单片机原理及应用系统设计第5章--IO口的配置与应用课件

1、第5章 I/O口的配置与应用单片机原理及应用系统设计主要内容1I/O口的工作模式及结构2与I/O口有关的特殊功能寄存器及其地址声明3应用举例5.1.1 并行I/O口工作模式IAP15W4K58S4单片机最多有62个I/O口，P0P7（没有P5.6和P5.7）其中IAP15W4K58S4（LQFP44封装）单片机共有42个I/O端口线。本书以LQFP44封装为例。LQFP44所有I/O口均可由软件配置成4种工作类型之一，如下表所示。4种类型分别为：准双向口/弱上拉（标准8051输出模式）、推挽输出/强上拉、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。5.1 I/O口工作模式及结构5.1.1 并行I/O口工作

2、模式I/O口驱动能力每个I/O口驱动能力均可达到20mA 40-pin及40-pin以上单片机的整个芯片最大不要超过120mA 20-pin以上及32-pin以下（包含32-pin）单片机的整个芯片最大不要超过90mA5.1 I/O口工作模式及结构5.1.1 并行I/O口工作模式I/O口控制每个口由2个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。STC15系列单片机的I/O 口上电复位后为准双向口/弱上拉（传统8051的I/O 口）模式。每个端口的工作模式由PnM1和PnM0（n=0,1,2,3,4,5）两个寄存器的相应位来控制。除与专用PWM模块有关的引脚（P0.6/P0.7/P1.6/P1.

3、7/P2.1/ P2.2/P2.3/P2.7/P3.7/P4.2/P4.4/P4.5）为高阻外， IAP15W4K58S4单片机上电复位后所有I/O口均为准双向模式。5.1 I/O口工作模式及结构补充：上拉电阻与下拉电阻上拉电阻：电阻一端接VCC，一端接逻辑电平接入单片机引脚。下拉电阻：电阻一端接GND，一端接逻辑电平接入单片机引脚。如图，R13和R14，一端接到了3.3V，一端通过J17连接到单片机引脚，这两个电阻就是上拉电阻。 补充：上拉电阻与下拉电阻如图，R18的一端连接到了GND，一端连接到了单片机的引脚(只不过是串了一个电阻后连接到了单片机引脚)。所以这个就是下拉电阻。补充：上拉电阻

4、与下拉电阻如图，R18的一端连接到了GND，一端连接到了单片机的引脚(只不过是串了一个电阻后连接到了单片机引脚)。所以这个就是下拉电阻。如果IE_DATA不连接任何引脚，那么由于R18的下拉作用，IE_DATA就是低电平，所以三极管就不会导通。补充：上拉电阻与下拉电阻上拉电阻和下拉电阻有什么用？ 功能一：提高驱动能力。例如，用单片机输出高电平，但由于后续电路的影响，输出的高电平不高，就是达不到VCC，影响电路工作。所以要接上拉电阻。下拉电阻情况相反，让单片机引脚输出低电平，结果由于后续电路影响输出的低电平达不到GND，所以接个下拉电阻。 补充：上拉电阻与下拉电阻功能二：在单片机引脚电平不定的时

5、候，让后面有一个稳定的电平。例如上面接下拉电阻的情况下，在单片机刚上电的时候，电平是不定的，还有就是如果你连接的单片机在上电以后，单片机引脚是输入引脚而不是输出引脚，那这时候的单片机电平也是不定的，R18的作用就是如果前面的单片机引脚电平不定的话，强制让电平保持在低电平。 补充2：灌电流与拉电流拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力（注意：拉、灌都是对输出端而言的，所以是驱动能力）的参数，这种说法一般用在数字电路中。由于数字电路的输出只有高、低（0，1）两种电平值，高电平输出时，一般是输出端对负载提供电流，其提供电流的数值叫“拉电流”；低电平输出时，一般是输出端要吸收负载的电流，其吸收电流的数值

6、叫“灌（入）电流” 补充2：灌电流与拉电流结论如下：单片机输出低电平的时候，驱动能力尚可，而输出高电平的时候，就没有输出电流的能力。灌电流负载，是合理的；而“拉电流负载”和“上拉电阻”会产生很大的无效电流，并且功耗大。设计单片机的负载电路，应该采用“灌电流负载”的电路形式，以避免无谓的电流消耗。 表5-1 I/O口工作模式的设置控制信号I/O口工作模式PnM17:0PnM07:000准双向口（传统8051 I/O 口模式)：灌电流可达20mA，拉电流为270uA，由于制造误差，实际为270uA150uA01推挽输出：强上拉输出，可达20mA，要加限流电阻10仅为输入（高阻）11开漏（Open

