CH3輸出端口應(yīng)用

1、課題名稱 第三章第一節(jié)輸出端口的應(yīng)用計劃學(xué)時2課時內(nèi)容分析知識點：MCS-51的輸入/輸出端口（P0、P1、P2、P3口）的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，輸出電路設(shè)計（霹靂燈案例、繼電器和七段碼LED）教學(xué)目標(biāo)及要求理解并掌握51系列單片機的輸入/輸出端口的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握輸出電路的設(shè)計方法，會設(shè)計簡單的LED驅(qū)動電路。重點及措施教學(xué)重點：P0、P1、P2、P3口的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、輸出電路設(shè)計難點及措施教學(xué)難點：P0、P1、P2、P3口的工作原理的區(qū)別、輸出電路設(shè)計教學(xué)方式教學(xué)采用教師課堂講授為主，使用多媒體教學(xué)方式，學(xué)生討論、交流與提問。教學(xué)過程一、 引入MCS-51單片機輸入/輸出接口引

2、腳，4個8位并行 I/O 接口引腳 ：P0.0P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7、P3.0P3.7。對單片機的控制，其實就是對I/O口的控制，無論單片機對外界進行何種控制，或接受外部的何種控制，都是通過I/O口進行的。51單片機4個I/O端口線路設(shè)計的非常巧妙，學(xué)習(xí)I/O端口邏輯電路，不但有利于正確合理地使用端口，而且會給設(shè)計單片機外圍邏輯電路有所啟發(fā)。下面介紹一下輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)和基本工作原理。二、 新授主要內(nèi)容：1、硬件部分：認(rèn)識8051的輸入/輸出口；輸出電路設(shè)計2、實踐部分：驅(qū)動LED實驗3.1 認(rèn)識MCS-51的輸入/輸出口 51系列單片機有4個I/O端口，每個端口都

3、是8位并行的I/O口，共有32條I/O線，每個端口都包括一個鎖存器(即專用寄存器P0P3)、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。通常把4個端口籠統(tǒng)地表示為P0P3。Ø 在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這4個端口的每一位都可以作為準(zhǔn)雙向通用I/O端口使用。Ø 在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口分時作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。1、P0口包含：一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動和控制電路組成。特點:（1） P0端口是多功能的，雙向的、可以位尋址操作的8位I/O端口；（2）沒有外擴芯片時，P0口可以直接作為輸出口或輸入口使用。（3）有外擴芯片時，P0口不再做

4、I/O口使用，而是先傳送地址，后傳送數(shù)據(jù)。圖1 P0口理解：Ø P0口直接做輸出口時，將0送到P0.0的過程 Ø 注意: P0口做輸出口時，如果端口輸出為1，Q1、Q2兩管都處于截止?fàn)顟B(tài)，P0.0P0.7就處于不確定狀態(tài)，沒有標(biāo)準(zhǔn)的高電平，所以P0口作輸出口使用時，必須外接上拉電阻。 Ø P0口直接做輸入口時，將P0.0處的1送入DB0.0的過程Ø 注意: P0口作輸入口時，P0.0P0.7上的信號經(jīng)過三態(tài)緩沖器送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。在讀引腳之前，要先將鎖存器置1，否則總是讀到0Ø P0引腳：輸出地址/輸入數(shù)據(jù)信息1的過程2、P1口特點:（1）

5、P1為8位、可位尋址的輸入/輸出端口（2） P1口通常只作為輸出口或輸入口使用。（3） 52系列中P1.0的第二功能是作為定時器/計數(shù)器2的外部輸入端（即T2），P1.1作為外部控制輸入（即T2EX）。圖2 P1口理解：P1口直接做輸出口時，將1送到P1.0的過程P1口直接做輸入口時，將P1.0處的0送入DB0.0的過程注意: P1口作輸入口時，P1.0-P1.7上的信號經(jīng)過緩沖器送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。同樣需要在讀引腳之前，要先將鎖存器置1，否則總是讀到0。3、P2口特點:（1）P2為8位、可位尋址的輸入/輸出端口。 （2）在擴展外部存儲器時，P2口還可作為地址總線的高8位，和P0口一起組合成1

