MCS-51单片机并行IO端口

MCS-51单片机的并行I/O端口2/4/20231内容提要

概述内部结构及工作原理各I/O端口的差异并行I/O端口的应用小结2/4/20232一、概述功能：单片机内部与外设间交换信息主要通道。

a)

输入端口：从输入设备接收各种输入信号。按键拨码开关鼠标2/4/20233一、概述

b)

输出端口：向输出设备发送各种驱动信号等。单片机->为人服务的机器单片机的I/O口->人机对话的界面和窗口发光二极管数码管蜂鸣器电动机2/4/20234二、内部结构及工作原理（a）P0口的位结构（b）P1口的位结构（c）P2口的位结构（d）P3口的位结构图3MCS-51各端口某位的结构结构上有哪些相同？2/4/20235（a）P0口的位结构（b）P1口的位结构（c）P2口的位结构（d）P3口的位结构图3MCS-51各端口某位的结构数据缓冲器G1、G2输出驱动电路数据锁存器3条控制线2条数据线2.1端口引脚的内部结构图4一条端口引脚内部的基本结构模型有很大的相似性2/4/20236（1）数据锁存器——D触发器D触发器状态表D

Qn+1

0101图5D触发器逻辑符号DCPQQ

CP=0，Q保持不变；

CP由0变1时，Qn+1=Dn。D触发器具有：接收并记忆信号的功能2/4/20237（2）数据缓冲器——受控三态门

控制端EN=1时，Y=A。

控制端EN=0时,Y=Z。

三态：

高电平、低电平和高阻。受控三态门：对数据传送起协调和缓冲作用受控三态门状态表图6受控三态门逻辑符号2/4/20238（3）输出驱动电路图7NMOS管的逻辑符号及输出驱动电路输出驱动电路具有：反向器的作用栅极漏极源极2/4/20239

2.2工作原理——3种基本操作

输出（写）：经端口引脚输出数据（WL）

输入（读）：从端口引脚输入数据（RP）输入（读）：读取端口数据锁存器（RL）图9MCS-51端口工作原理示意图3条控制线2条数据线2/4/202310

（1）输出（写）操作

图10MCS-51端口写操作示意图XXX锁存器打开2/4/202311

（2）输入（读引脚）操作

图11MCS-51端口读引脚操作示意图XXG2打开2/4/202312

（3）输入（读锁存器）操作

图12MCS-51端口读锁存器操作示意图XXG1打开2/4/2023132.3并行端口模块的总体结构图8MCS-51端口的总体结构8条IOD连接数据总线；8条PIN作为8只I/O引脚；同名控制线复联；8只D触发器构成8位锁存器。按字节操作按位操作整体个体？2/4/202314

三、各并行端口的差异（a）P0口的位结构（b）P1口的位结构（c）P2口的位结构（d）P3口的位结构图13MCS-51各端口某位的结构结构上有哪些不同？2/4/202315

（1）P0端口

图14P0口每位的内部结构非门G3上拉MOS管VT0（取代了上拉电阻）与门G4切换开关MUXa.地址/数据复用总线b.控制信号线2/4/202316图15P0口不同工作模式的示意图

P0端口的工作模式

控制信号=00XXX1控制信号=1XXXXX（1）作为普通I/O端口使用（2）作为地址/数据复用总线使用102/4/202317图16P1口每位的内部结构

（2）P1端口

P1端口只作为普通I/O端口使用。

与基本结构模型完全相同2/4/202318

（3）P2端口

图17P2口每位的内部结构非门G3，VT管栅极串接G3后改接再Q端上。切换开关MUXa.地址总线b.控制信号线2/4/202319

P2端口的工作模式

图18P2口两种工作模式示意图控制信号=00（1）作为普通I/O端口使用（2）作为地址总线口使用XXX1X控制信号=1XXX012/4/202320

（4）P3端口

图19P3口每位的内部结构与非门G4，VT管栅极串接G4后改接在Q端缓冲器G3第二功能输入和输出2/4/202321

P3端口的工作模式

图20P3口两种工作模式示意图1（1）作为普通I/O端口使用（2）作为地址总线口使用XXX锁存器Q=1第二功能输出信号=1XX1XX2/4/202322P3端口的第二功能定义P3的第二功能涉及到串行口、外部中断、定时器等，这些在后面章节中作详细的介绍。表1P3口每位对应的第二功能2/4/202323三、并行I/O口的应用发光二极管如何应用单片机的I/O口实现控制功能?步进电机单片机（STC89C52）按键实例1实例22/4/202324实例1—单片机控制发光二级管图7单片机控制发光二极管实验要求：并行I/O口连接4个独立按键和8个发光二极管。实现按键对发光二极管的闪烁灯和流水灯的控制。2/4/202325（1）控制对象——发光二极管发光二极管(LED)正极+负极-LED是一种能把电能直接转换成光能的半导体二极管。LED符号：引脚Pn.x=0,LED点亮;引脚Pn.x=1,LED熄灭。2/4/202326（2）输出设备——按键机械式按键

按键一种是人向机器发出指令、输入信息的必需设备。K键按下时，引脚Pn.x=0;K键释放时，引脚Pn.x=1。2/4/202327（3）实验电路的设计独立键盘控制电路发光二极管控制电路P1口：输出（写）P3口：输入（读引脚）K1:开启L1闪烁灯K2:开启自上而下的流水灯K3:开启自下而上的流水灯K4:停止2/4/202328（4）发光二极管实验演示2/4/202329（5）实例1设计分析闪烁灯流水灯怎样控制P1端口的输出规律？2/4/202330实例2—单片机控制步进电机图8按键输入控制步进电机实验要求：并行I/O口连接4个独立按键和步进电机。实现按键对步进电机转向和转速的控制。2/4/202331（1）被控对象——步进电机步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为机械位移的机电执行元件。角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率特点：每获得一个电脉冲信号，电机转动一个固定角度（步距角），电机是以步距角一步一步运行的。

2/4/202332步进电机的相数四相六线步进电机图9

四相步进电机示意图ABCD相数：电机内部的线圈组数。定子转子2/4/202333步进电机的外部引脚线六线步进电机外部引脚线线序：引脚定义：2/4/202334步进电机的通电方式与拍数拍：步进电机各相通电顺序，即从一种通电状态转到另一种通电状态。一个周期变化的脉冲数为拍数。（a）单四拍（b）双四拍（c）单双八拍正转：A-B-C-DD-C-B-A反转：AB-BC-CD-DAAD-DC-CB-BAA-AB-B-BC-C-CD-D-DAA-AD-D-DC-C-CB-B-BA2/4/202335（2）设计分析起停控制：起动——按相序规律输出电平；停止——全部输出低电平。（K3/K4键）（K1键）方向控制：改变输出电平的相序次序。（K2键）转速控制：每一拍时间T增大，则减速；T减小，则加速。2/4/202336（3）实验电路的设计独立键盘控制电路步进电机控制电路2/4/202337（4）步进电机实验演示