输入输出接口

1、单片机原理与应用第5章 输入输出接口P0-P3 输入输出接口的作用数据缓冲功能信号转换功能接受和执行CPU命令的功能 51单片机具有的输入输出接口: P0、P1、P2、P3 4个8位双向I/O口 5.1 P0P3端口功能与内部结构P0.0P0.7P0驱动器P2驱动器P2.0P2.7P0锁存器P2锁存器暂存1RAMRAM地址寄存器EPROMROMACC暂存2寄存器BALUSP中断、串行口及定时器模块PSW定时及控制指令寄存器程序地址寄存器DPTRPCPC加1缓冲器P1锁存器P3锁存器P1驱动器P3驱动器P1.0P1.7P3.0P3.7振荡器VccVssPSENALEEARSTXTAL1 XTAL

2、2图11 MCS51总体结构框图8051单片机的引脚12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0图1-12 8031，8051

3、，8751芯片管脚图MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口，记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及数据输出驱动等电路。四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以按位操作。当系统没有扩展外部器件时，I/O端口用作双向输入输出口；当系统作外部扩展时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器件配合使用。P0口：地址（低8位）/数据时分复用口 普通I/O口 P1口：普通I/O口 P2口：地址（高8位） 普通I/O口5.1.1 端口功能P3口是一个双功能I/O口普通I/O口第二功能口P3口的每一位都具有第二

4、功能。P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RDWRT1T0INT1INT0TxDRxD P3口的第二功能大多与其内部功能部件有关，RD、WR是外部数据存储器的写、读控制信号。 8XX51单片机扩展程序存储器2732的电路图见图P0口图15 P0口的位结构P0口有两种用途：普通I/O端口 当单片机系统没有扩展外部芯片时，P0口用作双向输入输出端口。这时图中多路开关的控制信号为低电平，输出与锁存器的反向输出端相连，同时上面的场效应管由于与门输出为低电平而截止。 作输出时：输出0时，将0输出到内部总线上，在写锁存器信号控制下写入锁存器，锁存器的反向输出端输出1，下面的场效

5、应管导通，输出引脚成低电平。输出1时，下面的场效应管截止，上面的场效应管也是截止状态，输出引脚成高阻态，不是希望的1状态，这时，必须外加上拉电阻 作输入时：P0端口引脚信号通过一个输入三态缓冲器接入内部总线，再读引脚信号控制下，引脚电平出现在内部总线上。为了能读到真实的引脚信号，下面的场效应管必须截止，即锁存器的内容必须是1。为了能正确读取引脚信号，锁存器必须先写1，因而P0口是一个准双向口。(读引脚) 在图的左上方有一个三态缓冲器，是为了读取锁存器内容而设。如指令: P0 = P0 | 0XF0；将P0口的输出状态与0XF0按位或后再输出到P0口，这里读的数据是P0口锁存器的内容，运算结果又

6、写入到P0口锁存器。(读锁存器)地址/数据复用总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能扩展时，P0口要用作系统总线。在P0口上分时输出目标地址的低8位和要交换的字节数据。 用作地址/数据复用总线时，多路开关的控制信号为1，输出与上方的地址/数据线反向器的输出相连，由于控制信号为1，上面的场效应管受地址/数据信号控制，与下面的场效应管成为推挽输出形态。外部不再需要上拉电阻，P0口为真正的双向I/O口。 操作过程：假如要读外部程序存储器中0 x1245单元的指令，首先从P0口输出45H，P2口输出12H，控制器输出ALE地址锁存信号，再发出指令输出允许信号PSEN，外部程序存储器0 x12

7、45单元的内容出现在总线上，由CPU读入程序指令寄存器，译码执行。P1口图18 P1口的位结构P2口图16 P2口的位结构P2口也有两种使用方式做普通I/O口 这时，控制信号将驱动场效应管的反向器的输入与P2口输出锁存器的Q端相连。当作输出时与P0口类似，但P2口内部有上拉电阻，不需外接。当输入使用时，输出锁存器也必须写1。所以，P2口也是一个准双向I/O口。作地址总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能扩展时，P2口要用作地址总线，输出目标地址的高8位。这时控制信号将驱动场效应管的反向器的输入与地址线相连。 P2口没有复用要求，所以外部不需地址锁存器。应当注意：当P2口的几位作地址线

8、使用时，剩下的P2口线不能作I /O口线使用。P3口P3.X图17 P3口的位结构P3口是一个双功能I/O口若不设定自动处于第一功能普通I/O口 作普通I/O口时，选择输出功能端为高电平，场效应管受输出锁存器的控制，是一个准双向I/O口。第二功能口P3口的每一位都具有第二功能。P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RDWRT1T0INT1INT0TxDRxD归纳四个并行口使用的注意事项如下：1。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接口，单片机的四个口均可作I/O口使用。2。四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读。3。P0口作I/O口

9、使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必。4。P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。5。P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。5.2 编程举例例5.1例5.2include“reg51.h”main( ) P1=0 xff； while(1) P1=P14； P1P1|0 x0f； LED正偏时才能发亮，按电路接法，当P1.0输出“1”，LED正偏而发亮，当P1.0 输出“0” ，LED 的两端电压为 0 而熄灭。 LED+5VVcc-EARST10uF 1KP1.089S51P1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51+5V

