主程序主程序*/void main()while(1) /无限循环无限

17、循环a=50000; /变量变量a赋初值，给延时程序做预备赋初值，给延时程序做预备LED=0; /LED赋初值，灯亮赋初值，灯亮while(a-); / a减减1直到直到0，延时，一种简单的延时，延时，一种简单的延时方法方法a=50000; /变量变量a赋初值赋初值LED=1; /灯灭灯灭while(a-); / a减到减到0，延时，延时3运用特点运用特点 P1口是一个有内部上拉电阻的准双向口，口是一个有内部上拉电阻的准双向口，P1口的口的每一位口线能独立用作输入线或输出线。作输出每一位口线能独立用作输入线或输出线。作输出时，如将时，如将“0写入锁存器，场效应管导通，输出写入锁存器，场效应管导

18、通，输出线为低电平，即输出为线为低电平，即输出为“0。因此在作输入时，。因此在作输入时，必需先将必需先将“1写入口锁存器，使场效应管截止。写入口锁存器，使场效应管截止。该口线由内部上拉电阻提拉成高电平，同时也能该口线由内部上拉电阻提拉成高电平，同时也能被外部输入源拉成低电平，即当外部输入被外部输入源拉成低电平，即当外部输入“1时时该口线为高电平，而输入该口线为高电平，而输入“0时，该口线为低电时，该口线为低电平。平。P1口作输入时，可被任何口作输入时，可被任何TTL电路和电路和MOS电电路驱动，由于具有内部上拉电阻，也可以直接被路驱动，由于具有内部上拉电阻，也可以直接被集电极度开路和漏极开路电

19、路驱动，不用外加上集电极度开路和漏极开路电路驱动，不用外加上拉电阻。拉电阻。三、三、P2口口P2.0P2.7，2128脚脚 1P2口位构造口位构造 P2端口位逻辑端口位逻辑电路如图电路如图3-5所所示。示。 引脚上拉电阻引脚上拉电阻同同P1口。在构口。在构造上，造上，P2口比口比P1口多一个输口多一个输出控制部分。出控制部分。P2端口内部也端口内部也有上拉电阻，有上拉电阻，每一位可以驱每一位可以驱动动4个个LS型型TTL负载。负载。锁存器P2.XDCPQQ读锁存器写锁存器内部总线读引脚VCCP2.X引脚内部上拉电阻1地址 控制MUX2功能功能 1 P2口作为通用口作为通用I/O端口运用时，是一

20、个准双向口，此端口运用时，是一个准双向口，此时转换开关时转换开关MUX倒向左边，输出级与锁存器接通，引脚倒向左边，输出级与锁存器接通，引脚可接可接I/O设备，其输入输出操作与设备，其输入输出操作与P1口完全一样。口完全一样。 2 P2口作为地址总线口运用口作为地址总线口运用 当系统中接有外部存储器时，当系统中接有外部存储器时，P2口用于输出高口用于输出高8位地址位地址A15A8。这时在。这时在CPU的控制下，转换开关的控制下，转换开关MUX倒向右倒向右边，接通内部地址总线。边，接通内部地址总线。P2口的口线形状取决于片内输口的口线形状取决于片内输出的地址信息，这些地址信息来源于出的地址信息，这

21、些地址信息来源于PCH、DPH等。在等。在外接程序存储器的系统中，由于访问外部存储器的操作延外接程序存储器的系统中，由于访问外部存储器的操作延续不断续不断,P2口不断送出地址高口不断送出地址高8位。位。 3 P2口运用本卷须知：在最小运用系统中，口运用本卷须知：在最小运用系统中，P2口任务口任务于准双向口功能，内部已有上拉电阻，用于输出不需外接。于准双向口功能，内部已有上拉电阻，用于输出不需外接。 在有扩展的运用系统中，在有扩展的运用系统中，P2口被用于地址高口被用于地址高8位总线。位总线。P2提供的地址信号是经过锁存的，不需外加锁存器。但提供的地址信号是经过锁存的，不需外加锁存器。但要留意，

22、要留意，P2口的一位或几位被用于地址线时，其他的位口的一位或几位被用于地址线时，其他的位普通不再被用作普通不再被用作I/O口运用。口运用。3运用特点运用特点 当当P2口作为通用口作为通用I / O接口时，是一个接口时，是一个8位准双向口。位准双向口。 从从P2口输入数据时，先向锁存器写口输入数据时，先向锁存器写“1。 可位寻址，也可按字节寻址可位寻址，也可按字节寻址 可输出地址高可输出地址高8位。位。 P0、P2口口 当无扩展时，当无扩展时，P0、P2口可作通用的输入、输出口；口可作通用的输入、输出口； 当有程序存放器、数据存放器、当有程序存放器、数据存放器、I/O口扩展时，口扩展时，P0口作

23、为口作为地址地址/数据分时复用总线，数据分时复用总线，P2口作为高口作为高8位地址总线。位地址总线。四、四、P3口口P3.0P3.7，1017脚脚 1构造构造 P3端口的位逻辑电路如图端口的位逻辑电路如图3-6所示，内部带上拉电阻。每所示，内部带上拉电阻。每一位的驱动才干是一位的驱动才干是4个个LS型型TTL负载。负载。锁存器P3.XDCPQQ读锁存器写锁存器内部总线读引脚VCCP3.X引脚内部上拉电阻&第二输出功能第二输入功能2功能功能 P3口是一个多用途的端口，也是一个准双向口。口是一个多用途的端口，也是一个准双向口。 P3口除了有口除了有I/O口功能外，还具有第二功能，见表口功能

