單片機輸入輸出接口

單片機輸入輸出接口第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

輸入輸出接口的作用數(shù)據(jù)緩沖功能信號轉(zhuǎn)換功能接受和執(zhí)行CPU命令的功能51單片機具有的輸入輸出接口:P0、P1、P2、P34個8位雙向I/O口

5.1P0－P3端口功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P0.0～P0.7P0驅(qū)動器P2驅(qū)動器P2.0～P2.7P0鎖存器P2鎖存器暫存1RAMRAM地址寄存器EPROMROMACC暫存2寄存器BALUSP中斷、串行口及定時器模塊PSW定時及控制指令寄存器程序地址寄存器DPTRPCPC加1緩沖器P1鎖存器P3鎖存器P1驅(qū)動器P3驅(qū)動器P1.0～P1.7P3.0～P3.7振蕩器VccVssPSENALEEARSTXTAL1XTAL2圖1－1MCS－51總體結(jié)構(gòu)框圖第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一8051單片機的引腳12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0圖1-128031，8051，8751芯片管腳圖第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一MCS-51系列單片機有四組8位并行I/O口，記作P0、P1、P2和P3。每組I/O口內(nèi)部都有8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器、8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器及數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動等電路。四組并行I/O端口即可以按字節(jié)操作，又可以按位操作。當(dāng)系統(tǒng)沒有擴展外部器件時，I/O端口用作雙向輸入輸出口；當(dāng)系統(tǒng)作外部擴展時，使用P0、P2口作系統(tǒng)地址和數(shù)據(jù)總線、P3口有第二功能，與MCS-51的內(nèi)部功能器件配合使用。第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P0口：地址（低8位）/數(shù)據(jù)時分復(fù)用口

普通I/O口

P1口：普通I/O口P2口：地址（高8位）普通I/O口5.1.1端口功能第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P3口是一個雙功能I/O口普通I/O口第二功能口

P3口的每一位都具有第二功能。P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RDWRT1T0INT1INT0TxDRxD

P3口的第二功能大多與其內(nèi)部功能部件有關(guān)，RD、WR是外部數(shù)據(jù)存儲器的寫、讀控制信號。

第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一8XX51單片機擴展程序存儲器2732的電路圖見圖

第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P0口圖1－5P0口的位結(jié)構(gòu)第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P0口有兩種用途：普通I/O端口

當(dāng)單片機系統(tǒng)沒有擴展外部芯片時，P0口用作雙向輸入輸出端口。這時圖中多路開關(guān)的控制信號為低電平，輸出與鎖存器的反向輸出端相連，同時上面的場效應(yīng)管由于與門輸出為低電平而截止。①作輸出時：輸出0時，將0輸出到內(nèi)部總線上，在寫鎖存器信號控制下寫入鎖存器，鎖存器的反向輸出端輸出1，下面的場效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出引腳成低電平。輸出1時，下面的場效應(yīng)管截止，上面的場效應(yīng)管也是截止?fàn)顟B(tài)，輸出引腳成高阻態(tài)，不是希望的1狀態(tài)，這時，必須外加上拉電阻第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一②作輸入時：P0端口引腳信號通過一個輸入三態(tài)緩沖器接入內(nèi)部總線，再讀引腳信號控制下，引腳電平出現(xiàn)在內(nèi)部總線上。為了能讀到真實的引腳信號，下面的場效應(yīng)管必須截止，即鎖存器的內(nèi)容必須是1。為了能正確讀取引腳信號，鎖存器必須先寫1，因而P0口是一個準(zhǔn)雙向口。(讀引腳)

在圖的左上方有一個三態(tài)緩沖器，是為了讀取鎖存器內(nèi)容而設(shè)。如指令:P0=P0|0XF0；將P0口的輸出狀態(tài)與0XF0按位或后再輸出到P0口，這里讀的數(shù)據(jù)是P0口鎖存器的內(nèi)容，運算結(jié)果又寫入到P0口鎖存器。(讀鎖存器)第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線 當(dāng)單片機系統(tǒng)進行存儲器、I/O口或其它功能擴展時，P0口要用作系統(tǒng)總線。在P0口上分時輸出目標(biāo)地址的低8位和要交換的字節(jié)數(shù)據(jù)。

