单片机第5章-输入输出接口P0P3讲解课件.ppt

1、单片微型计算机与接口技术第5章 输入、输出接口P0P3 POP3端口的功能 POP3端口的编程 用并行口设计LED数码显示 用并行口设计键盘电路 本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容 计算机对外设进行数据操作时，外设的数据线不能直接与CPU的数据线相连，必须经过接口电路(简称接口或I/O口)。需要接口的原因：1.CPU 的数据线是外设或存贮器与 CPU进行数据交 换的唯一公共通道，为了避免数据线的使用产生冲突，一般在接口电路中使用地址译码器产生片选信号以选中 各个外设（地址不同）；2.为了快速的CPU和慢速的外设在速度上的匹配。第五章 输入、输出接口P0P3 I/O接口的分类：并行接口、串行接

2、口、定时/计数器、A/D、D/A等，现在的接口电路一般封装在一个芯片内部，而且一个芯片有时候具有多种接口功能；同时，芯片一般是可编程的，可以用来使一个类型的接口具有多种不同的工作模式。接口的功能：数据的缓冲或锁存、地址译码、信息格式转换、状态采集（外设状态：忙/闲）、初始化命令等。MCS-51单片机有P0、P1、P2、P3四个8位 双向I/O口，每个端口可以按字节（8位）输入或输出，也可以按位（1位）进行输入或输出，四个口共32根口线，用作位控制十分方便。5.1 P0P3端口的功能 大多数口线都有双重功能，具体介绍如下：?PO口1.作为一般的输入/输出接口。2.作为地址/数据总线,接外围芯片时

3、，分时输出低 8 位地址与数据信号。?P1口1.作为一般的输入/输出口。2.在增强型(52系列)和ISP型(在系统编程型)中有如下功能:P1.0 T2引脚,定时/计数器2外部计数脉冲输入 P1.1 T2EX引脚,定时/计数器2触发和方向控制?P2P2口口1.作为输入/输出口。2.作为高8位地址总线。?P3口P3口为双功能 1.作第一功能使用时，其功能为输入/输出口。2.作第二功能使用时，每一位功能定义如下表 所示:RD（外部数据存储器读选通信号入）P3.7 WR（外部数据存储器写选通信号入）P3.6 T1（定时器1外部计数脉冲输入）P3.5 T0（定时器0外部计数脉冲输入）P3.4 P3.3

4、P3.2 TXD（串行输出线）P3.1 RXD（串行输入线）P3.0 第 二 功 能 端口引脚 INT0（外部中断0输入线）INT1（外部中断1输入线）四个并行口使用的注意事项如下：1.如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，单片机的四个口均可作I/O口使用。2.四个口在输入数据时，均应先对其写“1”（以避免误读）然后读入数据。3.P0口作I/O口使用时应外接10K 的电阻，其它口则可不必。4.P2口某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。5.P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。5.2 编程举例 例5-1 设计一电路，监视某开关

5、K，用发光二极管LED显示开关状态，如果开关合上:LED 亮;开关打开:LED熄灭。LED 89C51+5V5V VccVcc-EAEA RSTRST 10uF 1K P1.0P1.0 89S51+5V P1.1P1.1 1K1K 30P30P 30P30P XTAL1XTAL1 XTAL2 GNDGND K 图5-1 LED正偏时才能发亮，按电路接法，当P1.0输出“1”，LED正偏而发亮，当P1.0 输出“0”，LED 的两端电压为 0 而熄灭。LED 89C51+5V Vcc-EA RST 10uF 1K P1.0 89S51+5V P1.1 1K 30P 30P XTAL1 XTAL2

6、 GND K 编程如下：CLR P1.0 ；Next:SETB P1.1 ；先对P1口写入“1”JB P1.1，Off ；开关断开，转Off SETB P1.0 ；SJMP Next Off :CLR P1.0 ；SJMP Next +5V P1.0 LED 在上述电路图中二极管亮度不够，按下在上述电路图中二极管亮度不够，按下面两种电路接法，可增加驱动能力，二极管面两种电路接法，可增加驱动能力，二极管亮度增加。亮度增加。接成灌电流形式：接成灌电流形式：P1.0+5V LED 1 加驱动电路：加驱动电路：330 330 例5-2.在图5.2中P1.4P1.7接四个发光二极管LED,P1.0P1.