24、外，还具有第二功能，见表3.1。2功能功能 作为第一功能运用时，其功能同作为第一功能运用时，其功能同P1口；当作第二口；当作第二功能运用时，每一位功能定义如表所示。功能运用时，每一位功能定义如表所示。P3口的口的第二功能实践上就是系统具有控制功能的外部控第二功能实践上就是系统具有控制功能的外部控制总线。制总线。 P3口运用本卷须知：口运用本卷须知：P3口用于准双向口功能时，口用于准双向口功能时，内部已有上拉电阻，用于输出不需外接；当内部已有上拉电阻，用于输出不需外接；当P3端端口作为输入口运用时，要求同口作为输入口运用时，要求同P2端口，先使其输端口，先使其输出高电平再读入。出高电平再读入。

25、P3口可由用户定义为准双向口或是第二功能口。口可由用户定义为准双向口或是第二功能口。在有扩展的系统中在有扩展的系统中P3.6、P3.7只能是写、读功能。只能是写、读功能。五、五、I/O口运用口运用 例例3-2：运用：运用Proteus软件设计画出在单片机最小系统的根软件设计画出在单片机最小系统的根底上用底上用P1作为输出口接八只发光二极管的电路原理图，作为输出口接八只发光二极管的电路原理图，编程完成灯光移位控制和调试。编程完成灯光移位控制和调试。 参考电路：参考电路：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P

26、0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C58D1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDD5LE

27、D-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDR120OhmR220OhmR320OhmR420OhmR520OhmR620OhmR720OhmR820Ohm1汇编言语参考程序汇编言语参考程序8个灯左移循环点亮，程序由个灯左移循环点亮，程序由P1口的各位逐一输出低电平驱动口的各位逐一输出低电平驱动LED点亮加延时子程序构成。点亮加延时子程序构成。ORG 0000HLJMP 0030HORG 0030HDG： MOV P1，#0FEH ;P1口上输出口上输出7位高电平位高电平,1位低电平位低电平,点亮一个灯点亮一个灯 LCALL YS ;延时延时 MOV P1，#0FDH ;灯

28、左移一位，下同灯左移一位，下同 LCALL YSMOV P1，#0FBH LCALL YSMOV P1，#0F7H LCALL YSMOV P1，#0EFH LCALL YSMOV P1，#0DFH LCALL YSMOV P1，#0BFHLCALL YSMOV P1，#07FH LCALL YSLJMP DG ;程序转至程序转至DG，实现循环控制，实现循环控制YS： MOV R7，#0FFH ;延时子程序延时子程序YS2： MOV R6，#0FFH ;存放器先赋值，延时时间长短由数值大小决议存放器先赋值，延时时间长短由数值大小决议YS1： DJNZ R6，YS1 ;存放器内数减存放器内数减1

29、不为不为0转移，构成循环转移，构成循环DJNZ R7，YS2 ;延时由两个存放器减延时由两个存放器减1不为不为0循环构成循环构成RET 上述控制还可改为一段循环程序，效果一样：上述控制还可改为一段循环程序，效果一样： ORG 0000H LJMP 0030H ORG 0030H MOV A，#0FEH ；将初始形状；将初始形状0FEH由由A存放器送到存放器送到P1口口输出输出 DG： MOV P1，A LCALL YS RL A ；A存放器中的数按位左移一位存放器中的数按位左移一位 LJMP DG YS： MOV R7，#0FFH ；延时子程序，由两个存放器；延时子程序，由两个存放器中的数减中

30、的数减1实现实现 YS2： MOV R6，#0FFH YS1： DJNZ R6，YS1 DJNZ R7，YS2 RET五、五、I/O口运用口运用2C言语编程言语编程/*声明区声明区*/#include /包含包含8051存放器的头文件存放器的头文件#define LED P1/定义定义LED衔接到衔接到P1void delay(int x);/声明延时函数声明延时函数/*主程序主程序*/main()unsigned char i;/声明无符号数字变量声明无符号数字变量iwhile(1)/无限循环无限循环LED=0 xfe;/LED赋初值，即最右边灯亮赋初值，即最右边灯亮for(i=0;i8;i

31、+)/for循环，左移循环，左移7次次delay(100);/延时延时1005ms=0.5sLED=(LED1) |0 x01 ;/左移一位，并在最低位补左移一位，并在最低位补1/*延时函数延时函数*/void delay(int x)/5ms的延时函数的延时函数int i,j;/定义变量定义变量i，jfor(i=0;ix;i+)/for循环循环x次，延时约次，延时约x5ms for(j=0;j600;j+);/循环循环600次，延时约次，延时约5ms注：本例中注：本例中LED=(LED1)|0 x01语句的功能是语句的功能是P1口的形状左移口的形状左移1位后再按位与位后再按位与01H做或运算

32、，使做或运算，使P1口最低位补口最低位补1，灯是左移点亮的；如去掉，灯是左移点亮的；如去掉|0 x01部分，就变为了逐个点亮，直至全亮。部分，就变为了逐个点亮，直至全亮。运用数组的概念编程：运用数组的概念编程：/*声明区声明区*/#include /包含包含8051存放器的头文件存放器的头文件#define LED P1/定义定义LED衔接到衔接到P1void delay(int x);/声明延时函数声明延时函数/*主程序主程序*/main()unsigned char i;/声明无符号数字变量声明无符号数字变量i unsigned chardis =0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef