單片機IO口實驗

1、微機原理實驗報告實 驗 名 稱： 單片機IO口控制實驗 姓 名： 學(xué) 號： 座 位 號： 指 導(dǎo) 教 師： 實驗原理：MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：Mcs-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如上所示，而且IO口作為單片機的重要組成部分，是連接單片機與外部設(shè)備的橋梁。單片機IO口雙列直插封裝的管腳圖：并行IO接口及其應(yīng)用：MCS-5系列單片機內(nèi)部有4個8位的并行I/O接口i，分別命名為P0,P1,P2和P3。每個并行I/O接口的各位均可作為輸入或者輸出。由于他們都屬于地址號可被8整除的特殊功能寄存器，故可以通過位尋址或者直接尋址方式對其進行按位或字節(jié)型的I/O操作。印象位地址或字節(jié)地址表：PO口的結(jié)構(gòu)及其功

2、能：(1)1個輸出鎖存器，用于進行輸出數(shù)據(jù)的鎖存；(2)2個三態(tài)輸入緩沖器，分別用于鎖存器和引腳數(shù)據(jù)的輸入緩沖；(3)1個多路開關(guān)MUX，它的一個輸入來自鎖存器，另一個輸入是地址/數(shù)據(jù)信號的反相輸出。在控制信號的的控制下能實現(xiàn)對鎖存器輸出端和地址/數(shù)據(jù)線之間的切換；(4)由兩只場效應(yīng)管組成的輸出驅(qū)動電路。(5)除具有與P1口相同的功能外，在系統(tǒng)擴展時作為低8位地址與數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線，既此時P0為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用端口。低8位由ALE信號的下跳沿鎖存到外部地址鎖存器中，而高8位地址由P2口輸出。P0口的特點:(1)P0口是一個雙功能的端口：地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口和通用I/O口；(2)具有高電平、低

3、電平和高阻抗3種狀態(tài)的I/O端口稱為雙向I/O端口。P0口作地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口時，相當(dāng)于一個真正的雙向I/O口。而用作通用I/O口時，由于引腳上需要外接上拉電阻，端口不存在高阻（懸空）狀態(tài)，此時P0口只是一個準雙向口；(3)為保證引腳上的信號能正確讀入，在讀入操作前應(yīng)首先向鎖存器寫1；(4)單片機復(fù)位后，鎖存器自動被置1； (5)一般情況下，如果P0口已作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口時，就不能再用作通用I/O口使用；(5)P0口能驅(qū)動8個TTL負載。P1口的結(jié)構(gòu)及其功能：(1) 一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)的鎖存；(2) 兩個三態(tài)輸入緩沖器，BUF1用于讀鎖存器，BUF2用于讀引腳；(3) 數(shù)據(jù)輸

4、出驅(qū)動電路，由場效應(yīng)管VT和片內(nèi)上拉電阻R組成P1口的特點：(1) P1口由于有內(nèi)部上拉電阻，沒有高阻抗輸入狀態(tài)，所以稱為準雙向口。作為輸出口時，不需要再在片外拉接上拉電阻； (2) P1口讀引腳輸入時，必須先向鎖存器寫入1，其原理與P0口相同；(3) P1口能驅(qū)動4個TTL負載。P2口的結(jié)構(gòu)及其功能：(1) 一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)的鎖存；(2) 兩個三態(tài)輸入緩沖器，BUF1用于讀鎖存器，BUF2用于讀引腳；(3) 一個多路開關(guān)MUX，它的一個輸入來自鎖存器的Q端，另一個輸入來自內(nèi)部地址的高8位；(4) 數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動電路由非門M，場效應(yīng)管VT和片內(nèi)上拉電阻R組成。P2口的特點：(1)

5、P2口用作高8位地址輸出線應(yīng)用時，與P0口輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位的地址總線，可以尋址64KB地址空間。(2)當(dāng)P2口作高8位地址輸出口時，其輸出鎖存器原鎖存的內(nèi)容保持不變。(3)作為通用I/O口使用時，P2口為準雙向口，功能與P1口一樣。(4)P2口能驅(qū)動4個TTL負載。P1口和P2口的比較：(1) 輸出驅(qū)動電路不同，p2口的輸出驅(qū)動電路多了一個多路電子開關(guān)MUX，主要用于實現(xiàn)P2口兩種功能的切換。當(dāng)單片機的硬件使控制線C=0時，多路電子開關(guān)轉(zhuǎn)接至鎖存器的同相輸出端Q，此時P2與P1口的功能相同，作為第一功能輸入輸出口使用。當(dāng)控制線C=1時，場效應(yīng)管T的柵極經(jīng)反相器,MUX與內(nèi)部地址線

