單片機(jī)輸入輸出接口

單片機(jī)輸入輸出接口第1頁(yè)，共42頁(yè)，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(hào)轉(zhuǎn)換功能接受和執(zhí)行CPU命令的功能51單片機(jī)具有的輸入輸出接口:P0、P1、P2、P34個(gè)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0.0～P0.7P0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)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(shí)器模塊PSW定時(shí)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(dòng)器P3驅(qū)動(dòng)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8051單片機(jī)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MCS-51系列單片機(jī)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(dòng)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(méi)有擴(kuò)展外部器件時(shí)，I/O端口用作雙向輸入輸出口；當(dāng)系統(tǒng)作外部擴(kuò)展時(shí)，使用P0、P2口作系統(tǒng)地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)、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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0口：地址（低8位）/數(shù)據(jù)時(shí)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P3口是一個(gè)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(chǔ)器的寫(xiě)、讀控制信號(hào)。

第7頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一8XX51單片機(jī)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器2732的電路圖見(jiàn)圖

第8頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P0口圖1－5P0口的位結(jié)構(gòu)第9頁(yè)，共42頁(yè)，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(jī)系統(tǒng)沒(méi)有擴(kuò)展外部芯片時(shí)，P0口用作雙向輸入輸出端口。這時(shí)圖中多路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)為低電平，輸出與鎖存器的反向輸出端相連，同時(shí)上面的場(chǎng)效應(yīng)管由于與門(mén)輸出為低電平而截止。①作輸出時(shí)：輸出0時(shí)，將0輸出到內(nèi)部總線(xiàn)上，在寫(xiě)鎖存器信號(hào)控制下寫(xiě)入鎖存器，鎖存器的反向輸出端輸出1，下面的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出引腳成低電平。輸出1時(shí)，下面的場(chǎng)效應(yīng)管截止，上面的場(chǎng)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(shí)，必須外加上拉電阻第10頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②作輸入時(shí)：P0端口引腳信號(hào)通過(guò)一個(gè)輸入三態(tài)緩沖器接入內(nèi)部總線(xiàn)，再讀引腳信號(hào)控制下，引腳電平出現(xiàn)在內(nèi)部總線(xiàn)上。為了能讀到真實(shí)的引腳信號(hào)，下面的場(chǎng)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(hào)，鎖存器必須先寫(xiě)1，因而P0口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。(讀引腳)

在圖的左上方有一個(gè)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(yùn)算結(jié)果又寫(xiě)入到P0口鎖存器。(讀鎖存器)第11頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線(xiàn) 當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)器、I/O口或其它功能擴(kuò)展時(shí)，P0口要用作系統(tǒng)總線(xiàn)。在P0口上分時(shí)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(xiàn)時(shí)，多路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)為1，輸出與上方的地址/數(shù)據(jù)線(xiàn)反向器的輸出相連，由于控制信號(hào)為1，上面的場(chǎng)效應(yīng)管受地址/數(shù)據(jù)信號(hào)控制，與下面的場(chǎng)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(guò)程：假如要讀外部程序存儲(chǔ)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(hào)，再發(fā)出指令輸出允許信號(hào)PSEN，外部程序存儲(chǔ)器0x1245單元的內(nèi)容出現(xiàn)在總線(xiàn)上，由CPU讀入程序指令寄存器，譯碼執(zhí)行。第12頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P1口圖1－8P1口的位結(jié)構(gòu)第13頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P2口圖1－6P2口的位結(jié)構(gòu)第14頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)，控制信號(hào)將驅(qū)動(dòng)場(chǎng)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(shí)與P0口類(lèi)似，但P2口內(nèi)部有上拉電阻，不需外接。當(dāng)輸入使用時(shí)，輸出鎖存器也必須寫(xiě)1。所以，P2口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口。作地址總線(xiàn) 當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)器、I/O口或其它功能擴(kuò)展時(shí)，P2口要用作地址總線(xiàn)，輸出目標(biāo)地址的高8位。這時(shí)控制信號(hào)將驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的反向器的輸入與地址線(xiàn)相連。P2口沒(méi)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(xiàn)使用時(shí)，剩下的P2口線(xiàn)不能作I/O口線(xiàn)使用。

