第4章并行IO口的应用与扩展

1、第第4 4章章 并行并行I/OI/O口的口的 应用与扩展应用与扩展 本章学习目标本章学习目标 v掌握掌握MCS-51MCS-51单片机单片机并行并行I/OI/O口口的应用的应用v掌握掌握键盘与显示器键盘与显示器的扩展原理及方法的扩展原理及方法4.1 单片机的并行接口单片机的并行接口P0P3 MCS-51单片机有单片机有P0、P1、P2、P3四个四个8位双向位双向I/O口，每个口，每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，四个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，四个口共口共32根口线，用作位控制十分方便。根口线，用作位控制十分方便。一、四个并行口使用的注意事项如下一

2、、四个并行口使用的注意事项如下：n如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接接口，单片机的四个口均可作口，单片机的四个口均可作I/O口使用。口使用。n四个口在作输入口使用时，均应先对其写四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读。，以避免误读。nP0口作口作I/O口使用时应外接口使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必。的上拉电阻，其它口则可不必。nP2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。口线使用。nP3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作口的某些

3、口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线口线使用使用nP0驱动驱动8个个TTL电路，电路，P1，P2，P3可驱动可驱动4个个TTL电路。电路。3.3.读读- -修改修改- -写写： 修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据通过修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据通过 上三态门进入内部总线，修改后再写入到锁存上三态门进入内部总线，修改后再写入到锁存 器中。器中。 读读- -修改修改- -写指令：并行口为目的操作数的指令：写指令：并行口为目的操作数的指令： 如：如：ANL P1ANL P1，A A1.1.输出锁存输出锁存：输出将使数据写入：输出将使数据写入输出锁存器输出锁存器。 输出指令：输出

4、指令：MOVMOVP1P1，A A MOV MOVP1.0P1.0，C C2.2.输入三态输入三态：输入从：输入从I/OI/O引脚上输入信号，读信号打开，引脚引脚上输入信号，读信号打开，引脚 信号通过下三态门进入内部总线。信号通过下三态门进入内部总线。为保证可靠为保证可靠 输入，先写入输入，先写入“1”1”。MOVMOVP1P1，#0FFH#0FFH；使输出驱动器截止使输出驱动器截止MOVMOVA A，P1P1；输入输入 P0P0P3P3的复位状态均为的复位状态均为FFHFFH，自动处于输入状态。自动处于输入状态。二、并行接口的三种操作：二、并行接口的三种操作： 首先，在应用设计中应理解，计算

5、机内由首先，在应用设计中应理解，计算机内由数字电路组成只存在两种数字电路组成只存在两种TTLTTL电平，高电平电平，高电平3.53.55V5V和低和低 电平电平0V0V，对应着的数字为，对应着的数字为“1”1”和和“0”0”。 外设的状态要通过电路转换成高、低电外设的状态要通过电路转换成高、低电平，计算机才能识别平，计算机才能识别( (如开关电路如开关电路) )。 计算机输出数据计算机输出数据“1”1”即输出即输出3.5V3.5V5V5V，输出，输出数据数据“0”0”即输出即输出0V0V，根据外设需要的电平要，根据外设需要的电平要求求 输出输出“1”1”或或“0”0”数据，这就是程序控制外设数

6、据，这就是程序控制外设的本的本质。质。 4.2 4.2 并行并行I/OI/O口的直接应用口的直接应用 P1.789C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6K0K1K2K3LED0LED1LED2LED3+5V+5V41004k1 . 5 从从P1.0P1.0P1.3 P1.3 输入开关状态，再经输入开关状态，再经P1.4P1.4P1.7P1.7输出输出去驱动发光二极管，使发光二极管显示开关的状态去驱动发光二极管，使发光二极管显示开关的状态。 接成灌电流形接成灌电流形式，能增加驱式，能增加驱动能力，使二动能力，使二极管更亮些。极管更亮些。并行并行I/O口的直接应用举例口的直

7、接应用举例控制程序如下：控制程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG0030HMAIN：MOVA，#0FFH MOVP1，A ；熄灭发光二极管，；熄灭发光二极管， ； P1口低位写口低位写 “1” MOV A，P1；读入开关状态；读入开关状态 SWAPA ；A高低半字节交换高低半字节交换 MOV P1，A；开关状态输出；开关状态输出 AJMP MAIN END4.3 LEDLED显示器的扩展显示器的扩展 单片机应用系统中，常常使用发光二极管（单片机应用系统中，常常使用发光二极管（LED）来指示系统运行状态，使用数码管显示检测）来指示系统运行状态，使用数码管显示检测参数和数据。

