單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計第5章--IO口的配置與應(yīng)用課件

1、第5章 I/O口的配置與應(yīng)用單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容1I/O口的工作模式及結(jié)構(gòu)2與I/O口有關(guān)的特殊功能寄存器及其地址聲明3應(yīng)用舉例5.1.1 并行I/O口工作模式IAP15W4K58S4單片機(jī)最多有62個I/O口，P0P7（沒有P5.6和P5.7）其中IAP15W4K58S4（LQFP44封裝）單片機(jī)共有42個I/O端口線。本書以LQFP44封裝為例。LQFP44所有I/O口均可由軟件配置成4種工作類型之一，如下表所示。4種類型分別為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式）、推挽輸出/強(qiáng)上拉、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。5.1 I/O口工作模式及結(jié)構(gòu)5.1.1 并行I/O口工作

2、模式I/O口驅(qū)動能力每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA 40-pin及40-pin以上單片機(jī)的整個芯片最大不要超過120mA 20-pin以上及32-pin以下（包含32-pin）單片機(jī)的整個芯片最大不要超過90mA5.1 I/O口工作模式及結(jié)構(gòu)5.1.1 并行I/O口工作模式I/O口控制每個口由2個控制寄存器中的相應(yīng)位控制每個引腳工作類型。STC15系列單片機(jī)的I/O 口上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（傳統(tǒng)8051的I/O 口）模式。每個端口的工作模式由PnM1和PnM0（n=0,1,2,3,4,5）兩個寄存器的相應(yīng)位來控制。除與專用PWM模塊有關(guān)的引腳（P0.6/P0.7/P1.6/P1.

3、7/P2.1/ P2.2/P2.3/P2.7/P3.7/P4.2/P4.4/P4.5）為高阻外， IAP15W4K58S4單片機(jī)上電復(fù)位后所有I/O口均為準(zhǔn)雙向模式。5.1 I/O口工作模式及結(jié)構(gòu)補(bǔ)充：上拉電阻與下拉電阻上拉電阻：電阻一端接VCC，一端接邏輯電平接入單片機(jī)引腳。下拉電阻：電阻一端接GND，一端接邏輯電平接入單片機(jī)引腳。如圖，R13和R14，一端接到了3.3V，一端通過J17連接到單片機(jī)引腳，這兩個電阻就是上拉電阻。 補(bǔ)充：上拉電阻與下拉電阻如圖，R18的一端連接到了GND，一端連接到了單片機(jī)的引腳(只不過是串了一個電阻后連接到了單片機(jī)引腳)。所以這個就是下拉電阻。補(bǔ)充：上拉電阻

4、與下拉電阻如圖，R18的一端連接到了GND，一端連接到了單片機(jī)的引腳(只不過是串了一個電阻后連接到了單片機(jī)引腳)。所以這個就是下拉電阻。如果IE_DATA不連接任何引腳，那么由于R18的下拉作用，IE_DATA就是低電平，所以三極管就不會導(dǎo)通。補(bǔ)充：上拉電阻與下拉電阻上拉電阻和下拉電阻有什么用？ 功能一：提高驅(qū)動能力。例如，用單片機(jī)輸出高電平，但由于后續(xù)電路的影響，輸出的高電平不高，就是達(dá)不到VCC，影響電路工作。所以要接上拉電阻。下拉電阻情況相反，讓單片機(jī)引腳輸出低電平，結(jié)果由于后續(xù)電路影響輸出的低電平達(dá)不到GND，所以接個下拉電阻。 補(bǔ)充：上拉電阻與下拉電阻功能二：在單片機(jī)引腳電平不定的時