第15頁(yè)，共42頁(yè)，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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一P3口是一個(gè)雙功能I/O口若不設(shè)定自動(dòng)處于第一功能普通I/O口 作普通I/O口時(shí)，選擇輸出功能端為高電平，場(chǎng)效應(yīng)管受輸出鎖存器的控制，是一個(gè)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一歸納四個(gè)并行口使用的注意事項(xiàng)如下：1。如果單片機(jī)內(nèi)部有程序存貯器，不需要擴(kuò)展外部存貯器和I/O接口，單片機(jī)的四個(gè)口均可作I/O口使用。2。四個(gè)口在作輸入口使用時(shí)，均應(yīng)先對(duì)其寫(xiě)“1”，以避免誤讀。3。P0口作I/O口使用時(shí)應(yīng)外接10K的上拉電阻，其它口則可不必。4。P2可某幾根線(xiàn)作地址使用時(shí)，剩下的線(xiàn)不能作I/O口線(xiàn)使用。5。P3口的某些口線(xiàn)作第二功能時(shí)，剩下的口線(xiàn)可以單獨(dú)作I/O口線(xiàn)使用。第18頁(yè)，共42頁(yè)，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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

LED正偏時(shí)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

例5-2.在圖5.3中P1.4～P1.7接四個(gè)發(fā)光二極管LED,P1.0～P1.3接四個(gè)開(kāi)關(guān)，編程將開(kāi)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

例3.用P1.0輸出1KHz的音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，作報(bào)警信號(hào)，P1.7接一開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上響報(bào)警信號(hào)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)告警信號(hào)停止，編出程序。

第22頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.3I/O口設(shè)計(jì)LED數(shù)碼顯示器和鍵盤(pán)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(jī)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(yáng)極兩種。第23頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一。afbegcddp12345109876

gfab

edcdp(a)共陰極(b)共陽(yáng)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(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，該發(fā)光二極管則點(diǎn)亮；（b）共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接。第24頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

七段顯示器與單片機(jī)接口：只要將一個(gè)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(chēng)為段選碼。顯示字符共陰段選碼共陽(yáng)段選碼顯示字符共陰段選碼共陽(yáng)段選碼03FHC0H87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0HB7CH83H466H99HC39HC6H56DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EH第25頁(yè)，共42頁(yè)，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(xiàn)和8×N根段選線(xiàn)。根據(jù)顯示方式不同，位選線(xiàn)與段選線(xiàn)的連接方法不同。段選線(xiàn)控制字符選擇，位選線(xiàn)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一LED顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。(1)

LED靜態(tài)顯示方式各位LED的位選線(xiàn)連在一起接地或接+5V；每位LED的段選線(xiàn)（a－dp）各與一個(gè)八位并行口相連。在同一時(shí)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

(2)

LED動(dòng)態(tài)顯示方式將所有LED的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由一個(gè)八位I／O口控制，而位選線(xiàn)分別由相應(yīng)的I／O口線(xiàn)控制。

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

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

由于所有位的段選碼皆由一個(gè)I／O控制，因此，在每個(gè)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(dòng)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(yáng)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(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)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(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。由人眼的視覺(jué)特性，每一位LED在一秒鐘內(nèi)點(diǎn)亮不少于30次，其效果和一直點(diǎn)亮相差不多。第29頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一LED燈的判別第30頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第31頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

例如圖5.5是接有五個(gè)共陰極數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示接口電路，用74LS373接成直通的方式作驅(qū)動(dòng)電路，陰極用非門(mén)74LS04反相門(mén)驅(qū)動(dòng)，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(shí)，五個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。P1.7接開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)打向位置“1”時(shí)，顯示“12345”字樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)打向“2”時(shí)，顯示“HELLO”字樣，程序清單如下：第32頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第33頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用C語(yǔ)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(kāi)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(yè)，共42頁(yè)，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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鍵盤(pán)輸入鍵盤(pán)是單片機(jī)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(pán)中一般矩陣式（行列式）鍵盤(pán)用得較多，適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。矩陣式鍵盤(pán)由行線(xiàn)和列線(xiàn)組成，按鍵位于行線(xiàn)、列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上。當(dāng)鍵被按下，則其交點(diǎn)的行線(xiàn)和列線(xiàn)接通。行和列可分別用兩個(gè)I/O口來(lái)控制。

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

a.依次給每一根列（行）線(xiàn)送低電平；

b.讀所有行線(xiàn)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)反轉(zhuǎn)法a.將行線(xiàn)接一并口，做輸出方式；列線(xiàn)接一并口，做輸入方式。使所有行線(xiàn)為低電平（送全“0”），讀入列線(xiàn)值，為“0”的那列，即按鍵所在