《数字输入输出端口》PPT课件.ppt

第3章数字输入/输出端口,3.1STC12C5A60S2单片机的I/O口及工作模式,STC12C5A60S2单片机共有6个I/O端口，44根I/O口线：P0口（8根）：P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。P1口（8根）：P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7。P2口（8根）：P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7。P3口（8根）：P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。P4口（8根）：P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4、P4.5、P4.6、P4.7。P5口（4根）：P5.0、P5.1、P5.2、P5.3。,3.1.1STC12C5A60S2单片机的I/O口,1、P0口P0口的作用有2个：（1）用作数据总线或者地址总线低8位。（2）用作I/O。,2、P2口P2口的作用有2个：（1）作为高8位地址指针（DPH）输出。（2）作为通用I/O口使用。,复用功能,3、P1口复用为ADC转换输入、捕获/比较/脉宽调制、SPI通信线、第二串口或者第二时钟输出，如表3-1所示。,表3-1P1口的复用功能,4、P3口P3口的口线可复用为外部中断输入、计数器输入、时钟输出、第一串口和外部总线的读/写控制，如表3-2所示。,表3-2P3口的复用功能,5、P4口P4口的某些口线具有复用功能，可配置为SPI通信线、捕捉/比较/脉宽调制、第二串口线等，如表3-3所示。,表3-3P4口的复用功能,P4.4、P4.5和P4.6的第二功能由特殊功能寄存器P4SW（地址为BBH，复位值为X000XXXXB）设置,P4SW的各位定义如下：,(1)NA/P4.4引脚控制位。0：NA/P4.4脚是弱上拉，无任何功能。1：将NA/P4.4脚设置成I/O口（P4.4）。(2)ALE_P4.5：ALE/P4.5引脚控制位。0：ALE/P4.5脚是ALE信号。CPU用MOVX指令访问片外存储器时，ALE输出信号的下降沿作为16位地址信号低8位的锁存信号。1：将ALE/P4.5脚设置成I/O口（P4.5）。(3)LVD_P4.6：EX_LVD/P4.6引脚控制位。0：EX_LVD/P4.6是外部低压检测脚，可使用查询方式或设置成中断来检测。1：将EX_LVD/P4.6脚设置成I/O口（P4.6）。,RST/P4.7引脚在ISP下载程序时选择是复位脚还是P4.7口，如设置成P4.7口，必须使用外部时钟。,由AUXR1寄存器设置PCA/PWM、SPI和UART2功能是在P1口还是在P4口。AUXR1寄存器（地址为A2H，复位值为X00000X0B）的各位定义如下：,PCA_P4：PCA/PWM控制位。0：PCA/PWM在P1口。1：将PCA/PWM从P1口切换到P4口。SPI_P4：SPI控制位。0：SPI在P1口。1：将SPI从P1口切换到P4口。S2_P4：UART2控制位。0：UART2/串口2在P1口。1：将UART2/串口2从P1口切换到P4口。GF2：通用标志位。该位是由用户定义的一个状态标志。ADRJ：用于设置ADC转换结果的存储格式（详见第十章）。DPS：数据指针选择位。STC12C5A60S2单片机具有两个16位的数据指针：DPTR0和DPTR1。当DPS=0时，选择DPTR0；DPS=1时，选择DPTR1。,3.1.2STC12C5A60S2单片机I/O口的工作模式,四种工作模式,软件配置成4种工作模式之一,STC12C5A60S2单片机的所有I/O口均可由软件配置成4种工作模式之一：准双向口（标准8051单片机输出模式）推挽输入输出仅为输入（高阻）或开漏输出功能。每个口的工作模式由2个控制寄存器中的相应位控制（PnM0和PnM1，n=0,1,2,3）。