10、Vcc-EARST10uF 1KP1.089S51+5VP1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51K 例5-2.在图5.3中P1.4P1.7接四个发光二极管LED,P1.0P1.3接四个开关，编程将开关的状态反映到发光二极管上。 89C51/89S51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V+5V1K43304EA 例3.用P1.0输出1KHz的音频信号驱动扬声器，作报警信号，P1.7接一开关进行控制，当开关合上响报警信号，当开关断开告警信号停止，编出程序。 5.3 I/O口设计LED数码显示器和键盘LED显示器结构与原理 LED显示器是由发光二

11、极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED，这种显示器有共阴极与共阳极两种。afbegcddp1 2 3 4 510 9 8 7 6 g f a b e d c dp (a) 共阴极 (b) 共阳极 (c) 管脚配置图 LED显示器（a）共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二极 管的阳极为高电平时，该发光二极管则点亮；（b）共阳极LED显示器的发光二极管阳极并接。 七段显示器与单片机接口：只要将一个8位并行输出口与显示器的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，如下表所示。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码

12、。显示字符共阴段选码共阳段选码显示字符共阴段选码共阳段选码03FHC0H87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0HB7CH83H466H99HC39HC6H56DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EHLED显示器与显示方式 N位LED显示器有N根位选线和8N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、灭。IO 口段选控制a b c d e f g dpa b c d e f g dpa b c d e f g dpa b c d e f g dpa b c

13、d e f g dpIO 口位选控制图 N位LED显示器LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。(1)LED静态显示方式各位LED的位选线连在一起接地或接+5V；每位LED的段选线（adp）各与一个八位并行口相连。在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。GND/+5VIO (1)GND/+5VIO (2)GND/+5VIO (3)GND/+5VIO (4)GND/+5V 图 四位静态LED显示器电路 (2)LED动态显示方式 将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位IO口控制，而位选线分别由相应的IO口线控制。如：8位LED动态显示电路只需要两个八位IO口。其中一个控制段选码，另一个控制

14、位选。动态显示三部曲 I/O (1)I/O (2)D7D6D5D4D3D2D1D0图 八位LED动态显示器电路 由于所有位的段选码皆由一个IO控制，因此，在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用动态扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，位选控制IO口在该显示位送入选通电平（共阴极送低电平、共阳极送高电平）以保证该位显示相应字符，段选控制IO口输出相应字符段选码。如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。 不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。由人眼的视觉特性，每一位LED在一秒

15、钟内点亮不少于30次，其效果和一直点亮相差不多。LED灯的判别 例如图5.5是接有五个共阴极数码管的动态显示接口电路，用74LS373接成直通的方式作驱动 电路，阴极用非门74LS04反相门驱动，字形选择由P1口提供，位选择由P3口控制。 当P3.0P3.4轮流输出1时，五个数码管轮流显示。P1.7接开关，当开关打向位置“1”时， 显示“12345”字样，当开关打向“2”时，显示“HELLO”字样，程序清单如下： 用C语言完成上述功能编程#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit P17=P17;main(

16、) uchar code tab15=0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed; /*“15”的字 形码， 因P1.7接的开关，最高位送“1”*/ uchar code tab25=0 xf8,0 xf9,0 xb8,0 xb8,0 xbf; /*“HELLO”的段码， 最高位送 “1”*/ uchar i;uint j;while(1) P3=0 x01;for(i=0;i5;i+) if(P17=1)P1=tab1i;else P1=tab2i;P3=1;for(j=0;j=25000;j+); 课本习题5.8 *关于液晶显示键盘输入 键盘是单片机系统中通用的输入设备，用

17、于向系统输入数据或控制信息。键盘中一般矩阵式（行列式）键盘用得较多，适用于按键数量较多的场合。 矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行线、列线的交叉点上。当键被按下，则其交点的行线和列线接通。行和列可分别用两个I/O口来控制。 D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V1. 判断是否有键按下 原理：行线通过上拉电阻接5V上（1）平时无按键动作时，行线处于高电平状态；（2）若有键按下，行线状态将由与行线相连的列线电平决定。步骤： (1) 先使所有列线为低电平（ IO 输出0） (2) 读行线状态（输入口） 当无键按下时，所有行线为高电平，即读到“全1”数据； 当有某键按下时，总会有一根行线

18、为低电平，即读到的数 据不全为“1” 。D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V2. 按键的识别（识别键的行列位置）（1）扫描法 a. 依次给每一根列（行）线送低电平； b. 读所有行线状态 若全为1，则所按下之键不在此低电平列上； 若不全为1（有一根为0），则按键在现有低电平行 与低电平列的交叉处。D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V(2) 反转法a. 将行线接一并口，做输出方式；列线接一并口，做输入方式。使所有行线为低电平（送全“0”），读入列线值，为“0”的那列，即按键所在列；b. 反过来，使行线做输入方式，列线做输出方式。将刚读到的列线值输出，然后读行线值，为“0”的那行，即按键所在行。(0) D7(0) D6(0) D5(0) D4(1) D3(1) D2(0) D1(1) D0I/O接口+5V+5V+5V(1) D7(0) D6(1) D5(1) D4(0) D3(0) D2(0) D1(0) D0I/O接口+5V+5V+5V(0)(0)(0)(0)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(0)(0)(0)(0)P1=0 x0f;while(P1=0 x0f); /判断有无按键if(P1!=0 x0f) delay(); /消抖 P1=0 x0f; m=P1; P1=0 xf0; n=P1; mn=m|n;