1、11/27/20221MCS-51MCS-51单片机的并行单片机的并行I/OI/O端口端口机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20222内内 容容 提提 要要o 概述概述o 内部结构及工作原理内部结构及工作原理o 各各I/OI/O端口的差异端口的差异o 并行并行I/OI/O端口的应用端口的应用o 小结小结机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20223一、概述一、概述o功能：功能：单片机内部与外设间交换信息主要通道。单片机内部与外设间交换信息主要通道。a)a)输入端口：输入端口：从输入设备接收各种输入信号。从输入设备接收各种输入信号。按键按键拨码开关拨码开关鼠标鼠标机电与
2、汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20224一、概述一、概述 b)b)输出端口：输出端口：向输出设备发送各种驱动信号等。向输出设备发送各种驱动信号等。发光二极管发光二极管数码管数码管蜂鸣器蜂鸣器电动机电动机机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20225二、内部结构及工作原理二、内部结构及工作原理图图3 MCS-513 MCS-51各端口某位的结构各端口某位的结构机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20226图图3 MCS-513 MCS-51各端口某位的结构各端口某位的结构数据缓冲器数据缓冲器G1G1、G2G2输出输出驱动电路驱动电路数据数据锁存器锁存器3 3条
3、条控控制制线线2 2条条数数据据线线2.1 2.1 端口引脚的内部结构端口引脚的内部结构图图4 4 一条端口引脚内部的基本结构模型一条端口引脚内部的基本结构模型机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20227（1 1）数据锁存器）数据锁存器DD触发器触发器D Qn+1 0101图图5 D触发器逻辑符号触发器逻辑符号DCPQQQ Qn n+1+1=D Dn n。D D触发器具有：触发器具有：接收并记忆信号的功能接收并记忆信号的功能机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20228（2 2）数据缓冲器）数据缓冲器受控三态门受控三态门受控三态门：受控三态门：对数据传送起协调对数据传
4、送起协调和缓冲作用和缓冲作用图图6 受控三态门逻辑符号受控三态门逻辑符号机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/20229（3 3）输出驱动电路）输出驱动电路GDSB(a)标准符号标准符号GDS(b)简化符号简化符号图图3.3.1 增强型增强型NMOS管的符号管的符号图图7 NMOS管的逻辑管的逻辑符号及输出驱动电路符号及输出驱动电路输出驱动电路具有：输出驱动电路具有：反向器的作用反向器的作用栅栅极极漏漏极极源源极极机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/2022102.2 2.2 工作原理工作原理33种基本操作种基本操作u 输出（写）：经端口引脚输出数据（输出（写）：经端口引
5、脚输出数据（WLWL）u 输入（读）输入（读）：从端口引脚输入数据（：从端口引脚输入数据（RPRP）u 输入（读）：读取端口数据锁存器（输入（读）：读取端口数据锁存器（RLRL）图图9 MCS-519 MCS-51端口工作原理示意图端口工作原理示意图3 3条条控控制制线线2 2条条数数据据线线机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202211（1 1）输出（写）操作）输出（写）操作图图10 MCS-5110 MCS-51端口写操作示意图端口写操作示意图XXXX机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202212（2 2）输入（读引脚）操作）输入（读引脚）操作图图11 MCS-
6、5111 MCS-51端口读引脚操作示意图端口读引脚操作示意图XX机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202213（3 3）输入（读锁存器）操作）输入（读锁存器）操作图图12 MCS-5112 MCS-51端口读锁存器操作示意图端口读锁存器操作示意图XX机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/2022142.3 2.3 并行端口模块的总体结构并行端口模块的总体结构图图8 MCS-518 MCS-51端口的总体结构端口的总体结构8 8条条IODIOD连接数据总线；连接数据总线；8 8条条PINPIN作为作为8 8只只I/OI/O引脚；引脚；同名同名控制线控制线复联；复联；8
