第4章并行IO口编程

第4章并行I/O端口的C51编程C51的并行I/O口结构4.1C51的并行I/O口编程4.2LED数码管原理与编程4.3数码管动态显示原理与编程4.4行列式键盘原理与编程4.54.6AT89S51共有4个双向的8位并行I/O端口：P0、P1、P2和P3，它们的输出锁存器属于特殊功能寄存器。4个端口除了按字节输入/输出外，还可位寻址，便于实现位控功能。（1）P0口用作地址/数据总线当AT89S51外扩存储器或I/O时，P0口作为单片机系统复用的地址/数据总线使用。真正的双向口，应该是具有高电平、低电平和高阻抗输入3种状态的端口。因此，P0口作为地址/数据总线使用时是一个真正的双向端口，简称双向口。4.1AT89S51的并行I/O端口的结构及工作原理当P0口不作为系统的地址/数据总线使用时，也可作为通用I/O使用。须外接上拉电阻才能有高电平输出；（2）P0口用作通用I/O口(3)P0口的特点P0口有如下特点：P0口为双功能口——地址/数据复用口和通用I/O口。当P0口用作地址/数据复用口时，是一个真正的双向口，用作与外部存储器的连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据。当P0口用作通用I/O口时，由于需在片外接上拉电阻，端口不存在高阻抗（悬浮）状态，因此是一个准双向口。P1口只能作为通用的I/O口使用。P1口由于有内部上拉电阻，没有高阻抗输入状态，故为准双向口。作为输出口时，不需要在片外接上拉电阻。P2口是一个双功能口，作为地址输出线使用时，P2口可以输出外部存储器的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址，可以寻址64KB的地址空间。当P2口作为高8位地址输出口时，输出锁存器的内容保持不变。P2口作为通用I/O口使用时，P2口为一个准双向口。功能与P1口一样。由于AT89S51的引脚数目有限，因此在P3口电路中增加了引脚的第二功能P3口内部有上拉电阻，不存在高阻抗输入状态，为准双向口。P1～P3口驱动LED发光二极管的问题在实际应用中，常用P1～P3端口驱动LED发光二极管，下面来讨论P1～P3端口与LED发光二极管的驱动连接问题。P0口与P1、P2、P3口相比，P0口的驱动能力较大，每位可驱动8个LSTTL输入，而P1、P2、P3口的每一位的驱动能力，只有P0口的一半。当P0口的某位为高电平时，可提供400A的电流；当P0口的某位为低电平（0.45V）时，可提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可相应加所以，任一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。例如，使用单片机的并行端口P1~P3直接驱动发光二极管，电路如图所示。

5（a）不恰当的连接：高电平驱动（b）恰当的连接：低电平驱动发光二极管与AT89S51并行口的直接连接由于P1~P3口内部有30kΩ左右的上拉电阻，如果高电平输出，则强行从P1、P2和P3口输出的电流Id会造成单片机端口的损坏，如图（a）所示。如果端口引脚为低电平，能使电流Id从单片机的外部流入内部，则将大大增加流过的电流值，如图（b）所示。所以，当P1～P3端口驱动LED发光二极管时，应该采用低电平驱动。7输出单元：

发光二极管（LightEmittingDiode）——基本输出元件低电平驱动限流电阻R=100Ω～1kΩ高电平驱动灌电流拉电流基本输入输出单元输入单元：

按钮(Button)或开关（Switch）——基本输入元件

P0口为漏极开路结构——需要外接上拉电阻当按键未按下压时，Px.n端口为高电平;按压按键后为低电平。4.2.1从左到右的流水灯的制作片内I/O端口作为输出使用时，最常用的应用是控制相应的I/O引脚上的LED点亮与熄灭。【例4-1】

如图所示，8个发光二极管LED0～LED7经限流电阻分别接至P1口的P2.0～P2.7引脚上，阳极共同接高电平。编程来实现发光二极管的从左到右的流水点亮，即按照LED0→LED1→┉→LED7的顺序，每次点亮一个发光二极管，延时一段时间后熄灭这个发光二极管，然后点亮下一个发光二极管，重复循环。参考程序如下：