用作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線時，多路開關(guān)的控制信號為1，輸出與上方的地址/數(shù)據(jù)線反向器的輸出相連，由于控制信號為1，上面的場效應(yīng)管受地址/數(shù)據(jù)信號控制，與下面的場效應(yīng)管成為推挽輸出形態(tài)。外部不再需要上拉電阻，P0口為真正的雙向I/O口。

操作過程：假如要讀外部程序存儲器中0x1245單元的指令，首先從P0口輸出45H，P2口輸出12H，控制器輸出ALE地址鎖存信號，再發(fā)出指令輸出允許信號PSEN，外部程序存儲器0x1245單元的內(nèi)容出現(xiàn)在總線上，由CPU讀入程序指令寄存器，譯碼執(zhí)行。第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P1口圖1－8P1口的位結(jié)構(gòu)第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P2口圖1－6P2口的位結(jié)構(gòu)第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P2口也有兩種使用方式做普通I/O口

這時，控制信號將驅(qū)動場效應(yīng)管的反向器的輸入與P2口輸出鎖存器的Q端相連。當(dāng)作輸出時與P0口類似，但P2口內(nèi)部有上拉電阻，不需外接。當(dāng)輸入使用時，輸出鎖存器也必須寫1。所以，P2口也是一個準(zhǔn)雙向I/O口。作地址總線 當(dāng)單片機系統(tǒng)進行存儲器、I/O口或其它功能擴展時，P2口要用作地址總線，輸出目標(biāo)地址的高8位。這時控制信號將驅(qū)動場效應(yīng)管的反向器的輸入與地址線相連。P2口沒有復(fù)用要求，所以外部不需地址鎖存器。應(yīng)當(dāng)注意：當(dāng)P2口的幾位作地址線使用時，剩下的P2口線不能作I/O口線使用。

第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P3口P3.X圖1－7P3口的位結(jié)構(gòu)第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一P3口是一個雙功能I/O口若不設(shè)定自動處于第一功能普通I/O口 作普通I/O口時，選擇輸出功能端為高電平，場效應(yīng)管受輸出鎖存器的控制，是一個準(zhǔn)雙向I/O口。第二功能口

P3口的每一位都具有第二功能。P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0RDWRT1T0INT1INT0TxDRxD第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一歸納四個并行口使用的注意事項如下：1。如果單片機內(nèi)部有程序存貯器，不需要擴展外部存貯器和I/O接口，單片機的四個口均可作I/O口使用。2。四個口在作輸入口使用時，均應(yīng)先對其寫“1”，以避免誤讀。3。P0口作I/O口使用時應(yīng)外接10K的上拉電阻，其它口則可不必。4。P2可某幾根線作地址使用時，剩下的線不能作I/O口線使用。5。P3口的某些口線作第二功能時，剩下的口線可以單獨作I/O口線使用。第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一5.2編程舉例例5.1例5.2＃include“reg51.h”main(){P1=0xff；

while(1){P1=P1<<4；

P1＝P1|0x0f；}}第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

LED正偏時才能發(fā)亮，按電路接法，當(dāng)P1.0輸出“1”，LED正偏而發(fā)亮，當(dāng)P1.0輸出“0”，LED的兩端電壓為0而熄滅。

LED+5VVcc--EARST10uF1KP1.089S51P1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51+5VVcc--EARST10uF1KP1.089S51+5VP1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51K第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

例5-2.在圖5.3中P1.4～P1.7接四個發(fā)光二極管LED,P1.0～P1.3接四個開關(guān)，編程將開關(guān)的狀態(tài)反映到發(fā)光二極管上。

89C51/89S51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V+5V1K×4330×4EA第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

例3.用P1.0輸出1KHz的音頻信號驅(qū)動揚聲器，作報警信號，P1.7接一開關(guān)進行控制，當(dāng)開關(guān)合上響報警信號，當(dāng)開關(guān)斷開告警信號停止，編出程序。

第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一5.3I/O口設(shè)計LED數(shù)碼顯示器和鍵盤LED顯示器結(jié)構(gòu)與原理LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示器有共陰極與共陽極兩種。第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一。afbegcddp12345109876

gfab

edcdp(a)共陰極(b)共陽極(c)管腳配置圖LED顯示器（a）共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，該發(fā)光二極管則點亮；（b）共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管陽極并接。第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

七段顯示器與單片機接口：只要將一個8位并行輸出口與顯示器的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，如下表所示。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。顯示字符共陰段選碼共陽段選碼顯示字符共陰段選碼共陽段選碼03FHC0H87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0HB7CH83H466H99HC39HC6H56DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EH第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一LED顯示器與顯示方式