8、显示程序涉及到硬件电路的连接，显参数和数据。显示程序涉及到硬件电路的连接，显示结果最为直观，所以，学习单片机显示程序编写示结果最为直观，所以，学习单片机显示程序编写有利于提高读者的学习兴趣，同时也为后续调试较有利于提高读者的学习兴趣，同时也为后续调试较大程序提供故障诊断的方法。大程序提供故障诊断的方法。 单片机应用系统中，最常用的是七段式单片机应用系统中，最常用的是七段式LED显显示器，又称数码管。示器，又称数码管。 4.3.1 LED数码数码显示器的结构与原理显示器的结构与原理常见数码管的管脚排列如下图（常见数码管的管脚排列如下图（a）所示，其中）所示，其中COM为公共为公共点。根据内部发光

9、二极管的接线形式，可分为共阴极型点。根据内部发光二极管的接线形式，可分为共阴极型(图图(b)和共阳极型和共阳极型(图图(c)。d1 2 3 4abcdpfec dpdegfbaGNDGNDabcdefgdpabcdefgdp+5v8R8Rg共阴极共阴极共阳极共阳极图（图（a）图（图（b）图（图（c）n LED数码管的数码管的ga七个发光二极管因加正七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不能发亮，不同亮电压而发亮，因加零电压而不能发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为为段码段码（或称（或称字型码字型码） ，显然共阳极和共阴极，显然共阳

10、极和共阴极的字形码是不同的的字形码是不同的 ，其字形码见下表。，其字形码见下表。n LED数码管每段需数码管每段需1020ma的驱动电流，的驱动电流，可用可用TTL或或CMOS器件驱动。器件驱动。n 字形码的控制输出可采用硬件译码方式，字形码的控制输出可采用硬件译码方式，如采用如采用BCD 7段译码段译码/驱动器驱动器74LS48、74LS49、CD4511(共阴极共阴极)或或74LS46、74LS47、CD4513(其阳极其阳极)也可用软件查表方式输出。也可用软件查表方式输出。 十六进制数字形码表十六进制数字形码表 显示显示字符字符段段 符符 号号十六进制代码十六进制代码dpgfedcba共

11、阴共阴共阳共阳0123456789ABCDEFHP0000000000000000010011111011110111111000111011111011111010001010111111111011011011011110001101111111110100001111100111100100011011011111101011113FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H76H73HC0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H88H83HC6HA1H86H8EH89H8CH4.3.2 LED接口电路：接口电路：两种显示

12、电路：静态显示和动态显示。两种显示电路：静态显示和动态显示。占用口线多占用口线多1 1静态显示：静态显示： 每位的段码线（每位的段码线（adp）分别与一个分别与一个8位的锁存器位的锁存器输出相连输出相连。显示字符一确显示字符一确定，相应锁存器的段码输定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入出将维持不变，直到送入另一个段码为止。另一个段码为止。各位的公共端连接在一起各位的公共端连接在一起 （接地或（接地或+5V）。）。2 2动态显示：动态显示：所有位的段码线所有位的段码线相应段并在一起，由一个相应段并在一起，由一个8位位I/O口控制口控制，各位，各位的的公共端分别由相应的公共端分别由相应的I

13、/O线控制线控制。分时轮流选通分时轮流选通数码管的公共端，数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通的使得各数码管轮流导通，在选通的LED 上得到显示字形码。上得到显示字形码。一个接口完成字形码的输出一个接口完成字形码的输出(字形选择字形选择)，另一接口完成各数码，另一接口完成各数码管的轮流点亮管的轮流点亮(字位选择字位选择)。2 2动态显示：动态显示：n动态显示动态显示采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时，利用人眼的暂留特性较高时，利用人眼的暂留特性 ，看不出闪烁显示现象。，看不出闪烁显示现象。n特点：节省硬件资源，成本较低，但

14、要保证显示器正常显示，特点：节省硬件资源，成本较低，但要保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序，降低了必需每隔一段时间执行一次显示子程序，降低了CPU的工作的工作效率；同时效率；同时显示亮度较静态显示低显示亮度较静态显示低。例例3-52 单片机显示电路下图所示，试编写一个系统上单片机显示电路下图所示，试编写一个系统上电自检程序。要求使电自检程序。要求使6个数码管从右到左轮流显示个数码管从右到左轮流显示“8.”1秒后，再全部显示秒后，再全部显示“8.”3秒，最后最右边的数码秒，最后最右边的数码管显示管显示“0”，其余全部熄灭。设时钟频率为，其余全部熄灭。设时钟频率为11.0

