1、湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹情境四 应用I/O口1湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹单片机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。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲
2、：刘丹主讲：刘丹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 4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占3232根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P0P3P3)、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P0P0P3P3。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 在无片外扩展存储器的系统中，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
3、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 P04.1.1 P0口和口和P2P2的结构的结构湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹下图为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读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚
4、一、一、P0P0口的结构口的结构湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹1、P0口作为普通I/O口输出时输出时CPU发出控制电平“0 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读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹驱动场效应管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
5、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读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读引脚：读引脚：由传送指令由传送指令(MOVMOV)实现；实现；下下面一个缓冲器用于读端口面一个缓冲器用于读端口引脚引脚数据，当执行一条数据，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，由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲
6、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。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读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读锁存器：读锁存器：有些指令有些指令 如：如：ANL P0
7、ANL P0，A A称为称为“读读-改改-写写”指令，需要读锁存器。指令，需要读锁存器。上上面面一个缓冲器用于读端口一个缓冲器用于读端口锁存器锁存器数据。数据。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹*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读读锁存器锁存器内部总线
8、内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 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）P0iQ19013VCCGNDOUTPUT湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口
9、引脚引脚准双向口：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。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹2 2、P0P0作为作为地址地址/数据总线数据总线 在系统扩展时，在系统扩展时，P0P0端口作为端口作为地址地址/数据总线数据总线使用时，使用时，分为：分为：P0P0引脚引脚输出地址输出地址/数据数据信息。信息。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器
10、锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，打开，打开“与与”门，又使多路开门，又使多路开关关MUXMUX把把CPUCPU的的地址地址/数据总线数据总线与与T2T2栅极反相接通栅极反相接通，输出地，输出地址或数据。址或数据。由图上可以看出，上下两个由图上可以看出，上下两个FETFET处于反相，构处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D
11、 QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚2 2、P0P0作为作为地址地址/数据总线数据总线湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 P0P0引脚引脚输出地址输出地址/输入数据输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线内部总线。此时，此时，CPUCPU自动使自动使MUXMUX向下，并向向下，并向P0P0口写口写“1”1”，“读读引脚引脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入控制信号有效，下
12、面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。内部总线。2 2、P0P0作为作为地址地址/数据总线数据总线-真正的双向口D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹二、二、P2P2的内部结构的内部结构1.P21.P2口作为口作为普通普通I/OI/O口口D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚CPUCPU发出控制电平发出控制电
13、平“0”0”，使多路开关，使多路开关MUXMUX倒向锁存倒向锁存器器输出输出Q Q端，构成一个准双向口。其功能与端，构成一个准双向口。其功能与P1P1相同。相同。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 2.P22.P2口作为口作为地址总线地址总线 在系统扩展片外在系统扩展片外程序存储器程序存储器扩展数据存储器且容量超过扩展数据存储器且容量超过256B 256B(用用MOVX DPTRMOVX DPTR指令指令)时，时，CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，使多路，使多路开关开关MUXMUX倒倒内部地址线内部地址线。此时，。此时，P2
14、P2输出高输出高8 8位地址。位地址。D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹4.1.2 P14.1.2 P1口、口、P3P3口的内部结构口的内部结构 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 QD QCLK QCLK QP1.nP1.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚VCCRT TP1口引脚湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技
15、 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹P3的内部结构D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1)W湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹P3的内部结构D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能二、第二功能(Q=1)此时引脚
16、部分输入(Q=1、W=1),部分输出(Q=1、W输出)。W湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹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外部读控制湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 综上所述：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
17、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。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 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总线,输出高8位地址,与P0
18、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。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹C8051F0XX通用I/O口结构湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 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
19、 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口应用注意问题湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹三、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
20、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
21、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为例进行说明：湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹PRT1CF:端口1配置寄存器P1:端口1寄存器湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹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.
22、7 P2.7=0 LED1亮。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 二、继电器电路 RELAY接P2.4 P2.4=1继电器接通湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 三、BUZZER电路 BUZZER接P2.3 P2.3=1蜂鸣器响湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 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
23、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口必须先禁止WDT并对数字交叉开关寄存器进行设置。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹应用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。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 参考程序 ORG 0000HMAIN:
24、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Blink: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
25、,#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:mov R6,#00hLoop1:movR5,#00h djnz R5,$djnz R6,Loop1 djnz R7,Loop0 ret END 湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹参考
26、程序知识点 一、子程序：具有某种功能的程序段，为所有调用程序所共享。二、子程序调用和返回指令 子程序调用指令：LCALL addr16 子程序返回指令：RET 三、堆栈操作 堆栈：在内存数据存贮器中开辟的一个数据按照先进后出的数据操作原则进行操作的数据存贮区。作用：自动保护断点和保护现场。四、堆栈指针：SP 8位寄存器 用于保存堆栈栈顶的地址。初始值SP=07H 五、堆栈操作指令 入栈指令：PUSH direct 出栈指令：POP dire湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹 下一个学习单元：应用矩阵按键。预习：1、矩阵按键电路。2、对应I
27、/O口的应用。湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业
28、 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹湖湖 南南 科科 技技 工工 业业 职职 业业 技技 术术 学学 院院主讲：刘丹主讲：刘丹