7、3接四个开关，编程将开关的状态反映到发光二极管上。89C51/89S51 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7+5V+5V 1K4 330?4 4 图5-2 EA 用汇编语言编程 ORG 0000H MOV P1,#0FFH ;高四位置”1”，LED全灭 ;低四位置”1”,以便正确读入开关状态 Next:MOV A,P1 ;读P1口引脚开关状态，并送入 A SWAP A ;低四位开关状态换到高四位 ANL A,#0F0H ;保留高四位 MOV P1,A ;从P1口输出 ;高四位不变，低四位置“1”，准备下一轮读开关 ORL P1,#0FH SJMP N

8、ext 5.3 设计LED数码显示器和键盘电路 键盘和显示器是单片机应用系统中常用的输入输出装置。LED数码显示器是常用的显示器之一，下面分别介绍利用单片机并口设计LEDLED数码显示电路和键盘电路的方法。5.3.1用并行口设计LED显示电路 1.LED显示器及其原理 LED有着显示亮度高，响应速度快的特点。最常用的是七段式LED显示器，又称数码管。七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合行成字符。常见LED的管脚排列见图5.4(a)。其中COM为公共点，根据COM的接线形式，可分成共阴极型和共阳极型。a b c d e f g dp(a)(b)共

9、阴(c)共阳 c d e dp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a b f g com com a b c e f a b c d e f g dp com公共点 com公共点图5.4 d g 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh dp g f e d c b a a b c d e f g dp c d e dp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a b f g com com a b c e f com g LED共阴数码管的ag七个发光二极管因加正电压而发亮，零电压则灭，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码(段码)，如显示”0”,字形码为3fh(dp

10、,gfedcba:0011,1111).显示”2”,字形码为5BH.(b)dp com a b c d e f g dp c d e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 com com a b c e f g dp g f e d c b a 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 共阳极和共阴极的字形码是不同的，其字形码见表5.2。LED数码管每段需1020mA的驱动电流。字形码的控制输出可采用硬件译码方式，也可用软件查表法。如采用BCD 7段译码/驱动器：共阴极：74LS48、74LS49、CD4511 共阳极：74LS46、74LS47、CD4513 显示字符 段段 符符 号号 十

11、六进制代码 dp g f e d c b a 共阴 共阳 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F H P 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1

12、 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 76H 73H C0 F9 A4 B0 99 92 82 F8 80 90 88 83 C6 A1 86 8E 89 8C 2.LED数码管的接口 数码管的接口有静态接口和动态接口。数码管的接口有静态接口和动态接口。静态接口为固定显示方式，无闪烁，其电路采用一个并行口接一个数据管，数码管的公共端按共阴或共阳分别接 地/Vcc。这种接法占用接口多，如果 PO口和P2

13、口要用作数据线和地址线，仅用单片机的并行口就只能接两个数码管，一般很少采用。口就只能接两个数码管，一般很少采用。动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时，利用人眼的暂留特性（每秒亮灭各24次），看不出闪烁显示现象，这种显示需要，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出(字形选择)，另一接口完成各数码管的轮流点亮(数位选择)。11111+5VVcc/EARSTP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4XTAL1XTAL2GND89C51Q0Q6/OED0D6G373ag图5-5 接五个共阴极数码管的

14、动态显示接口1 2 图图5-5是接有五个共阴极数码管的动态显示是接有五个共阴极数码管的动态显示电路，用电路，用74LS373接成直通的方式作驱动电路，接成直通的方式作驱动电路，阴极用非门74LS04反相门驱动，字形选择由反相门驱动，字形选择由P1口提供，数位选择由口提供，数位选择由P3.0P3.4控制。控制。当当P3.0P3.4轮流输出“1”时，五个数码管轮流显示。管轮流显示。P1.7接开关，当开关打向位置接开关，当开关打向位置“1”(P1.7=0)时，时，显示数字“12345”字样，当开关打字样，当开关打向“2”(P1.7=1)时，显示文本时，显示文本“HELLO”字字样样.11111+5V

15、Vcc/EARSTP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4XTAL1XTAL2GND89C51Q0Q6/OED0D6G373ag图5-5 接五个共阴极数码管的动态显示接口1 2 用汇编语言编程 ORG 0000H MOV P3，#0 ；清显示,全灭 Test:SETB P1.7 JB P1.7，DIR1 ；MOV DPTR，#TAB 1 ;开关置于1，0:12345字形表头地址 SJMP DIR DIR1:MOV DPTR，#TAB2 ;开关置于2，1:“HELLO”字形表头 DIR:MOV R0，#0 ；R0：字形选择（04 M

16、OV R1，#01 ；R1 Next:MOV A，R0 MOVC A，A+DPTR ;MOV P1，A ；送P1口输出到74LS373 MOV A，R1 MOV P3，A ；ACALL DAY ；INC R0 ；RL A ；MOV R1，A ;五个数码管是否显示完？（移 5次:01H-20H）CJNE R1，#20H，Next SJMP Test TAB1:db 06H,5BH,4FH,66H,6DH ;“15”的字形码 TAB2:db 78H,79H,38H,38H,3FH ;“HELLO”的字形码 DAY:MOV R6，#20 ;延时20ms子程序 DL2:MOV R7，#7DH DL1:

17、NOP NOP DJNZ R7，DL1 DJNZ R6，DL2 RET END?5.3.25.3.2用并行口设计键盘电路用并行口设计键盘电路 键盘是计算机系统中不可缺少的输入设备，当按键少时可接成线性键盘(一个按键对应一位，如 图5.2中的按键)，按键较多时，这样的接法占用口线较多。为了节省口线，可将按键接成矩阵的形式。例如：88的形式接64个按键，行列用两个接口表示。每个按键都有行值和列值，行值和列值的组合（称为按键的扫描码）就可以唯一的标识某个按键。矩阵的行线和列线分别通过两个并口与 CPU通信。按键的状态用开关量“0/1”表示。键盘处理程序的任务是：?确定有无键按下；?判哪一个键按下，?