N位LED顯示器有N根位選線和8×N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、滅。I／O口段選控制abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpabcdefgdp···I／O口位選控制圖N位LED顯示器第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式。(1)

LED靜態(tài)顯示方式各位LED的位選線連在一起接地或接+5V；每位LED的段選線（a－dp）各與一個八位并行口相連。在同一時間里每一位顯示的字符可以各不相同。GND/+5VI／O(1)GND/+5VI／O(2)GND/+5VI／O(3)GND/+5VI／O(4)GND/+5V圖四位靜態(tài)LED顯示器電路第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

(2)

LED動態(tài)顯示方式將所有LED的段選線并聯(lián)在一起，由一個八位I／O口控制，而位選線分別由相應(yīng)的I／O口線控制。

如：8位LED動態(tài)顯示電路只需要兩個八位I／O口。其中一個控制段選碼，另一個控制位選。動態(tài)顯示三部曲

I/O(1)I/O(2)D7D6D5D4D3D2D1D0圖八位LED動態(tài)顯示器電路第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

由于所有位的段選碼皆由一個I／O控制，因此，在每個瞬間，8位LED只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用動態(tài)掃描顯示方式。即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此瞬間，位選控制I／O口在該顯示位送入選通電平（共陰極送低電平、共陽極送高電平）以保證該位顯示相應(yīng)字符，段選控制I／O口輸出相應(yīng)字符段選碼。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果。不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。由人眼的視覺特性，每一位LED在一秒鐘內(nèi)點亮不少于30次，其效果和一直點亮相差不多。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一LED燈的判別第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

例如圖5.5是接有五個共陰極數(shù)碼管的動態(tài)顯示接口電路，用74LS373接成直通的方式作驅(qū)動電路，陰極用非門74LS04反相門驅(qū)動，字形選擇由P1口提供，位選擇由P3口控制。當(dāng)P3.0～P3.4輪流輸出1時，五個數(shù)碼管輪流顯示。P1.7接開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打向位置“1”時，顯示“12345”字樣，當(dāng)開關(guān)打向“2”時，顯示“HELLO”字樣，程序清單如下：第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一用C語言完成上述功能編程#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitP17=P1^7;main()｛ucharcodetab1［5］=｛0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed｝;/*“1～5”的字形碼，因P1.7接的開關(guān)，最高位送“1”*/ucharcodetab2［5］=｛0xf8,0xf9,0xb8,0xb8,0xbf｝;/*“HELLO”的段碼，最高位送“1”*/第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一uchari;uintj;while(1)｛

P3=0x01;for(i=0;i<5;i++)｛if(P17==1)P1=tab1［i］;elseP1=tab2［i］;P3<<=1;for(j=0;j<=25000;j++);｝｝｝課本習(xí)題5.8

*關(guān)于液晶顯示第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一鍵盤輸入鍵盤是單片機系統(tǒng)中通用的輸入設(shè)備，用于向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。鍵盤中一般矩陣式（行列式）鍵盤用得較多，適用于按鍵數(shù)量較多的場合。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行線、列線的交叉點上。當(dāng)鍵被按下，則其交點的行線和列線接通。行和列可分別用兩個I/O口來控制。

D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.判斷是否有鍵按下原理：行線通過上拉電阻接＋5V上（1）平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)；（2）若有鍵按下，行線狀態(tài)將由與行線相連的列線電平?jīng)Q定。步驟：(1)先使所有列線為低電平（I／O輸出0）(2)讀行線狀態(tài)（輸入口）當(dāng)無鍵按下時，所有行線為高電平，即讀到“全1”數(shù)據(jù)；當(dāng)有某鍵按下時，總會有一根行線為低電平，即讀到的數(shù)據(jù)不全為“1”。D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2.按鍵的識別（識別鍵的行列位置）（1）掃描法

a.依次給每一根列（行）線送低電平；

b.讀所有行線狀態(tài)若全為‘1’，則所按下之鍵不在此低電平列上；若不全為‘1’（有一根為‘0’），則按鍵在現(xiàn)有低電平行與低電平列的交叉處。D7D6D5D4D3D2D1D0I/O接口+5V第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一(2)反轉(zhuǎn)法a.將行線接一并口，做輸出方式；列線接一并口，做輸入方式。使所有行線為低電平（送全“0”），讀入列線值，為“0”的那列，即按鍵所在