,准双向口,C51的说明书上说：”BecausePorts1,2,and3havefixedinternalpullups,theyaresometimescalledquasi-bidirectionalports.Whenconfiguredasinputs,theypullhighandsourcecurrent(IIL)whenexternallypulledlow.Port0,ontheotherhand,isconsideredtrulybidirectional,becauseitfloatswhenconfiguredasaninput.翻译是：因为P1、2、3有固定的内部上拉电阻，所以有时称它们为准双向口。当用做输入时被拉高，低则要靠外部电路拉低。而P0则是真双向口，因为作为输入时它是悬浮的，即高阻态。,表3-4I/O口工作模式设置,参见课本P39,寄存器参见课本P27表2-2,1、例如，若设置P1.7为开漏，P1.6为强推挽输入输出，P1.5为高阻输入，P1.4、P1.3、P1.2、P1.1和P1.0为弱上拉，则可以使用下面的代码进行设置：MOVP1M1,#10100000BMOVP1M0,#11000000B,2、虽然STC12C5A60S2单片机的每个I/O口在弱上拉时都能承受20mA的灌电流（还是要加限流电阻，如1K），在强推挽输出时都能输出20mA的拉电流（也要加限流电阻），但整个芯片的工作电流推荐不要超过120mA。,工作模式设置常例,P1M1=0XA0H,P1M0=0XC0H,3.2STC12C5A60S2单片机I/O口的结构,四种结构,1准双向口工作模式的结构,准双向口工作模式下，I/O口可用作输出和输入功能而不需重新配置口线输出状态。,准双向口的主要特点,输入数据时，应先向口写1，使T4截止，然后方可作高阻抗输入。双向口的特点：输入时有三种状态（0、1、高阻）。可以读锁存器的操作。,P0口的工作原理,是双向口1：输入这时V1截止V2截止呈现高阻态可以读取管脚上的数据2：输出1这时V1导通V2截止输出13：输出0这时V1截止V2导通输出0,端口与端口寄存器的关系,为了便于叙述，以后将6个端口及其锁存器都表示为P0-P5,2推挽输入输出工作模式的结构,一个I/O位工作于推挽输入输出工作模式时，若输出高电平，拉电流最大可达20mA；若输出低电平，灌电流也可达20mA。,3仅为输入（高阻）工作模式的结构,输入口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。注意，仅为输入（高阻）工作模式下，I/O口不提供20mA灌电流的能力。,当口线锁存器为“0”时，开漏输出关断所有上拉场效应管。当作为一个逻辑输出时，这种配置方式必须有外部上拉电阻，一般通过电阻外接到Vcc。这种方式的下拉结构与准双向口模式的下拉结构相同。开漏端口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。这种工作模式下，输出低电平时，灌电流也可达20mA。,4开漏输出工作模式的结构,外部上拉电阻,3.3STC12C5A60S2单片机I/O口的使用,8个小问题,对STC12C5A60S2单片机P4口和P5口的访问，如同访问常规的P0/P1/P2/P3口一样，并且均可按位寻址，P4的地址C0H，P5口的地址在C8H。,1P4口和P5口的使用,2上拉电阻的连接,准双向口应用时，虽然集成了上拉场效应管，最好外接上拉电阻。典型值为5.1k，10k,在实际使用时，应尽量采用灌电流方式，而不要采用拉电流方式，这样可以提高系统的负载能力和可靠性。,3拉电流方式和灌电流方式,4典型的三极管控制电路,5I/O外部状态的输入,当I/O口工作于准双向口时，由于STC12C5A60S2单片机是1个时钟周期（1T）的8051单片机，速度很快，如果通过指令执行由低变高指令后立即读外部状态，此时由于实际输出还没有变高，有时可能读入的状态不对。这种问题的解决方法是在软件设置由低变高后加1到2个空操作指令延时，然后再读I/O口的状态。,STC12C5A60S2单片机的典型工作电压为5V，与3V器件连接时，为了防止3V器件承受不了5V电压，可将相应的I/O口设置成开漏工作模式，断开内部上拉电阻，相应的I/O口外部加10K上拉电阻到3V器件的Vcc。这样，高电平是3V，低电平是0V，可以保证正常的输入输出,6与3V器件的连接,。,共阴极,共阳极,7I/O口驱动LED数码管,8如何让I/O口上电复位时控制输出为低电平,有两种解决方法：（1）通过硬件实现高低电平的逻辑取反功能。