18、键的功能是什么；?还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地(称行扫描)，另一个并行口输入按键状态(称回馈信号，键盘的列值)，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键、通过软件查表，查出该键的功能。也可由硬件编码器完成键的编码。下图中，用下图中，用8XX518XX51的并行口的并行口P1P1接接4 44 4 以P1.0P1.3作输出线，以P1.4P1.7作输入线，键盘扫描程序的流程如图扫描程序的流程如图 5.75.7 5 a EE DE BE 7E ED DD BD 7D EB DB BB 7B E7 D7 B7 77 置行扫描初值 从P1口输出扫描

19、位 N(有键按下）N 开始 P1.0P1.3输出0 延时去抖动 P1.4P1.7全为1?P1.4P1.7全为1?Y Y(无键按下)读P1.4P1.7值 循环行扫描 Y 转处理程序 P1口的高四位和低四位 相或得键编码 扫到最后一行?N Y 形成下一行扫描码 该行有键按下?N 对键盘的程序流程图5.7 当P1.0P1.3输出0时，如无键按下，P1.4P1.7的输入值均为“1”，如果其中有一个不是“1”，说明有键按下，再使P1.0P1.3逐个输出零(行扫描)，检查P1.4P1.7的输入值有无零，从而查出是哪行哪列的键按下。在判按键时，按键有抖动，可采用延时后再重读以跳过抖动时段(也可用R-S触发器

20、闩锁电路硬件消抖，但这样电路复杂，在矩阵键盘中不采用)。程序清单如下：ORG 0000H Test:MOV P1,#0F0H ;P1.0P1.3输出0,P1.4P1.7 输出1,作输入位 MOV A,P1 ；读键盘，检测有无键按下 ANL A,#0F0H ;屏蔽P1.0P1.3，检测P1.4P1.是否全为1 CJNE A,#0F0H,Have ;P1.4P1.7不全为1,有键按下 SJMP Test ;P1.4P1.7全为1,无键按下,重检测键盘 Have:MOV A,#0FE ;有键按下，逐行扫描键盘，置扫描初值 Next:MOV B,A ；扫描码暂存于B MOV P1,A ；输出扫描码 R

21、ead:MOV A,P1 ；读键盘 ANL A,#0F0H ;屏蔽P1.0P1.3，检测P1.4P1.7是否全为1 CJNE A,0F0H,Yes ；P1.4P1.7不全为1，该行有键按下 MOV A,B ；被扫行无键按下，准备查下一行 RL A ；置下一行扫描码 CJNE A,#0EFH,Next；未扫到到最后一行循环 Yes:ACALL DAY ；延时去抖动 ARead:MOV A,P1 ；再读键盘 ANL A,#0F0H ;屏蔽P1.0P1.3，保留P1.4P1.7(列码)MOV R2,A ；暂存列码 MOV A,B ANL A,#0FH ；取行扫描码 ORL A,R2 ；行码、列码合并

22、为键编码 Yes1:MOV B,A ；键编码存于B LJMP SAM38 ；转键分析处理程序 例如图5-6中的“a”键，的编码为同样可得键，的编码为同样可得“5”键编码为BBH，由此可将每个按键的编码排出来，通过查表程序转不同的按键处码排出来，通过查表程序转不同的按键处 理程序。此程序部分请读者自行编出。该程序同样可用汇编语言编出。小 结 1.四个并行口均可作为输入输出接口使用，但又有各自的特点。因PO口是数据线和低八位的 地址线，因此不用它作输入/输出接口，而是用它传输数据和低八位的地址信息，除非在不 接其他外围芯片的情况下才作I/O接口使用，此时由于内部漏极开路，需外接上拉电阻。四个口的使

23、用特点是本章的重点。并行接口是单片机用得最多的部分，可直接接外部设备(要注意电平的匹配)。本章以最简单 的实验室最容易实现的外部设备 开关和发光二极管为例说明并行口的应用设计，其他外设 的测控原理与其一样。3.在应用设计中应理解，计算机内由数字电路组成只存在两种TTL电平，高电平3.55V和低 电平0V，对应着的数字为“1”和“0”外设的状态要通过电路转换成高、低电平，计算机才能识别(如开关电路)计算机输出数据“1”即输出3.5V5V，输出数据“0”即输出0V，根据外设需要的电平要求 输出“1”或“0”数据，这就是程序控制外设的2.当并行口作为输入口使用时，应对所用的口线写“1”，使其内部的驱动场效应管截止 ，防止误读。写“1”以后不影响读引脚指令，因为读入的信息是经缓冲器2(见图5.1)进入CPU的，而不是读的锁存器。