6、6位的地址總線。圖3 P2口理解：Ø P2口直接做輸出口時，將0送到P2.0的過程注意：P2口做輸出口時，內(nèi)部數(shù)據(jù)經(jīng)過鎖存器送到P2.0-P2.7上。由于內(nèi)部有上拉電阻，所以P2口作輸出口使用時，不用外接上拉電阻Ø P2口直接做輸入口時，將P2.0處的0送入DB0.0的過程注意: P2口作輸入口時，P2.0P2.7上的信號經(jīng)過緩沖器送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。在讀引腳之前，要先將鎖存器置1，否則總是讀到0。 Ø P2作為地址總線時，CPU發(fā)出控制電平“1”，使多路開關(guān)倒向內(nèi)部地址線。此時，P2輸出高8位地址。4、P3口特點: （1）P3為8位、可位尋址的輸入/輸出端口。

7、（2）P3口是雙功能端口，第一功能是通用的I/O端口，第二功能是用作其他功能模塊的輸入輸出及控制引腳。圖4 P3口理解：Ø P3口直接做輸出口時，將1送到P3.0的過程注意：P3口做輸出口時，內(nèi)部數(shù)據(jù)經(jīng)過鎖存器送到P3.0-P3.7上。由于內(nèi)部有上拉電阻，所以P3口作輸出口使用時，不用外接上拉電阻。Ø P3口直接做輸入口時，將P3.0處的0送入DB0.0的過程注意: P3口作輸入口時，P3.0P3.7上的信號經(jīng)過緩沖器送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。在讀引腳之前，要先將鎖存器置1，否則總是讀到0。Ø P3作為第二功能輸出功能，P3端口對應(yīng)位的數(shù)據(jù)鎖存器置1，使與非門開鎖，此時

8、，“第二輸出功能”輸出的信號可以控制P3.X引腳上輸出電平P3口的其他功能:5、 P0、P1、P2、P3口總結(jié)Ø 均是8位，可以字節(jié)操作，也可以位操作；Ø 不用擴展系統(tǒng)總線時，P0、P2和P3都可以作為通用I/O口使用，但P1口總是做通用I/O端口使用Ø 系統(tǒng)需要擴展外部總線時，P0口分時復(fù)用為外部數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線，P2口作為高8位地址總線使用，此時的P3口P3.6和P3.7作為第二種功能使用，提供外部存儲器的寫選通（WR*）和讀選通（RD*）信號。Ø P1、P2和P3端口的輸出驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)相似，內(nèi)部有上拉電阻，作為輸出口使用時，不用外接上拉電

9、阻，可以同時驅(qū)動4個LS TTL負(fù)載，P0口內(nèi)部無上拉電阻，P0口作輸出口使用時，必須外接上拉電阻，但由于P0口上下兩個FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負(fù)載能力大大增強，所以可以驅(qū)動8個LS TTL負(fù)載。3.2輸出電路設(shè)計1、驅(qū)動LEDLED為發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode）,體積小、耗電低，常被用于微型計算機與數(shù)字電路的輸出裝置，以提示信號狀態(tài)。例如：紅色LED正向偏壓1.7V時點亮，正向電流10mA20mA適宜 限流電阻R=(5-1.7)/10mA=330需要LED更亮點：R=(5-1.7)/15mA=220限流電阻選擇200470輸出 LED 的連接 ：注

10、意：P1、P2和P3內(nèi)部雖然有上拉電阻，但是需要產(chǎn)生10mA20mA的電流是不可能的，所以在電路連接的時候應(yīng)注意。案例：霹靂燈實驗霹靂燈，在一排LED里，本題使用8個LED,任何一個時間只有一個LED燈亮，而亮燈的順序為從左到右再從右至左。KEIL C 程序：/* 霹靂燈實驗程序 */=聲明區(qū)=#include<reg51.h> / 定義8051暫存器之標(biāo)頭檔,P2-1719 #defineLED P1/ 定義LED接至Port 1void delay(int);/ 聲明延遲函數(shù) /=主程序=main()/ 主程序開始 unsigned char i; / 聲明無號數(shù)字元變數(shù)i(占

11、1Bytes) LED=0xfe;/ 初值=1111 1110,只有最右1燈亮while(1)/ 無窮循環(huán),程序一直跑 for(i=0;i<7;i+)/ 左移7次 delay(100);/ 延遲100 5m=0.5s LED=(LED<<1)|0x01;/ 左移1位,并設(shè)定最低位元為1 / 左移結(jié)束,只有最左1燈亮 for(i=0;i<7;i+)/ 右移7次 delay(100);/ 延遲100 5m=0.5s LED=(LED>>1)|0x80;/ 右移1位,并設(shè)定最高位元為1/ 結(jié)束右移,只有最右1燈亮 / while循環(huán)結(jié)束 / 主程序結(jié)束 /=子程序