7、Drain）：内部上拉电阻断开。需外加上拉电阻，否则读不到外部状态，也对外输不出高电平。此模式用于5V器件与3V器件电平切换例如：P0M1和P0M0用于设定P0口的工作模式5.1.2 并行I/O口的结构下面介绍IAP15W4K58S4单片机的并行I/O口不同模式的结构与工作原理。1准双向口工作模式2推挽工作模式3仅输入（高阻）工作模式4开漏输出工作模式5.1 I/O口工作模式及结构1.准双向口工作模式 准双向口工作模式下，I/O口的电路结构如图5-1所示。此模式下，I/O口可用直接输出而不需要重新配置口线输出状态。每个端口都包含一个8位的锁存器，即特殊功能寄存器P0P5。这种结构在数据输出时具

8、有锁存功能，即在重新输出新的数据之前，口线上的数据一直保持不变。图5-1 准双向口工作模式I/O口的电路结构 准双向口有三个上拉场效应管T1、T2、T3，以适用不同的需要。其中，T1称为“强上拉”，T2称为“极弱上拉”，T3称为“弱上拉”。 1.当口线寄存器为“1”且引脚本身也为“1”时，T3导通，T3提供基本驱动电流使准双向口输出为“1”。如果一个引脚输出为“1”而由外部装置下拉到低电平时，T3断开，而T2维持导通状态。 2.当口线锁存为“1”， T2导通。当引脚悬空时，这个极弱的上拉源产生很弱的上拉电流，当引脚上拉为高电平。 3.当口线锁存器由“0”到“1”跳变时，T1用来加快准双向口由逻

9、辑“0”到逻辑“1”的转换。当发生这种情况时，T1导通约两个时钟，以使引脚能够迅速地上拉到高电平。 2.推挽工作模式 推挽输出工作模式下，I/O口的电路结构如图5-2所示。此模式下，I/O口输出的下拉结构、输入电路结构与准双向口模式是一致的，不同的是推挽输出工作模式下I/O口的上拉是持续的“强上拉”。 当从端口引脚上输入数据时，必须先向端口锁存器置“1”，使T2截止。图5-2 推挽输入输出工作模式下I/O口的电路结构3.仅输入（高阻）工作模式 仅为输入（高阻）工作模式下，I/O口的电路结构如图5-3所示。此模式下，可直接从端口引脚读入数据，而不需要先对端口锁存器置“1”。图5-3 仅为输入（高

10、阻）工作模式下I/O口的电路结构4. 开漏输出工作模式开漏工作模式下，I/O口电路结构如图5-4所示。此模式下，I/O口输出的下拉结构与推挽输出/准双向口一致，输入电路与准双向口一致，但是输出驱动无任何负载，即开漏状态，输出应用时，必须外接上拉电阻。图5-4 开漏输出工作模式下I/O口的电路结构4. 开漏输出工作模式开漏工作模式下，I/O口电路结构如图5-4所示。此模式下，I/O口输出的下拉结构与推挽输出/准双向口一致，输入电路与准双向口一致，但是输出驱动无任何负载，即开漏状态，输出应用时，必须外接上拉电阻。图5-4 开漏输出工作模式下I/O口的电路结构5.2 与I/O口有关的特殊功能寄存器及

11、其地址声明P5 register ，地址C8H，可位寻址，如表5-2所示：P5M1 register，地址C9H，如表5-3所示：P5M0 register，地址CAH，如表所示：P4 register，地址C0H，可位寻址，如表所示：P4M1 register，地址B3H，如表所示：P4M0 register，地址B4H，如表所示：P3 register ，地址B0H，可位寻址，如表所示：P3M1 register，地址B1H，如表所示：P3M0 register，地址B2H，如表所示：P2 register，地址95H，可位寻址，如表所示：P2M0 register，地址96H，如表所示：

12、P1 register ，地址90H，如表所示：P1M1 register，地址91H，如表所示：P1M0 register，地址92H，如表所示：P0 register，地址80H，可位寻址，如表所示：P0M1 register，地址93H，如表所示：P0M0 register，地址94H，如表所示：下面分别列出汇编语言和C语言情况下，各个I/O的地址声明。 1.汇编语言 /*以下是P5口新增功能寄存器的地址声明 P5 EQU 0C8H ; OR P5 DATA 0C8H P5M1 EQU 0C9H ; OR P5M1 DATA 0C9H P5M0 EQU 0CAH ; /* 以下是P4口新

