教育学情境四应用IO口课件

1、情境四 应用I/O口1单片机I/O口的使用对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的何种控制，都是通过I/O口进行的。51单片机总共有P0、P1、P2、P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O端口都能作输入输出口用，其中P0和P2通常用于对外部存储器的访问。4.1 MCS-51单片机的并行端口结构与操作51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0P3。 在无片外扩展存储器的

2、系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。51单片机4个I/O端口线路设计的非常巧妙，学习I/O端口逻辑电路，不但有利于正确合理地使用端口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。下面简单介绍一下输入/输出端口结构。4.1.1 P0口和P2的结构下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读

3、引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚一、P0口的结构1、P0口作为普通I/O口输出时CPU发出控制电平“0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚 输入时-分读引脚或读锁存器读引脚：由传送指令

4、(MOV)实现； 下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚 输入时-分读引脚或读锁存器读锁存器：有些指令 如：ANL P0，A称为“读-改-写” 指令，需要读锁存器。 上面一个缓冲器用于读端口锁存器数据。*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平

5、拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚P0口必须接上拉电阻；在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口；三态输入缓冲器的作用：（ANL P0，A）D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚准双向口： 从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚

6、上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。 2、P0作为地址/数据总线 在系统扩展时，P0端口作为地址/数据总线使用时，分为： P0引脚输出地址/数据信息。 D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚 CPU发出控制电平“1”，打开“与”门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D

7、QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚2、P0作为地址/数据总线 P0引脚输出地址/输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。 此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。2、P0作为地址/数据总线-真正的双向口D QCLK QMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚二、P2的内部结构1.P2口作为普通I/O口D QCLK QMUXP2.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址控制VCCRTP2口引脚CPU发出控制电平“

8、0” ，使多路开关MUX倒向锁存器输出Q端，构成一个准双向口。其功能与P1相同。 2.P2口作为地址总线 在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B (用MOVX DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关MUX倒内部地址线。此时，P2输出高8位地址。D QCLK QMUXP2.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址控制VCCRTP2口引脚4.1.2 P1口、P3口的内部结构 P1口的一位的结构 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。D QCLK QP1.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP1口引脚P3的内部结构D QCLK QP3

9、.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP3口引脚第二输入功能第二输出功能一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1)WP3的内部结构D QCLK QP3.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP3口引脚第二输入功能第二输出功能二、P3第二功能(Q=1)此时引脚部分输入(Q=1、W=1) ,部分输出(Q=1、W输出) 。WP3第二功能各引脚功能定义：P3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0定时器0外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制综上所述

10、：当P0作为I/O口使用时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果作为输入，必须先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入电平。当CPU内部控制信号为“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。P1、P2 和P3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用功能有所不同。 P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1”, 然后才能进入输入操作。 P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 可作为扩展系统的地址

11、总线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 对于 8031 而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。 C8051F0XX通用I/O口结构一、数字交叉开关的设置从图中可知：P0P2口输出受数字交叉开关的控制。而该开关的全能与禁止受功能寄存器XBR2的D6位的控制。XBR2的地址为E3H当D6=1,开关闭合，P0P2口可输出;指令为MOV 0E3H,#40H或ORL 0E3H,#01000000B二、禁止WDT 向WDTCN寄存器写入0 xDE后再写入0 xAD将禁止WDT。下面的代码段说明禁止WDT的过程。 CLR EA ; 禁止所有中

12、断 MOV WDTCN, #0DEh ; 禁止软件看门狗定时器 MOV WDTCN, #0ADh ; SETB EA ; 重新允许中断 I/O口应用注意问题三、I/O端口的输出特性和输出方式配置I/O端口的输出带负载能力根据负载的性质有所不同，当负载为合适的灌电流负载时，I/O端口可直接带负载。但当负载为拉电流负载时，I/O端口必须正确的配置输出方式。说明：什么是灌电流？什么是拉电流呢？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。 这里首先要说明，芯片手册中的拉、灌电流是一个参数值，是芯片在实际电路中允许输出端拉、灌

13、电流的上限值（允许最大值）。而下面要讲的这个概念是电路中的实际值。 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，其吸收电流的数值叫“灌（入）电流”。 P0P3四个I/O端口可用作通用I/O口、分别通过访问特殊功能寄存器80H、90H、A0H、B0H与外部电路进行输入输出。通过对P0P3四个I/O端口的输出方式进行配置的特殊功能寄存器PRT0CF（A4H)、PRT1CF(A5H)、PRT2CF(A6H)、PRT3CF(A7H)进行设置，以提高端口的带负载能力。以端口P1为例进

14、行说明：PRT1CF:端口1配置寄存器P1:端口1寄存器开发板通用输出电路及控制一、LED电路LED1接P2.5 P2.5=0 LED1亮。LED2接P2.6 P2.6=0 LED1亮。LED3接P2.7 P2.7=0 LED1亮。二、继电器电路RELAY接P2.4 P2.4=1继电器接通三、BUZZER电路BUZZER接P2.3 P2.3=1蜂鸣器响编程注意问题：1、LED电路为灌电流负载。可不对输出方式进行配置的特殊功能寄存器PRT2CF（A6H)进行设置。2、继电器电路和BUZZER电路是拉电流负载，所以必须对输出方式进行配置的特殊功能寄存器PRT2CF（A6H)进行设置。3、使用I/O

15、口必须先禁止WDT并对数字交叉开关寄存器进行设置。应用I/O口编程分别对I/O口各单个电路运行程序进行讲解。编程训练：要求：编程实现红灯亮-延时-蜂鸣器响-延时-绿灯亮-延时-蜂鸣器响-延时-蓝灯亮-延时-蜂鸣器响-延时-红灯亮。如此周而复始。1、延时时间自己定。2、考核方式：下次上课分组上台演示。 参考程序 ORG 0000HMAIN: mov wdtcn, #yky1 ；关看门狗。 mov wdtcn, #yky2 mov 0E3H, #40h; 设置数字开关。 mov 0a6h,#00001000b ；将P2.3设置为推挽方式。 mov 0a0h,#11100000b；关灯和蜂鸣器Bli

16、nk: anl 0a0h,#11000000b；红灯亮 lcall delay;延时 orl 0a0h,#11101000b；关红灯开蜂鸣器 lcall delay;延时 anl 0a0h,#10100000b；开绿灯关蜂鸣器 lcall delay；延时 orl 0a0h,#11101000b；关绿灯开蜂鸣器 lcall delay；延时 anl 0a0h,#01100000b；开蓝灯关蜂鸣器 lcall delay；延时 orl 0a0h,#11101000b；关蓝灯开蜂鸣器 lcall delay；延时 jmpBlink；循环wdtcn equ 0ffhyky1 equ 0dehyky2 equ 0adhyky3 equ 0a6h org 0100hdelay: movR7, #10h；延时子程序Loop0: movR6, #00hLoop1: movR5, #00h djnz R5, $ djnz R6, Loop1 djnz R7, Loop0 ret E