12、=/* 延遲函數(shù),延遲約x 5ms */void delay(int x)/ 延遲函數(shù)開始 int i,j;/ 聲明整數(shù)變數(shù)i,j for (i=0;i<x;i+)/ 計數(shù)x次,延遲x 5ms for (j=0;j<600;j+);/ 計數(shù)600次，延遲5ms / 延遲函數(shù)結(jié)束322 驅(qū)動蜂鳴器蜂鳴器（Buzzer），類似于小型喇叭，分為電壓型和脈沖型，電壓型的蜂鳴器送電就會叫，其頻率固定；脈沖型蜂鳴器必須加入脈沖才會發(fā)出聲響，其聲音的頻率就是加入脈沖的頻率，后面使用是脈沖型蜂鳴器。1)高電平驅(qū)動蜂鳴器，左圖適用于 P1P3，右圖適用于 P0P3 達(dá)林頓增益大，能快速飽和，端口輸出

13、脈沖信號注意：P0口與其它口接法是不同的三極管作用：電流放大和開關(guān)作用蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路，一般采取一個三極管來放大驅(qū)動蜂鳴器2)低電平驅(qū)動蜂鳴器 3-3-1 蜂鳴器實驗 /* 蜂鳴器實驗程序 */=聲明區(qū)=#include<reg51.h>/ 定義8051暫存器sbit buzzer = P37 ;/ 聲明蜂鳴器的位置為Port 3之bit 7void delay(int);/聲明延遲函數(shù) voi

14、d pulse_BZ(int,int,int);/聲明蜂鳴器發(fā)聲函數(shù) /=主程序=main()/主程序開始 while(1)/無窮循環(huán),程序一直跑 pulse_BZ(100,1,1);/ 蜂鳴器發(fā)聲100 (0.5m+0.5m)=0.1sdelay(1000);/延遲1000 0.5m=0.5秒 /while循環(huán)結(jié)束 /主程序結(jié)束 /=子程序=/* 延遲函數(shù)開始,延遲x 0.5ms */ void delay(int x)/延遲函數(shù)開始 int i,j;/聲明整數(shù)變量i,jfor (i=0;i<x;i+)/計數(shù)x次,延遲約x 0.5ms for (j=0;j<60;j+);/計數(shù)6

15、0次，延遲約0.5ms /延遲函數(shù)結(jié)束 /* 蜂鳴器發(fā)聲函數(shù),count=計數(shù)次數(shù),TH=高態(tài)時間,TL=低態(tài)時間 */void pulse_BZ(int count,int TH,int TL)/蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)開始 int i;/聲明整數(shù)變數(shù)ifor(i=0;i<count;i+)/計數(shù)count次 buzzer=1;/輸出高態(tài)delay(TH);/延遲TH 0.5ms buzzer=0;/輸出低態(tài) delay(TL);/延遲TL 0.5ms /for循環(huán)結(jié)束 /蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)結(jié)束思考：1）若希望產(chǎn)生1kHz聲音0.2秒、暫停0.05秒、600Hz聲音0.1秒、 暫停 0.2秒，應(yīng)如何

16、修改（含delay函數(shù)）？ 2）請調(diào)整輸出頻率與間隔，以產(chǎn)生電話鈴聲? 323 驅(qū)動繼電器1、電磁繼電器的構(gòu)造：A是電磁鐵，B是銜鐵，C是彈簧，D是動觸點，E是靜觸點。閉合開關(guān)S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點同時與兩個靜觸點接觸，使D、E間連通。這時彈簧被拉長，工作電路被接通，小燈泡L發(fā)光。斷開開關(guān)S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動觸點與靜觸點分開，工作電路被切斷，小燈泡L不發(fā)光。 結(jié)論：電磁繼電器就是利用電磁鐵控制工作電路通斷的開關(guān)2、電磁繼電器(electromagnetic relay)的工作原理在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，

17、從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，內(nèi)部開關(guān)在電磁力吸引的作用下與常開接點吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，內(nèi)部開關(guān)回到常閉接點處。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，ca稱為“常開接點”；cb處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉接點”。 結(jié)論：用小電流來控制大電流負(fù)載，內(nèi)部是個開關(guān)電路面包板上所使用的繼電器(2P) 面包板是專為電子電路的無焊接實驗設(shè)計制造的。由于各種電子元器件可根據(jù)需要隨意插入或拔出，免去了焊接，節(jié)省了電路的組裝時間，而且元件可以重復(fù)使用，所以非常適合電子電路的組裝、調(diào)試和訓(xùn)練。 使用晶體管驅(qū)動繼電器 小電流的端口可直接驅(qū)動，如DC