104.2并行I/O端口的C51编程举例8个发光二极管与并行口P2的连接#include<reg51.h>#include<intrins.h> /*包含移位函数的头文件*/#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint

voiddelay(uinti) /*延时函数*/{ uintt; while(i--); { for(t=50000;t>0;t--);//循环延时

}}voidmain() /*主程序*/{ P2=0xfe; while(1) { P2=_crol_(P2,1);/*C51函数库中的左移函数，P2中的数据循环左移1位*/ delay(2000);/*500为延时参数，可根据实际需要调整*/ }}8个发光二极管与并行口P2的连接实例2独立按键识别【要求】采用独立按键方式实现下述功能：开机时LED全熄，然后根据按键动作使相应灯亮，并将亮灯状态保持到按压其它键时为止。独立按键——每个按键都彼此独立地各占有一位I/O口线。特点是电路简单，但占用I/O口线较多。①按键的闭合电平为0,但LED的驱动电平为1，故不能直接将P0口的状态送到P1口，而应使其先取反再送出；②为使按键抬起后LED能保持先前的点亮状态，需要在按键未压下期间禁止向P2输出P0状态值。【分析】参考程序如下：

“取反”操作的优先级高于“与”操作voidmain(){charkey=0; //定义按键变量P2=0; //初始状态为灯全灭while(1){key=~P0&0x0f; //读取按键状态,高4位清零if(key!=0)P2=key;//有按键动作时，P0状态值送P2}}编程界面和运行界面分别如下图实例1X运行效果实例2键控流水灯

【要求】K1为“启动键”，首次按压K1可产生“自下向上”的流水灯运动;K2为“停止键”，按压K2可终止流水灯的运动；

K3和K4为“方向键”,分别产生“自上向下”和“自下向上”运动。K1K2K3K4思路分析：根据键值修改标志位，根据标志位控制灯状态总体关系流程图键值：按压K1——xxxx1110B按压K2——xxxx1101B按压K3——xxxx1011B按压K4——xxxx0111B无按键——xxxx1111B按键动作判断——（P0&0x0f）是否等于0x0f？若是，说明无按键动作，反之则有按键动作。→0x0e→0x0d→0x0b→0x07→0x0f获取按键状态修改方向和启停标志值亮灯P2输出码：xxxx0001xxxx0010xxxx0100xxxx1000D1～D4循环方向控制charled[]={0x01，0x02，0x04，0x08};for(i=0;i<=3;i++){P2=led[i];}//↓移动for(i=3;i>=0;i--){P2=led[i];}//↑移动实例2原理图与程序界面图程序运行效果4.3LED数码管原理与编程

LED显示元件——人机交互输出设备，其作用是指示中间运行结果与运行状态。点式字段式LED光柱式LED的类型com为公共端共阳极LED共阴极LED引脚配置七段式LED显示器（7-SegmentDisplay）不同显示字符采需用不同LED组合关系实现（显示码，字模）以共阴极为例，部分字符的显示码（字模）为：七段LED数码管的标准显示字符为0～9，A～F显示字符显示码（共阴）其它字符：——00111000B=0x38“L”字符的显示码“H”字符的显示码——01110110B=0x76实例4LED数码管显示在P0口连接一个共阴极数码管，使之循环显示0～9数字。分析：将显示码循环输出到P0口即可实现循环显示。但由于数字0～9的显示段码没有规律可循，需要采取查表方式进行操作：循环10次？N

延时循环指针i赋值(10)P0←数组[i]Y①将显示码按序存放在一个数组中,顺序号与代表的显示字符相对应。（如，charled_mod[]={x1,x2,….,xn）②通过循环变量指定待送出的数组元素参考程序运行结果实例5计数显示器统计按键次数并以十进制形式显示，按键次数大于99后重新由0开始计数。个位LED接P2口，十位LED接P0口（共阴型）按钮接P3.7口线，按压时为0电平编程分析：问题：按键压下时可能被连续计数如何避免连续计数？初始化：P2=P0=table[0];解决办法：取模运算（%10）→个位整除10运算（/10）→十位P2=table[count%10];P