（2）由于STC12C5A60S2单片机既有弱上拉输出模式又有强推挽输出模式，可在单片机I/O口上加一个下拉电阻（1K、2K或3K），这样上电复位时，虽然单片机内部I/O口是弱上拉/高电平输出，但由于内部上拉能力有限，而外部下拉电阻又较小，无法将其拉高，所以该I/O口上电复位时外部输出为低电平。,单片机最小系统,单片机的时钟与时序,时钟电路单片机的各项工作都是在时钟信号的控制下协调工作的，单片机的时钟电路可为单片机提供一个时钟信号，根据连接方式的不同，时钟电路可分为内部时钟方式和外部时钟方式。,时钟的连接,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和两个微调电容，和芯片内部的振荡器电路构成一个稳定的自激振荡器，,单片机的CPU时序,MCS-51包括4个定时单位，它们分别是：振荡周期（节拍）、时钟周期（状态周期）、机器周期和指令周期。单片机两种常用晶振的4个周期信号的对比见表2-7所示。,1.振荡周期振荡周期也叫节拍，用P表示，振荡周期是指为单片机提供定时信号的振荡源的周期。是时序中最小的时间单位。例如：若某单片机时钟频率为2MHz，则它的振荡周期应为0.5s。2.时钟周期时钟周期又叫做状态周期，用S表示。是振荡周期的二倍，其前半周期对应的节拍叫P1拍，后半周期对应的节拍叫P2。P1节拍通常完成算术、逻辑运算，P2节拍通常完成传送指令。,3.机器周期机器周期是实现特定功能所需的时间周期，通常有若干时钟周期构成。MCS-51的一个机器周期是固定不变的，宽度均由6个状态周期（12个振荡周期）组成，并依次表示为S1S6，分别记作S1P1、S1P2S6P1、S6P2。4.指令周期指令周期是最大的时序定时单位，指令周期是指执行一条指令需要的时间。通常MCS-51的指令周期可以包含有14个机器周期。MCS-51的几种典型的指令时序如图2-15所示，每个机器周期内地址锁存信号（ALE）产生两次有效信号，分别出现在S1P2、S2P1期间与S4P2、S5P1期间。,指令时序,2.6.2节电工作方式MCS-51单片机中有HMOS和CHMOS两种工艺芯片，它们的节电运行方式不同，HMOS单片机的节电方式只有掉电方式，CHMOS单片机的节电工作方式有掉电方式和空闲方式两种。,单片机的工作方式,2.6.1程序执行方式1连续执行方式2单步运行方式3.复位方式,1HMOS的掉电工作方式,掉电工作方式是指由于电源的故障使电源电压丢失或工作电压低于正常值，使单片机系统不能正常运行，若不采取保护措施，将丢失RAM和寄存器中的全部数据，后果严重。为此MCS-51系列单片机设置有掉电保护措施，进行掉电保护处理。具体做法是：检测电路一旦发现掉电，通过外部中断源向CPU发出中断请求，CPU响应此中断请求，调用中断服务子程序，由中断服务子程序将重要数据送内部RAM转存，立即先把程序运行过程中有用信息转存到RAM，然后启用备用电源维持RAM供电。,2CHMOS的节电工作方式,单片机还设计有待机和掉电两种节电工作方式，特别适宜于低功耗场合。,PCON控制寄存器的格式如下：,PCON各位的说明如下：,SMOD：串行口波特率加倍控制位。SMOD=1，波特率加倍。GF1、GF0：通用标志位，由用户置位或复位。PD：掉电方式位，若PD=1，进入掉电工作方式。IDL：待机方式位，若IDL=1，进入待机工作方式。若PD和IDL同时为1，则进入掉电工作方式。,（1）待机工作方式是将PCON寄存器的IDL位置“1”，即进入待机工作方式。退出待机方式的方法有两种，一种是激活中断，另一种是硬件复位。,（2）掉电保护方式,是将PCON中的PD位置“1”使单片机进入掉电保护方式。80C51单片机一旦检测到电源掉电，即将有用信息转存到片内数据存储器RAM中的低128字节内，并使PCON.1的PD位置“1”，单片机进入掉电方式。掉电方式下送入时钟电路的振荡信号被封锁，不产生时钟信号，片内的一切工作都停止，只有片内RAM的数据保留。只要电源恢复正常值，单片机就可以退出掉电方式，进入正常工作方式，但硬件复位须维持10ms时间。,复位,1复位方式（1）复位条件为了实现单片机的复位，在时钟电路工作后，必须在单片机的RESET端（9）至少维持2个机器周期以上的高电平，单片机进入复位状态（即程序从0000H地址开始执行）。时钟频率为12MHZ，机器周期为1s，则在单片机的RESET端只需持续2s以上时间的高电就能进入复位状态