5、候，讓后面有一個穩(wěn)定的電平。例如上面接下拉電阻的情況下，在單片機(jī)剛上電的時候，電平是不定的，還有就是如果你連接的單片機(jī)在上電以后，單片機(jī)引腳是輸入引腳而不是輸出引腳，那這時候的單片機(jī)電平也是不定的，R18的作用就是如果前面的單片機(jī)引腳電平不定的話，強(qiáng)制讓電平保持在低電平。 補(bǔ)充2：灌電流與拉電流拉電流和灌電流是衡量電路輸出驅(qū)動能力（注意：拉、灌都是對輸出端而言的，所以是驅(qū)動能力）的參數(shù)，這種說法一般用在數(shù)字電路中。由于數(shù)字電路的輸出只有高、低（0，1）兩種電平值，高電平輸出時，一般是輸出端對負(fù)載提供電流，其提供電流的數(shù)值叫“拉電流”；低電平輸出時，一般是輸出端要吸收負(fù)載的電流，其吸收電流的數(shù)值

6、叫“灌（入）電流” 補(bǔ)充2：灌電流與拉電流結(jié)論如下：單片機(jī)輸出低電平的時候，驅(qū)動能力尚可，而輸出高電平的時候，就沒有輸出電流的能力。灌電流負(fù)載，是合理的；而“拉電流負(fù)載”和“上拉電阻”會產(chǎn)生很大的無效電流，并且功耗大。設(shè)計單片機(jī)的負(fù)載電路，應(yīng)該采用“灌電流負(fù)載”的電路形式，以避免無謂的電流消耗。 表5-1 I/O口工作模式的設(shè)置控制信號I/O口工作模式PnM17:0PnM07:000準(zhǔn)雙向口（傳統(tǒng)8051 I/O 口模式)：灌電流可達(dá)20mA，拉電流為270uA，由于制造誤差，實(shí)際為270uA150uA01推挽輸出：強(qiáng)上拉輸出，可達(dá)20mA，要加限流電阻10僅為輸入（高阻）11開漏（Open

7、Drain）：內(nèi)部上拉電阻斷開。需外加上拉電阻，否則讀不到外部狀態(tài)，也對外輸不出高電平。此模式用于5V器件與3V器件電平切換例如：P0M1和P0M0用于設(shè)定P0口的工作模式5.1.2 并行I/O口的結(jié)構(gòu)下面介紹IAP15W4K58S4單片機(jī)的并行I/O口不同模式的結(jié)構(gòu)與工作原理。1準(zhǔn)雙向口工作模式2推挽工作模式3僅輸入（高阻）工作模式4開漏輸出工作模式5.1 I/O口工作模式及結(jié)構(gòu)1.準(zhǔn)雙向口工作模式 準(zhǔn)雙向口工作模式下，I/O口的電路結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。此模式下，I/O口可用直接輸出而不需要重新配置口線輸出狀態(tài)。每個端口都包含一個8位的鎖存器，即特殊功能寄存器P0P5。這種結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)輸出時具

8、有鎖存功能，即在重新輸出新的數(shù)據(jù)之前，口線上的數(shù)據(jù)一直保持不變。圖5-1 準(zhǔn)雙向口工作模式I/O口的電路結(jié)構(gòu) 準(zhǔn)雙向口有三個上拉場效應(yīng)管T1、T2、T3，以適用不同的需要。其中，T1稱為“強(qiáng)上拉”，T2稱為“極弱上拉”，T3稱為“弱上拉”。 1.當(dāng)口線寄存器為“1”且引腳本身也為“1”時，T3導(dǎo)通，T3提供基本驅(qū)動電流使準(zhǔn)雙向口輸出為“1”。如果一個引腳輸出為“1”而由外部裝置下拉到低電平時，T3斷開，而T2維持導(dǎo)通狀態(tài)。 2.當(dāng)口線鎖存為“1”， T2導(dǎo)通。當(dāng)引腳懸空時，這個極弱的上拉源產(chǎn)生很弱的上拉電流，當(dāng)引腳上拉為高電平。 3.當(dāng)口線鎖存器由“0”到“1”跳變時，T1用來加快準(zhǔn)雙向口由邏

