MCS-51单片机并行IO端口【精制材料】

1、MCS-51单片机的并行I/O端口,1,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,2,一、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,3,一、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,4,二、内部结构及工作原理,结构上有哪些相同？,5,2.1 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,6,（1）数据锁存器D触发器,CP=0，Q保持不

2、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,7,（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,8,（3）输出驱动电路,图7 NMOS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,9,2.2 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9 MCS-51端口工作原理示意图,10,（1）输出（写

3、）操作,图10 MCS-51端口写操作示意图,X,X,X,锁存器打开,11,（2）输入（读引脚）操作,图11 MCS-51端口读引脚操作示意图,X,X,G2打开,12,（3）输入（读锁存器）操作,图12 MCS-51端口读锁存器操作示意图,X,X,G1打开,13,2.3 并行端口模块的总体结构,图8 MCS-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,？,14,三、各并行端口的差异,结构上有哪些不同？,15,（1） P0端口,图14 P0口每位的内部结构,16,图15 P0口不同工作模式的示

4、意图,P0端口的工作模式,0,X,X,1,X,X,X,（1）作为普通I/O端口使用 （2）作为地址/数据复用总线使用,1,0,17,图16 P1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。,18,（3）P2端口,图17 P2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MUX,19,P2端口的工作模式,图18 P2口两种工作模式示意图,0,（1）作为普通I/O端口使用 （2）作为地址总线口使用,X,X,X,1,X,X,X,X,0,1,20,（4）P3端口,图19 P3口每位的内部结构,21,P3端口的工作模式,图20 P3口两种工作模式示意图

5、,1,（1）作为普通I/O端口使用 （2）作为地址总线口使用,X,X,X,X,X,1,X,X,22,P3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1 P3口每位对应的第二功能,23,三、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 2,24,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。,25,（1）控制对象发光二极管,发光二极管(LE

6、D),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。,26,（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。,27,（3）实验电路的设计,28,（4）发光二极管实验演示,29,（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,？,30,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。,31,（1）被控对

7、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。,32,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,A,B,C,D,相数：,电机内部的线圈组数。,定子,转子,33,步进电机的外部引脚线,线序：,引脚 定义：,34,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-D,D-C-B-A,反转：,AB-BC-CD-DA,AD-DC-CB-BA,A-AB-B-BC-C-CD-D-DA,A-AD-D-DC-C-CB-B-BA,35,（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。,36,（3）实验电路的设计,37,（4）步进电机实验演示,38,四、小结,并行I/O端口的定义