0=table[count/10];显示输出：如何将计数值拆成两个独立的数？参考程序程序运行效果

4.4数码管动态显示原理与编程

两种显示接口：静态显示接口和动态显示接口静态显示接口：一个数码管的引脚独立占据一根I/O口线。优点：被显示数据只要送入并行口后就不再需要CPU干预，因而显示效果稳定。缺点：占用资源较多动态显示接口：所有数码管的段码线对应并联接在一个并行口上，而每位数码管的公共端分别由一位I/O线控制；由并口输出的显示码可被所有数码管收到，但只有满足导通条件的数码管可以被驱动。工作原理：采用快速切换方式（如10ms），每一时刻只有一只数码管导通工作。利用视力暂留特性，可获得连续显示效果。优点：占用资源较少缺点：占用机时较多（需要CPU随时刷新显示值）实例6数码管动态显示采用共阴极动态LED显示原理，实现如下功能：SW1向下拨时显示字符“L2”，向上拨时显示字符“H3”。分析：Proteus中的双联LED数码管相当于两个并联的数码管。7SEG-MPX2-CC-BLUEBlue,2Digit,7-segmentCathodeDisplayA-G→“0x38”,1#→“0”，2#→“1”A-G→“0x5b”,1#→“1”，2#→“0”P2←led_mode[0],P3←xxxxxx10B=2P2←led_mode[1],P3←xxxxxx01B=1led_mode[]={0x38,0x5b}led_point=0P2=led_mode[led_point]led_point=1-led_pointP3=2-led_point如果不考虑开关switch，动态显示“L2”的程序可以如下：;//LED“指针”//显示字模led_point=0P2=led_mode[led_point]led_point=1-led_pointP3=2-led_pointA-G→“0x76”,1#→“0”，2#→“1”A-G→“0x4f”,1#→“1”，2#→“0”字符数组led_mode[]={0x38,0x5b,0x76,0x4f}开关状态变量

switch_sta复合指针变量led_point+switch_sta显示字符L2H3switch_sta+led_point0123led_point

0101switch_sta0022P3=2-led_point2121led_point=0P2=led_mode[led_point+switch_sta]led_point=1-led_pointP3=2-led_pointswitch_sta=0,2完整的主函数#include<REG51.H>charled_mod[]={0x38,0x5B,0x76,0x4F}; voiddelay(unsigned

inttime);sbitP17=P1^7;voidmain(){charled_point=0,switch_sta=0;while(1){ if(P17==1)switch_sta=2;

elseswitch_sta=0;

P3=2-led_point;

P2=led_mod[switch_sta+led_point];

led_point=1-led_point;

delay(30); }}led_point=0P2=led_mode[led_point+switch_sta]led_point=1-led_pointP3=2-led_pointswitch_sta=0,2编程界面运行效果图4.5行列式键盘原理与编程

独立式键盘的电路简单，易于编程，但占用的I/O口线较多，当需要较多按键时可能产生I/O资源紧张问题。独立式键盘电路行列式键盘——将I/O口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，列线通过上拉电阻接正电源。4×4行列式键盘7407——六高压输出缓冲器/驱动器行列式键盘的特点：占用I/O口线少，但软件过程复杂。①键盘扫描

同时将各行电平置1，分别将各列电平置0。扫描码：key_scan[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};写P3: P3=key_scan[i];键盘扫描原理（以P3口接4×4键盘为例）第一次11101111B第二次11011111B第三次10111111B第四次01111111B=0xef=0xdf=0xbf=0x7f(P3&0x0f)=0x0f

→无键压下

(P3&0x0f)≠0x0f

→有键压下

②

按键闭合状态判断0#：11101110B——0xee1#：

11011110B——0xdeF#：

01110111B——0x77按键闭合前后，所在行线端口电平反转；读P3后，若发现其低4位为f，说明无键压下；反之则相反。键值——