6、對應(yīng)位相連。若地址總線的狀態(tài)為1，則場效應(yīng)管T截至，引腳狀態(tài)為“1”，若地址總線狀態(tài)為“0”，則場效應(yīng)管T導(dǎo)通，引腳狀態(tài)為“0”.由此可見引腳的狀態(tài)正好與地址總線的信息相同。此時，P2口作為第二功能地址總線口使用。當(dāng)系統(tǒng)有擴展時，P2口只能作為高8位地址總線口使用。(2) 輸出驅(qū)動電路與鎖存器的接法不完全相同，即輸出鎖存電路與鎖存器的同相輸出端Q相連。P3口的結(jié)構(gòu)及其功能：(1)一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于輸出數(shù)據(jù)的鎖存；(2)3個三態(tài)輸入緩沖器，BUF1用于讀鎖存器，BUF2、BUF3用于讀引腳和第二功能數(shù)據(jù)的緩沖輸入；(3)數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動電路，由與非門M，場效應(yīng)管VT和片內(nèi)上拉電阻R組成。P3口

7、的特點：(1) P3口內(nèi)部有上拉電阻，不存在高阻輸入狀態(tài)，是一個準雙向口；(2) P3口作第二功能的輸出/輸入或作通用輸入時，均需將相應(yīng)的鎖存器置1。實際應(yīng)用中，由于復(fù)位后P3口鎖存器自動置1，已滿足第二功能運作條件，所以可以直接進行第二功能操作；(3) P3口的某位不作為第二功能使用時，則自動處于通用輸出/輸入口功能，可作為通用輸出/輸入口使用；(4) 作通用輸出/輸入口使用時，輸入信號取自緩沖器BUF2的輸出端，作第二功能使用時，輸入信號取自緩沖器BUF3的輸出端；(5) P3口能驅(qū)動4個TTL負載。I/O口配置:P1,P2的I/O端口配置同P0口的設(shè)定。IO口鎖存器操作指令：MCS-51

8、的中斷系統(tǒng)：對事件的整個處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務(wù)）五個中斷請求源：（1）INT0*外部中斷請求0，由引腳INT0*輸入，中斷請求標志為IE0。（2）INT1*外部中斷請求1，由引腳INT1*輸入，中斷請求標志為IE1。（3）定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標志為TF0。（4）定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標志為TF1。（5）串行口中斷請求，中斷請求標志為TI或RI。 由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。復(fù)位及中斷入口地址表：中斷控制：中斷的種類：（2）ES：串行口中斷允許位（3）ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位（4）EX1：外部中斷1中斷允許位

9、（5）ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位（6）EX0：外部中斷0中斷允許位。1 中斷允許寄存器IE CPU對中斷源的開放或屏蔽，由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制。字節(jié)地址為A8H，可位尋址。格式如下：在上述位地址中EA時總的中斷控制，為0時所有中斷被屏蔽，為1時根據(jù)ES,ET1,EX1,ET0,EX0的值控制中斷請求?？梢酝ㄟ^SETB和CLR命令對中斷位進行值的設(shè)定。兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套:可以通過PS,PT1,PX1,PT0,PX0對各個中斷的優(yōu)先級進行設(shè)定：IT0/IT1觸發(fā)方式選擇位 0：低電平觸發(fā)方式，-INT0/1低電平時IE0/IE1=0， -INT0/1高電平時

10、IE0/IE1=1。 1：下降沿觸發(fā)方式，檢測到下降沿，則使IE0/IE1=1，CPU相應(yīng)中斷后自動清除IE0/IE1實驗內(nèi)容：1、編寫程序，用P1.0P1.2口連LED，查詢撥盤開關(guān)SW1的狀態(tài)來控制LED的亮和滅（P1.7口接SW1）。2、編寫程序，用P1.0P1.2口連LED ，用按鍵開關(guān)KEY1作為外部中斷輸入INT0控制LED的亮和滅。（每按一次按鍵LED狀態(tài)取反一次）實驗設(shè)計：1.(1)實驗是通過開關(guān)SW1的狀態(tài)來控制LED燈的開滅，在試驗SW1接P1.7口，所以要對P1.7的狀態(tài)進行不斷地查詢。根據(jù)P1.7口的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，在讀取P1.7引腳的狀態(tài)時首先要對P1.7位置上的鎖存器

11、進行置1操作。然后讀取其狀態(tài)按照其狀態(tài)來控制LED燈的狀態(tài)。電路圖：結(jié)構(gòu)框圖：程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN:SETB P1.0 ;給P1.0控制的LED燈一個初態(tài)，讓其熄滅SETB P1.1 ;給P1.1控制的LED燈一個初態(tài)，讓其熄滅SETB P1.2 ;給P1.2控制的LED燈一個初態(tài)，讓其熄滅BACK: SETB P1.7 ;給P1.7的輸出鎖存器置1JB P1.7,BACK1 ;根據(jù)P1.7的引腳狀態(tài)進行跳轉(zhuǎn)CLR P1.0 ;給P1.O設(shè)置為高電平LED亮CLR P1.1 ;給P1.1設(shè)置為高電平LED亮CLR P1.2 ;給P1.2設(shè)置

