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单片机I/O的应用第3章
单片机要实现控制功能,就必须与外部电路进行连接,进行数据的读取和输出控制。8051单片机提供了32个输入(Input)和输出(Output)口,简称I/O口,可以实现单片机的输入检测和输出控制。本章主要介绍单片机I/O口的工作原理,以及I/O口的应用,包括I/O口的输入按键检测与LED和数码管的输出显示。引言
目录I/O口的内部结构原理1项目训练一:LED流水灯控制2本章小结6项目训练二:LED数码管显示3本章习题7行业PPT模板/hangye/项目训练四:简易电子计算器设计5项目训练三:按键输入扫描4
3.1I/O口的内部结构原理
3.1I/O口的内部结构原理8051单片机的I/O口共分为4组,即P0~P3,每组有8个I/O口,每个I/O口可以实现一个二进制位的读/写操作。8051单片机每组I/O口的内部结构原理有相似之处,都是双向的I/O口,但每组都有一些差别,功能也不相同。1.P1口P1口是8051单片机中结构最简单的一组,仅作为普通I/O口,没有其他的功能。P1口的位结构如图3-1所示,包含输出锁存器、输入缓冲器1(读锁存器)、缓冲器2(读引脚)以及由FET晶体管Q0和内部上拉电阻组成的输出驱动器。图3-1P1口的位结构对P1口既可进行字节操作,又可进行位操作。(1)输出操作。当内部总线输出0时,D=0,Q=0,/Q=1,Q0导通,A端被下拉为低电平,即输出为0;当内部总线输出1时,D=1,Q=1,/Q=0,Q0载止,A端被上拉为高电平,即输出为1。(2)读操作。在进行读操作时,为读入正确的引脚信号,必须先保证Q0截止。为保证Q0截止,在读I/O时,必须先向锁存器写1.
3.1I/O口的内部结构原理2.P3口P3口的结构和P1口有相似之处,作为普通I/O口使用时原理都是一样的。不同的是,P3口除了作为普通I/O口,还具有第二功能。P3口的位结构如图3-2所示。图3-2P3口的位结构引脚第二功能P3.0/RXD串口输入P3.1/TXD串口输出P3.2/外部中断0输入P3.3/外部中断1输入P3.4/T0定时/计数器0外部输入P3.5/T1定时/计数器1外部输入P3.6/外部RAM写选通信号输出P3.7/外部RAM读选通信号输出
3.1I/O口的内部结构原理3.P2口P2口的位结构图如图3-3所示。它除具有普通I/O口功能外,还具有地址总线的高8位输出功能。当P2口与外部电路进行读/写数据操作时,如扩展的外部存储器的读/写,以及A/D采样芯片的控制等,都需要用该功能进行寻址。图3-3P2口的位结构
3.1I/O口的内部结构原理4.P0口P0口是单片机4组I/O口中功能最多、结构最复杂的。它兼有数据总线、低8位地址输出功能,也可以作为普通I/O口来使用。图3-4所示为P0口的位结构图。当P0口作为地址/数据总线使用时,内部控制信号“控制”端置1,同时多路选择开关与B端相连。这时,Q1的输入信号就是地址/数据线信号,Q0的输入信号就是地址/数据线信号取反后的信号。而A端的信号与地址/数据线信号一致,此时引脚输出地址/数据信息。注意:当P0口作为地址/数据总线使用时(不外接上拉电阻),P0口不能进行位操作:当P0口作为I/O口使用时,输出驱动器是开漏电路,需要外接上拉电阻。图3-4P0口的位结构
3.1I/O口的内部结构原理5.I/O口的带载能力P0~P3口的电平与CMOS和TTL电平兼容,它们的带载能力不尽相同。P0口的输出级结构与其他组不一样,其内部包含2个场效应管,每一位I/O口都可以驱动8个LSTTL负载。当P0口作为通用I/O口使用时,由于输出驱动电路是开漏方式,所以在由集电极开路(OC门)电路或漏极开路电路驱动时需要外接上拉电阻;当P0口作为地址/数据总线使用时,由于口线输出不是开漏的,所以无须外接上拉电阻。P1~P3口的每一位I/O口都能驱动4个LSTTL负载。它们的输出驱动电路设有内部上拉电阻,因此可以方便地由集电极开路电路或漏极开路电路所驱动,而无须外接上拉电阻。
3.2项目训练一LED流水灯控制
3.2.1项目要求1.通过该项目的设计,初步掌握Protues仿真软件,以及Keil编译软件的使用方法。2.掌握LED流水灯显示电路的设计方法。3.掌握LED流水灯显示程序的编程方法和控制流程。
3.2.2项目分析要实现LED流水灯控制,首先要实现LED的点亮。点亮之后需要延时一段时间,延时的方法可以通过软件延时来实现。其次要实现LED的流动变化。LED的流动变化的实现方法很多,最简单的是把要点亮的LED对应的数值写入I/O口,每次写入一个数值并延时。此方法虽然简单,但是程序行数多,比较冗余,故不提倡这
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