7、8只只D D触发器触发器构成构成8 8位锁存器。位锁存器。按按字节字节操作操作 按按位位操作操作整体整体个体个体机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202215三、各并行端口的差异三、各并行端口的差异图图13 MCS-5113 MCS-51各端口某位的结构各端口某位的结构机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202216（1 1）P0P0端口端口图图14 P014 P0口每位的内部结构口每位的内部结构非门非门G3G3上拉上拉MOSMOS管管VT0VT0（取代了上拉（取代了上拉电阻）电阻）与门与门G4G4切换开关切换开关MUXMUXa.a.地址地址/数据复用总线数据复用总线
8、b.b.控制信号线控制信号线机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202217 图图15 P015 P0口不同工作模式的示意图口不同工作模式的示意图 P0P0端口的工作模式端口的工作模式控制信号控制信号=0=00XXX1控制信号控制信号=1=1XXXXX（1）作为普通）作为普通I/O端口使用端口使用（2）作为地址）作为地址/数据复用总线使用数据复用总线使用10机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202218图图16 P116 P1口每位的内部结构口每位的内部结构（2 2）P1P1端口端口P1P1端口端口只作为普通只作为普通I/OI/O端口端口使用。使用。与 基 本 结与
9、基 本 结构 模 型 完构 模 型 完全相同全相同机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202219（3 3）P2P2端口端口图图17 P217 P2口每位的内部结构口每位的内部结构非门非门G3G3，VTVT管栅极串接管栅极串接G3G3后后改改接再接再Q Q端上。端上。切换开关切换开关MUXMUXa.a.地址总线地址总线b.b.控制信号线控制信号线机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202220P2P2端口的工作模式端口的工作模式图图18 P218 P2口两种工作模式示意图口两种工作模式示意图控制信号控制信号=0=00（1）作为普通）作为普通I/O端口使用端口使用（2）作
10、为地址总线口使用）作为地址总线口使用XXX1X控制信号控制信号=1=1XXX0机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202221（4 4）P3P3端口端口图图19 P319 P3口每位的内部结构口每位的内部结构与非门与非门G4G4，VTVT管栅极串接管栅极串接G4G4后改后改接在接在Q Q端端缓冲器缓冲器G3G3第二功能第二功能输入和输出输入和输出机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202222P3P3端口的工作模式端口的工作模式X图图20 P320 P3口两种工作模式示意图口两种工作模式示意图1（1）作为普通）作为普通I/O端口使用端口使用（2）作为地址总线口使用）作为
11、地址总线口使用XXXX锁存器锁存器Q=1Q=1第二功能输出第二功能输出信号信号=1=1XX1XX机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202223P3P3端口的第二功能定义端口的第二功能定义P3P3的第二功能涉及到的第二功能涉及到串行口、外部中断、定时器串行口、外部中断、定时器等，等，这些在后面章节中作详细的介绍。这些在后面章节中作详细的介绍。表表1 P31 P3口每位对应的第二功能口每位对应的第二功能机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202224三、并行三、并行I/OI/O口的应用口的应用发光二极管发光二极管如何应用单片机的如何应用单片机的I/OI/O口实现控制功能口
12、实现控制功能?步进电机步进电机单片机单片机（STC89C52STC89C52）按键按键实例实例 1 1实例实例 2 2机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202225实例实例11单片机控制发光二级管单片机控制发光二级管图图7 7 单片机控制发光二极管单片机控制发光二极管实验要求：实验要求：并行并行I/OI/O口口连连接接4 4个个独立按独立按键键和和8 8个个发光发光二极管二极管。实现按键对发实现按键对发光二极管的光二极管的闪闪烁灯和流水灯烁灯和流水灯的控制。的控制。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202226（1 1）控制对象）控制对象发光二极管发光二极管发光二极