9、輯“0”到邏輯“1”的轉(zhuǎn)換。當(dāng)發(fā)生這種情況時，T1導(dǎo)通約兩個時鐘，以使引腳能夠迅速地上拉到高電平。 2.推挽工作模式 推挽輸出工作模式下，I/O口的電路結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。此模式下，I/O口輸出的下拉結(jié)構(gòu)、輸入電路結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)雙向口模式是一致的，不同的是推挽輸出工作模式下I/O口的上拉是持續(xù)的“強(qiáng)上拉”。 當(dāng)從端口引腳上輸入數(shù)據(jù)時，必須先向端口鎖存器置“1”，使T2截止。圖5-2 推挽輸入輸出工作模式下I/O口的電路結(jié)構(gòu)3.僅輸入（高阻）工作模式 僅為輸入（高阻）工作模式下，I/O口的電路結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。此模式下，可直接從端口引腳讀入數(shù)據(jù)，而不需要先對端口鎖存器置“1”。圖5-3 僅為輸入（高

10、阻）工作模式下I/O口的電路結(jié)構(gòu)4. 開漏輸出工作模式開漏工作模式下，I/O口電路結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。此模式下，I/O口輸出的下拉結(jié)構(gòu)與推挽輸出/準(zhǔn)雙向口一致，輸入電路與準(zhǔn)雙向口一致，但是輸出驅(qū)動無任何負(fù)載，即開漏狀態(tài)，輸出應(yīng)用時，必須外接上拉電阻。圖5-4 開漏輸出工作模式下I/O口的電路結(jié)構(gòu)4. 開漏輸出工作模式開漏工作模式下，I/O口電路結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。此模式下，I/O口輸出的下拉結(jié)構(gòu)與推挽輸出/準(zhǔn)雙向口一致，輸入電路與準(zhǔn)雙向口一致，但是輸出驅(qū)動無任何負(fù)載，即開漏狀態(tài)，輸出應(yīng)用時，必須外接上拉電阻。圖5-4 開漏輸出工作模式下I/O口的電路結(jié)構(gòu)5.2 與I/O口有關(guān)的特殊功能寄存器及

11、其地址聲明P5 register ，地址C8H，可位尋址，如表5-2所示：P5M1 register，地址C9H，如表5-3所示：P5M0 register，地址CAH，如表所示：P4 register，地址C0H，可位尋址，如表所示：P4M1 register，地址B3H，如表所示：P4M0 register，地址B4H，如表所示：P3 register ，地址B0H，可位尋址，如表所示：P3M1 register，地址B1H，如表所示：P3M0 register，地址B2H，如表所示：P2 register，地址95H，可位尋址，如表所示：P2M0 register，地址96H，如表所示：

12、P1 register ，地址90H，如表所示：P1M1 register，地址91H，如表所示：P1M0 register，地址92H，如表所示：P0 register，地址80H，可位尋址，如表所示：P0M1 register，地址93H，如表所示：P0M0 register，地址94H，如表所示：下面分別列出匯編語言和C語言情況下，各個I/O的地址聲明。 1.匯編語言 /*以下是P5口新增功能寄存器的地址聲明 P5 EQU 0C8H ; OR P5 DATA 0C8H P5M1 EQU 0C9H ; OR P5M1 DATA 0C9H P5M0 EQU 0CAH ; /* 以下是P4口新

13、增功能寄存器的地址聲明 P4 EQU 0C0H ; OR P4 DATA 0C0H P4M1 EQU 0B3H ; OR P4M1 DATA 0B3H P4M0 EQU 0B4H ; 以下是P3口新增功能寄存器的地址聲明P3M1 EQU 0B1H ; OR P3M1 DATA 0B1HP3M0 EQU 0B2H ; 以下是P2口新增功能寄存器的地址聲明P2M1 EQU 095H ; P2M0 EQU 096H ; 以下是P1口新增功能寄存器的地址聲明P1M1 EQU 091H ; P1M0 EQU 092H ; 以下是P0口新增功能寄存器的地址聲明P0M1 EQU 093H ; P0M0 EQ