15、592MH。RSTC1510u+5+5+5R58K+5S2123U10ASN74AS00456U10BR111KR121K1324JP2Y111.0592MHzC1730PFC1630PFVcc40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732EA/Vpp31Vss20XTAL119XTAL218T0/P3.414INT0/P3.212RST9P1.78P1.67P1.56U1STC89c52A1B2C3G16G2A4G2B5Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U7 SN74ALS138A02A13A24A35A46A5

16、7A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U674ALS245R610K+5+5abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2ab cedfgdpDS1abcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2ab cedfgdpabcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2ab cedfgdpDS3abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpS1S2S3S4S5S6+5DS1DS2S1S2S3S4S5S6A02A13A24A35A46A57A6

17、8A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U874ALS245+54.4 矩阵式键盘的扩展矩阵式键盘的扩展1. 1. 键盘输入的特点键盘输入的特点键盘：一组按键开关的集合。键盘：一组按键开关的集合。 行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，输出波行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，输出波形如图。形如图。4.4.1 4.4.1 键盘接口原理键盘接口原理2. 2. 按键的确认按键的确认 检测检测行线行线电平电平 高电平高电平：断开；断开；低电平低电平：闭合，：闭合，常用常用软件来消除按键抖动软件来消除按键抖动。 基本思想基本思想：检测到有

18、键按下，键对应的行线为低，软：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时件延时10ms10ms后，行线如仍为低，则确认该行后，行线如仍为低，则确认该行有键按下有键按下。3.3.如何消除按键的抖动如何消除按键的抖动 有键松开时有键松开时，行线变高，软件延时，行线变高，软件延时10ms10ms后，行线仍后，行线仍为为高，说明按键已松开。高，说明按键已松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期采取以上措施，躲开了两个抖动期t1t1和和t3t3的影响。的影响。4.4.2 4.4.2 键盘接口的工作原理键盘接口的工作原理独立式独立式按键接口和按键接口和矩阵式矩阵式键盘接口。键盘接口。1.1.独立式键盘接口独立

19、式键盘接口 各键相互独立，每个各键相互独立，每个按键各接一根输入线，按键各接一根输入线，通过通过检测输入线的电平检测输入线的电平状态状态可很容易判断哪个可很容易判断哪个键被按下。键被按下。此种接口此种接口适于键数较少或操作速度较高适于键数较少或操作速度较高的场合。的场合。2. 矩阵式键盘接口矩阵式键盘接口由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图所示。如图所示。 用于按键数目较多的场合用于按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式，行列式键盘与独立式键盘相比，要键盘相比，要节省很多的节省很多的I/OI/O口线口线。0123106759841114

20、151312+5VX3X2X1X0Y3Y0Y2Y1按键按键输出输出（1）、行列式键盘工作原理）、行列式键盘工作原理 无键按下，该行线为高电平，无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。的电平来决定。 由于行、列线为多键共用，由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必各按键彼此将相互发生影响，必须须将行、列线信号配合起来并作将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的适当的处理，才能确定闭合键的位置。位置。 （2） 、按键的识别方法、按键的识别方法常用的为扫描法常用的为扫描法 图图8-58-5中中6 6号键被按下为例，来说

21、明此键是如何被号键被按下为例，来说明此键是如何被识别出来的。识别出来的。扫描法进行按键识别扫描法进行按键识别的方法，分两步进行：的方法，分两步进行：第第1 1步步：识别键盘有无键按下识别键盘有无键按下第第2 2步步：如有键被按下，识如有键被按下，识别出具体的按键。别出具体的按键。 把所有列线置把所有列线置0 0，检查各，检查各行线电平是否有变化，如有行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。变化，则无键按下。 依次把某一列置低电平，依次把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行行线电平的变化，如果某

22、行线电平为低，可确定线电平为低，可确定此行列此行列交叉点交叉点处的按键被按处的按键被按下。下。扫描结果：列线扫描结果：列线Y2为低为低电平，行线电平，行线X1为低电平为低电平 可采用依次排列键号的方式对按键进行编码。以图可采用依次排列键号的方式对按键进行编码。以图8-5中的中的44键盘为例，可将键号编码为：键盘为例，可将键号编码为：0、1、2、F等等16个键个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。 计算法转换按键的键号：计算法转换按键的键号： 键号（值）键号（值）=行号行号每行的按键个数每行的按键个数+列号列号 对应的对应的44矩阵键盘的按键键号，如表矩阵键盘的按键键号，如表8-1所示。所示。（3 3）键盘的编码）键盘的编码（4 4）键盘的扫描方式键盘的扫描方式 通常，通常，键盘扫描方式有键盘扫描方式有3 3种，即