13、管发光二极管(LED)(LED)正极正极+负极负极-LEDLED是一种能把电能是一种能把电能直接转换成光能的半直接转换成光能的半导体二极管。导体二极管。LEDLED符号：符号：引脚引脚Pn.x=Pn.x=0 0,LED,LED点亮点亮;引脚引脚Pn.x=Pn.x=1 1,LED,LED熄灭熄灭。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202227（2 2）输出设备）输出设备按键按键机械式按键机械式按键按键一种是人向机器按键一种是人向机器发出指令、输入信息发出指令、输入信息的必需设备。的必需设备。K K键键按下按下时，引脚时，引脚Pn.x=Pn.x=0 0;K K键键释放释放时，引脚时，
14、引脚Pn.x=Pn.x=1 1。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202228（3 3）实验电路的设计）实验电路的设计独立键盘独立键盘控制电路控制电路发光二极管发光二极管控制电路控制电路P1P1口：输出（写）口：输出（写）P3P3口：输入（读引脚）口：输入（读引脚）K1:K1:开启开启L1L1闪烁灯闪烁灯K2:K2:开启自上而下的流水灯开启自上而下的流水灯K3:K3:开启自下而上的流水灯开启自下而上的流水灯K4:K4:停止停止机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202229（4 4）发光二极管实验演示）发光二极管实验演示机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/
15、202230（5 5）实例）实例1 1设计分析设计分析u闪烁灯闪烁灯u流水灯流水灯怎样控制怎样控制P1P1端口端口的输出规律的输出规律机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202231实例实例22单片机控制步进电机单片机控制步进电机图图8 8 按键输入控制步进电机按键输入控制步进电机实验要求：实验要求：并行并行I/OI/O口口连接连接4 4个个独立按键独立按键和和步进电机步进电机。实现按键对步实现按键对步进电机进电机转向转向和和转速转速的控制。的控制。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202232（1 1）被控对象）被控对象步进电机步进电机 步进电机步进电机 步进电机是
16、将步进电机是将电脉冲电脉冲信号转变为信号转变为机械位移机械位移的机电执行元件。的机电执行元件。角位移角位移输入脉冲个数输入脉冲个数运行速度运行速度输入脉冲频率输入脉冲频率特点：特点：每获得一个电脉冲信号，电机转动一个每获得一个电脉冲信号，电机转动一个固定固定角度（步距角），电机是以步距角一步一步运行的。角度（步距角），电机是以步距角一步一步运行的。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202233步进电机的相数步进电机的相数四相六线步进电机四相六线步进电机图图9 9 四相步进电机示意图四相步进电机示意图ABCD相数：相数：电机内部的线圈组数。电机内部的线圈组数。定子定子转子转子机电与
17、汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202234步进电机的外部引脚线步进电机的外部引脚线六线步进电机六线步进电机 外部引脚线外部引脚线线序：线序：引脚引脚定义定义：机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202235步进电机的通电方式与拍数步进电机的通电方式与拍数拍：拍：步进电机各相通电顺序，即从一种通电状态转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到另一种通电状态。一个周期变化的脉冲数为拍数拍数。（a a）单四拍）单四拍（b b）双四拍）双四拍（c c）单双八拍）单双八拍正转：正转：A-B-C-DD-C-B-A反转：反转：AB-BC-CD
18、-DAAD-DC-CB-BAA-AB-B-BC-C-CD-D-DAA-AD-D-DC-C-CB-B-BA机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202236（2 2）设计分析）设计分析n起停控制：起停控制：起动起动按相序规律输出电平；按相序规律输出电平；停止停止全部输出低电平。全部输出低电平。（K3K3/K4K4键键）（K1K1键键）n 方向控制：方向控制：改变输出电平的相序次序。改变输出电平的相序次序。（K2K2键键）n 转速控制：转速控制：每一拍时间每一拍时间T T增大增大，则，则减速减速；T T减小减小，则，则加速加速。机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202237（3 3）实验电路的设计）实验电路的设计独立键盘独立键盘控制电路控制电路步进电机步进电机控制电路控制电路机电与汽车工程学院机电与汽车工程学院11/27/202238（4 4）步进电机实验演示）步进电机实验演示