12、為高電平LED亮SJMP BACK ;返回再次查詢BACK1: SETB P1.0 ;給P1.O設(shè)置為高電平LED滅SETB P1.1 ;給P1.1設(shè)置為高電平LED滅SETB P1.2 ;給P1.2設(shè)置為高電平LED滅SJMP BACK ;返回再次查詢END2.電路圖：程序流程圖：(1)實驗用P1.0,P1.1,P1.2來控制LED開關(guān)，并且用KEY1鍵作為作為外部中斷輸入INT0控制LED的亮和滅。INTO中斷的入口地址為0003HINTO中斷的中斷允許位為EX0INTO中斷的優(yōu)先級位為PX0INTO中斷的相關(guān)控制位為 0：低電平觸發(fā)方式，-INT0/1低電平時IE0/IE1=0， -IN

13、T0/1高電平時IE0/IE1=1。 1：下降沿觸發(fā)方式，檢測到下降沿，則使IE0/IE1=1，CPU相應(yīng)中斷后自動清除IE0/IE1程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP DEAL;從中斷接口跳轉(zhuǎn)到中斷執(zhí)行程序 ORG 0100HMAIN: SETB EA;把EA設(shè)為1使CPU運行外界中斷請求 SETB EX0;把EX0設(shè)為1使CPU允許INT0中斷 SETB PX0;把PX0設(shè)為1使INT0中斷為高優(yōu)先級 CLR IT0;把IT0清零使中斷沿低電平方式觸發(fā) SETB P1.0;LED燈設(shè)初值，熄滅 SETB P1.1;LED燈設(shè)初值，熄滅 SETB P

14、1.2;LED燈設(shè)初值，熄滅LOOP: NOP;空指令結(jié)合下一條指令不斷循環(huán) SJMP LOOP;DEAL: CPL P1.0;LED狀態(tài)取反 CPL P1.1;LED狀態(tài)取反 CPL P1.2;LED狀態(tài)取反 RETI;中斷返回 END實驗分析：（1） 實驗一：實驗1較為簡單，所以進展比較成功，沒有錯誤。實驗一的實驗流程：1. 按照實驗要求把電路板上的對應(yīng)的線連接好。2. 通過電腦VGA串口線將實驗程序燒進電路板中3. 觀察實驗現(xiàn)象：經(jīng)過驗證，該程序所實現(xiàn)的功能與實驗所要求的功能一致。（2） 實驗二：實驗二表面上看上去很簡單，但是實際上有許多值得注意的點在把程序下載到實驗班上去后，產(chǎn)生了一個

15、現(xiàn)象，就是按KEY1的時候，LED會閃爍，而且按完之后LED燈的狀態(tài)不穩(wěn)定，我仔細思考了一下這個問題，是由于按鍵存在抖動效應(yīng)，會有多個下降沿產(chǎn)生，而且由于中斷程序很短，所以一次按鍵會觸發(fā)多次中斷，因而會產(chǎn)生閃爍和最終的狀態(tài)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。因而我先用示波器觀察并測定人按下KEY1時在示波器上所產(chǎn)生的波形如下圖所示： 根據(jù)示波器上的信息可以看出人按下示波器的脈沖的寬度約為80-120ms之間， 在脈沖的上升沿和下降沿可能會產(chǎn)生抖動，要使中斷對抖動不敏感，需要在中斷程序中加入延時來濾除干擾：改進之后的程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP DEAL;從中斷接口

16、跳轉(zhuǎn)到中斷執(zhí)行程序 ORG 0100HMAIN: SETB EA;把EA設(shè)為1使CPU運行外界中斷請求 SETB EX0;把EX0設(shè)為1使CPU允許INT0中斷 SETB PX0;把PX0設(shè)為1使INT0中斷為高優(yōu)先級 SETB IT0;把IT0清零使中斷沿下降沿方式觸發(fā) SETB P1.0;LED燈設(shè)初值，熄滅 SETB P1.1;LED燈設(shè)初值，熄滅 SETB P1.2;LED燈設(shè)初值，熄滅 ;空指令結(jié)合下一條指令不斷循環(huán) SJMP $;DEAL: CPL P1.0;LED狀態(tài)取反 CPL P1.1;LED狀態(tài)取反 CPL P1.2;LED狀態(tài)取反 MOV R1,#0F0H ;加入延時F2

17、: MOV R2,#0F0HF3:DJNZ R2,F3DJNZ R1,F2RETI;中斷返回在上述程序中，我將中斷沿低電平沿觸發(fā)改為沿下降沿觸發(fā)，還有在中斷程序中加入了延遲,根據(jù)示波器測量的結(jié)果可知，要使中斷對按鍵的抖動不敏感，延時應(yīng)該大于120ms,實驗中單片機的頻率為11.06MHZ,加入的延時的時間為：一個節(jié)拍=0.0904us一個機器周期為=一個節(jié)拍*12=1.08us執(zhí)行一條MOV指令需要一個機器周期，執(zhí)行DJNZ需要兩個機器周期，總的延時大約為：2*16*15*16*15*1.08us=124416us=124.416ms大約120ms，這樣延時的時間會大于按鍵脈沖的時間，從而不會因為抖