18、5V；大電流需增加三極管驅(qū)動，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，飽和時有電場，二極管起到三極管截止時續(xù)流作用，保護三極管。使用 7405/7406 驅(qū)動繼電器 3-2-4 驅(qū)動固態(tài)繼電器1、固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性固體繼電器（Solid State Relay SSR)是利用現(xiàn)代微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型無觸點電子開關(guān)器件。類似于一般的繼電器，它可以實現(xiàn)用微弱的控制信導(dǎo)(幾毫安到幾十毫安)控制0.1A直至幾百A電流負(fù)載，但因為其沒有實際接點，所以不會有切換接點時的火花與機械式操作。固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸

19、入輸出的電隔離輸入端接控制信號，輸出端與負(fù)載、電源串聯(lián)，SSR 實際是一個受控的電力電子開關(guān)，其等效電路如下圖：由于固體繼電器具有高穩(wěn)定、高可靠、無觸點及壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在電動機調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)光、家用電器、烘箱烘道加溫控溫、送變電電網(wǎng)的建設(shè)與改造、電力拖動、印染、塑科加工、煤礦、鋼鐵、化工和軍用等方面。 SSR驅(qū)動電路實例演練3-3-2繼電器實驗 /* JDQ.c - 繼電器實驗程序 */=聲明區(qū)=#include<reg51.h> / 定義8051暫存器 sbitbuzzer = P37;/聲明蜂鳴器的位置 sbitrelay = P36;/聲明繼電器的位置 void

20、 delay(int);/聲明延遲函數(shù) void pulse_BZ(int,int,int);/聲明蜂鳴器發(fā)聲函數(shù) void pulse_RL(int,int,int);/聲明繼電器控制函數(shù) /=主程序=main()/主程序開始 while(1)/無窮循環(huán),程序一直跑 */pulse_RL(2,2000,2000);/ 繼電器使燈亮滅各10次,各2000 0.5m=1spulse_BZ(100,1,1);/ 蜂鳴器第1聲嗶,約100*(0.5m+0.5m)=0.1sdelay(200);/延遲200 0.5ms=0.1s pulse_BZ(100,1,1);/ 蜂鳴器第2聲嗶,約100*(0.

21、5m+0.5m)=0.1sdelay(200);buzzer=1;/延遲200 0.5ms=0.1s /while循環(huán)結(jié)束 /主程序結(jié)束 /=副程序=/ 延遲函數(shù)開始,延遲約x*0.5ms/void delay(int x)/延遲函數(shù)開始 int i,j;/聲明整數(shù)變量i,jfor (i=0;i<x;i+)/計數(shù)x次,延遲約x 0.5ms for (j=0;j<60;j+);/計數(shù)60次，延遲約0.5ms /延遲函數(shù)結(jié)束 /* 蜂鳴器發(fā)聲函數(shù),count=計數(shù)次數(shù),TH=高態(tài)時間,TL=低態(tài)時間 */void pulse_BZ(int count,int TH,int TL)/蜂鳴

22、器發(fā)聲函數(shù)開始 int i;/聲明整數(shù)變量i/for(i=0;i<count;i+)/計數(shù)count次 buzzer=1;/輸出高態(tài) delay(TH);/延遲TH 0.5ms buzzer=0;/輸出低態(tài) delay(TL);/延遲TL 0.5ms /for循環(huán)結(jié)束 /蜂鳴器發(fā)聲函數(shù)結(jié)束 /* 繼電器控制函數(shù),count=計數(shù)次數(shù),TH=激磁時間,TL=消磁時間 */void pulse_RL(int count,int TH,int TL)/繼電器控制函數(shù)開始 int i;/聲明整數(shù)變量i for(i=0;i<count;i+)/計數(shù)count次 relay=1;/輸出高態(tài),繼電器激磁(燈亮) delay(TH);/延遲TH 0.5ms relay=0;/輸出低態(tài),繼電器消磁(燈滅) delay(TL);/延遲TL 0.5ms /for循環(huán)結(jié)束 /繼電器控制函數(shù)結(jié)束思考題：若要讓繼電器激磁10秒鐘、消磁5秒鐘，周而復(fù)始，應(yīng)如何修改？ 3-2-5 驅(qū)動LED數(shù)碼管1）共陽極七段LED數(shù)碼管的應(yīng)用 2）共陰