13、增功能寄存器的地址声明 P4 EQU 0C0H ; OR P4 DATA 0C0H P4M1 EQU 0B3H ; OR P4M1 DATA 0B3H P4M0 EQU 0B4H ; 以下是P3口新增功能寄存器的地址声明P3M1 EQU 0B1H ; OR P3M1 DATA 0B1HP3M0 EQU 0B2H ; 以下是P2口新增功能寄存器的地址声明P2M1 EQU 095H ; P2M0 EQU 096H ; 以下是P1口新增功能寄存器的地址声明P1M1 EQU 091H ; P1M0 EQU 092H ; 以下是P0口新增功能寄存器的地址声明P0M1 EQU 093H ; P0M0 EQ

14、U 094H ;2C语言/*以下为P5新增功能寄存器的C语言地址声明*/sfrP5 = 0 xc8;sfrP5M1 = 0 xc9;sfrP5M0 = 0 xca;/*以下为P4新增功能寄存器的C语言地址声明*/sfrP4 = 0 xc0;sfrP4M1 = 0 xb3;sfrP4M0 = 0 xb4;/*以上为P3新增功能寄存器的C语言地址声明*/sfrP3M1= 0 xb1;sfrP3M0= 0 xb2;/*以上为P2新增功能寄存器的C语言地址声明*/ sfrP2M1=0 x95;sfrP2M0=0 x96;/*以上为P1新增功能寄存器的C语言地址声明*/sfrP1M1=0 x91;sfr

15、P1M0=0 x92;/*以上为P0新增功能寄存器的C语言地址声明*/ sfrP0M1=0 x93;sfrP0M0=0 x94;5.3 应用举例 【案例】点亮LED，启动后LED1、LED2、LED3间隔2s后闪烁，原理图如图所示。/* 头文件*#include iap15w4k58s4.h /IAP15W4K58S4头文件#include delay.h /延迟函数头文件 /* 声明*sbit LED1= P50; / 定义LED1sbit LED2= P51; / 定义LED2sbit LED3= P52; / 定义LED3/* 程序主函数*/void main( ) / 主函数 P5M0

16、 = 0 x00; /定义准双向口模式 P5M1 = 0 x00; while(1) LED1 = 0; / 点亮LED1 LED2 = 0; / 点亮LED2LED3 = 0; /点亮 LED1 DelayMS(2000) / 延时2s LED1 = 1; / 熄灭LED1 LED2 = 1; /熄灭 LED2 LED3 = 1; / 熄灭LED3 DelayMS(2000); /延时2s 【案例】按键检测（晶振频率18.432MHZ）。按键控制LED转换，按键按下后低电平，未按时为高电平；按键1后，LED1点亮；按键2后，LED2点亮；按键3后，LED3点亮；按键4后，LED全亮。其原理图

17、如图所示： 5.3 应用举例#include iap15w4k58s4.h /可以不再加reg51.h #include delay.h / 延时函数头文件sbit KEY1 = P20; /定义KEY1为P2.0脚sbit KEY2 = P21; /定义KEY2为P2.1脚sbit KEY3 = P22; /定义KEY3为P2.2脚sbit KEY4 = P23; /定义KEY4为P2.3脚sbit LED1 = P50; /定义LED1为P5.0脚 sbit LED2 = P51; /定义LED2为P5.1脚sbit LED3 = P52; /定义LED3为P5.2脚void main(

18、) / 主函数 P2M0=0X00;P2M1=0X00;P5M0=0X00;P5M1=0X00;DelayMS(100); DelayUS(100);LED1 = 1;LED2 = 1;LED3 = 1;KEY1 = 1;KEY2 = 1;KEY3 = 1;KEY4 = 1;DelayMS(100); DelayUS(100); while (1) / 主循环 if (KEY1 = = 0)LED1 = 0; / LED1 点亮DelayMS(1000);/ 延时1秒LED1 = 1; / LED1熄灭 else if (KEY2 = = 0) LED2 = 0; / LED2 点亮 DelayMS(1000) ; / 延时1秒 LED2 = 1; / LED2熄灭else if (KEY3 = = 0) LED3 = 0; / LED3 点亮 DelayMS(1000); / 延时1秒 LED3 = 1; / LED3熄灭 else if (KEY4=0) LED1 = 0; / LED1