14、U 094H ;2C語言/*以下為P5新增功能寄存器的C語言地址聲明*/sfrP5 = 0 xc8;sfrP5M1 = 0 xc9;sfrP5M0 = 0 xca;/*以下為P4新增功能寄存器的C語言地址聲明*/sfrP4 = 0 xc0;sfrP4M1 = 0 xb3;sfrP4M0 = 0 xb4;/*以上為P3新增功能寄存器的C語言地址聲明*/sfrP3M1= 0 xb1;sfrP3M0= 0 xb2;/*以上為P2新增功能寄存器的C語言地址聲明*/ sfrP2M1=0 x95;sfrP2M0=0 x96;/*以上為P1新增功能寄存器的C語言地址聲明*/sfrP1M1=0 x91;sfr

15、P1M0=0 x92;/*以上為P0新增功能寄存器的C語言地址聲明*/ sfrP0M1=0 x93;sfrP0M0=0 x94;5.3 應(yīng)用舉例 【案例】點(diǎn)亮LED，啟動后LED1、LED2、LED3間隔2s后閃爍，原理圖如圖所示。/* 頭文件*#include iap15w4k58s4.h /IAP15W4K58S4頭文件#include delay.h /延遲函數(shù)頭文件 /* 聲明*sbit LED1= P50; / 定義LED1sbit LED2= P51; / 定義LED2sbit LED3= P52; / 定義LED3/* 程序主函數(shù)*/void main( ) / 主函數(shù) P5M0

16、 = 0 x00; /定義準(zhǔn)雙向口模式 P5M1 = 0 x00; while(1) LED1 = 0; / 點(diǎn)亮LED1 LED2 = 0; / 點(diǎn)亮LED2LED3 = 0; /點(diǎn)亮 LED1 DelayMS(2000) / 延時2s LED1 = 1; / 熄滅LED1 LED2 = 1; /熄滅 LED2 LED3 = 1; / 熄滅LED3 DelayMS(2000); /延時2s 【案例】按鍵檢測（晶振頻率18.432MHZ）。按鍵控制LED轉(zhuǎn)換，按鍵按下后低電平，未按時為高電平；按鍵1后，LED1點(diǎn)亮；按鍵2后，LED2點(diǎn)亮；按鍵3后，LED3點(diǎn)亮；按鍵4后，LED全亮。其原理圖

17、如圖所示： 5.3 應(yīng)用舉例#include iap15w4k58s4.h /可以不再加reg51.h #include delay.h / 延時函數(shù)頭文件sbit KEY1 = P20; /定義KEY1為P2.0腳sbit KEY2 = P21; /定義KEY2為P2.1腳sbit KEY3 = P22; /定義KEY3為P2.2腳sbit KEY4 = P23; /定義KEY4為P2.3腳sbit LED1 = P50; /定義LED1為P5.0腳 sbit LED2 = P51; /定義LED2為P5.1腳sbit LED3 = P52; /定義LED3為P5.2腳void main(

18、) / 主函數(shù) P2M0=0X00;P2M1=0X00;P5M0=0X00;P5M1=0X00;DelayMS(100); DelayUS(100);LED1 = 1;LED2 = 1;LED3 = 1;KEY1 = 1;KEY2 = 1;KEY3 = 1;KEY4 = 1;DelayMS(100); DelayUS(100); while (1) / 主循環(huán) if (KEY1 = = 0)LED1 = 0; / LED1 點(diǎn)亮DelayMS(1000);/ 延時1秒LED1 = 1; / LED1熄滅 else if (KEY2 = = 0) LED2 = 0; / LED2 點(diǎn)亮 DelayMS(1000) ; / 延時1秒 LED2 = 1; / LED2熄滅else if (KEY3 = = 0) LED3 = 0; / LED3 點(diǎn)亮 DelayMS(1000); / 延時1秒 LED3 = 1; / LED3熄滅 else if (KEY4=0) LED1 = 0; / LED1