单片机第5章--输入输出接口P0P3讲解课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单片微型计算机与,接口技术,第,5,章,输入、输出接口,P0P3,PO,P3,端口的功能,PO,P3,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,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,P0,P3,I/O,接口的分类：,并行接口、串行接口、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 P0,P3,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，分时输,出低,8,位地址与数据信号。,?,P,1,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,?,P2,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,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,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,+,5V,Vcc,-,EA,RST,10uF,1K,P1.0,89S51,+5V,P1.1,1K,30P,30P,XTAL1,XTAL2,GND,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,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,面两种电路接法，可增加驱动能力，二极管,亮度增加。,接成灌电流形式：,P1.0,+5V,LED,1,加驱动电路：,330,330,例,5-2.,在图,5.2,中,P1.4,P1.7,接四个发光二,极管,LED,P1.0,P1.3,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,1K,4,330,?,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 Next,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,LED,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,a,g,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,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,10,20mA,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,符,号,十六进制代码,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,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,3FH,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。,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,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。,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,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,),。,1,1,1,1,1,+5V,Vcc,/EA,RST,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,XTAL1,XTAL2,GND,89C51,Q0,Q6,/OE,D0,D6,G,373,a,g,图5-5 接五个共阴极数码管的动态显示接口,1,2,图,5-5,是接有五个共阴极数码管的动态显示,电路，用,74LS373,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,P1,口提供，数位选择由,P3.0P3.4,控制。,当,P3.0,P3.4,轮流输出,“,1,”,时，五个数码,管轮流显示。,P1.7,接开关，当开关打向位置,“,1,”,( P1.7 =0),时，,显示数字,“,12345,”,字样，当开关打,向,“,2,”,(,P1.7 =1),时，显示文本,“,HELLO,”,字,样,.,1,1,1,1,1,+5V,Vcc,/EA,RST,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,XTAL1,XTAL2,GND,89C51,Q0,Q6,/OE,D0,D6,G,373,a,g,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（,0,4,MOV 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 ;,“,1,5,”,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: NOP,NOP,DJNZ R7,，,DL1,DJNZ R6,，,DL2,RET,END,?,5.3.2,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：,8,8,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，,?,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,8XX51,的并行口,P1,接,4,4,以,P1.0,P1.3,作输出线，以,P1.4,P1.7,作输入线，键盘,扫描程序的流程如图,5.7,5,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,口输出扫描位,N(,有键按下）,N,开始,P1.0,P1.3,输出,0,延时去抖动,P1.4,P1.7,全为,1?,P1.4,P1.7,全为,1?,Y,Y(,无键按下,),读,P1.4,P1.7,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,P1.0,P1.3,输出,0,时，如无键按下，,P1.4,P1.7,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,P1.0,P1.3,逐个输出零,(,行扫描,),，检查,P1.4,P1.7,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,;P1.0,P1.3,输出,0, P1.4,P1.7,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,P1.0,P1.3,，检测,P1.4,P1.,是否全为,1,CJNE A, #0F0H,Have,;P1.4,P1.7,不全为,1,有键按下,SJMP Test,;P1.4,P1.7,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,Read: MOV A,P1,；读键盘,ANL A , #0F0H,;,屏蔽,P1.0,P1.3,，检测,P1.4,P1.7,是否全为,1,CJNE A,0F0H,Yes,；,P1.4,P1.7,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,P1.0,P1.3,，保留,P1.4,P1.7(,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,“,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,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,3.5,5V,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,3.5V,5V,，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。,