MCS-51單片機(jī)的并行I/O端口2/4/20231內(nèi)容提要

概述內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理各I/O端口的差異并行I/O端口的應(yīng)用小結(jié)2/4/20232一、概述功能：單片機(jī)內(nèi)部與外設(shè)間交換信息主要通道。

a)

輸入端口：從輸入設(shè)備接收各種輸入信號(hào)。按鍵撥碼開關(guān)鼠標(biāo)2/4/20233一、概述

b)

輸出端口：向輸出設(shè)備發(fā)送各種驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。單片機(jī)->為人服務(wù)的機(jī)器單片機(jī)的I/O口->人機(jī)對(duì)話的界面和窗口發(fā)光二極管數(shù)碼管蜂鳴器電動(dòng)機(jī)2/4/20234二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理（a）P0口的位結(jié)構(gòu)（b）P1口的位結(jié)構(gòu)（c）P2口的位結(jié)構(gòu)（d）P3口的位結(jié)構(gòu)圖3MCS-51各端口某位的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上有哪些相同？2/4/20235（a）P0口的位結(jié)構(gòu)（b）P1口的位結(jié)構(gòu)（c）P2口的位結(jié)構(gòu)（d）P3口的位結(jié)構(gòu)圖3MCS-51各端口某位的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩沖器G1、G2輸出驅(qū)動(dòng)電路數(shù)據(jù)鎖存器3條控制線2條數(shù)據(jù)線2.1端口引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4一條端口引腳內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)模型有很大的相似性2/4/20236（1）數(shù)據(jù)鎖存器——D觸發(fā)器D觸發(fā)器狀態(tài)表D

Qn+1

0101圖5D觸發(fā)器邏輯符號(hào)DCPQQ

CP=0，Q保持不變；

CP由0變1時(shí)，Qn+1=Dn。D觸發(fā)器具有：接收并記憶信號(hào)的功能2/4/20237（2）數(shù)據(jù)緩沖器——受控三態(tài)門

控制端EN=1時(shí)，Y=A。

控制端EN=0時(shí),Y=Z。

三態(tài)：

高電平、低電平和高阻。受控三態(tài)門：對(duì)數(shù)據(jù)傳送起協(xié)調(diào)和緩沖作用受控三態(tài)門狀態(tài)表圖6受控三態(tài)門邏輯符號(hào)2/4/20238（3）輸出驅(qū)動(dòng)電路圖7NMOS管的邏輯符號(hào)及輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路具有：反向器的作用柵極漏極源極2/4/20239

2.2工作原理——3種基本操作

輸出（寫）：經(jīng)端口引腳輸出數(shù)據(jù)（WL）

輸入（讀）：從端口引腳輸入數(shù)據(jù)（RP）輸入（讀）：讀取端口數(shù)據(jù)鎖存器（RL）圖9MCS-51端口工作原理示意圖3條控制線2條數(shù)據(jù)線2/4/202310

（1）輸出（寫）操作

圖10MCS-51端口寫操作示意圖XXX鎖存器打開2/4/202311

（2）輸入（讀引腳）操作

圖11MCS-51端口讀引腳操作示意圖XXG2打開2/4/202312

（3）輸入（讀鎖存器）操作

圖12MCS-51端口讀鎖存器操作示意圖XXG1打開2/4/2023132.3并行端口模塊的總體結(jié)構(gòu)圖8MCS-51端口的總體結(jié)構(gòu)8條IOD連接數(shù)據(jù)總線；8條PIN作為8只I/O引腳；同名控制線復(fù)聯(lián)；8只D觸發(fā)器構(gòu)成8位鎖存器。按字節(jié)操作按位操作整體個(gè)體？2/4/202314

三、各并行端口的差異（a）P0口的位結(jié)構(gòu)（b）P1口的位結(jié)構(gòu)（c）P2口的位結(jié)構(gòu)（d）P3口的位結(jié)構(gòu)圖13MCS-51各端口某位的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上有哪些不同？2/4/202315

（1）P0端口

圖14P0口每位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非門G3上拉MOS管VT0（取代了上拉電阻）與門G4切換開關(guān)MUXa.地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線b.控制信號(hào)線2/4/202316圖15P0口不同工作模式的示意圖

P0端口的工作模式

控制信號(hào)=00XXX1控制信號(hào)=1XXXXX（1）作為普通I/O端口使用（2）作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用102/4/202317圖16P1口每位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）P1端口

P1端口只作為普通I/O端口使用。

與基本結(jié)構(gòu)模型完全相同2/4/202318

（3）P2端口

圖17P2口每位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非門G3，VT管柵極串接G3后改接再Q(mào)端上。切換開關(guān)MUXa.地址總線b.控制信號(hào)線2/4/202319

P2端口的工作模式

圖18P2口兩種工作模式示意圖控制信號(hào)=00（1）作為普通I/O端口使用（2）作為地址總線口使用XXX1X控制信號(hào)=1XXX012/4/202320

（4）P3端口

圖19P3口每位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與非門G4，VT管柵極串接G4后改接在Q端緩沖器G3第二功能輸入和輸出2/4/202321

P3端口的工作模式

圖20P3口兩種工作模式示意圖1（1）作為普通I/O端口使用（2）作為地址總線口使用XXX鎖存器Q=1第二功能輸出信號(hào)=1XX1XX2/4/202322P3端口的第二功能定義P3的第二功能涉及到串行口、外部中斷、定時(shí)器等，這些在后面章節(jié)中作詳細(xì)的介紹。表1P3口每位對(duì)應(yīng)的第二功能2/4/202323三、并行I/O口的應(yīng)用發(fā)光二極管如何應(yīng)用單片機(jī)的I/O口實(shí)現(xiàn)控制功能?步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)（STC89C52）按鍵實(shí)例1實(shí)例22/4/202324實(shí)例1—單片機(jī)控制發(fā)光二級(jí)管圖7單片機(jī)控制發(fā)光二極管實(shí)驗(yàn)要求：并行I/O口連接4個(gè)獨(dú)立按鍵和8個(gè)發(fā)光二極管。實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)發(fā)光二極管的閃爍燈和流水燈的控制。2/4/202325（1）控制對(duì)象——發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED)正極+負(fù)極-LED是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體二極管。LED符號(hào)：引腳Pn.x=0,LED點(diǎn)亮;引腳Pn.x=1,LED熄滅。2/4/202326（2）輸出設(shè)備——按鍵機(jī)械式按鍵

按鍵一種是人向機(jī)器發(fā)出指令、輸入信息的必需設(shè)備。K鍵按下時(shí)，引腳Pn.x=0;K鍵釋放時(shí)，引腳Pn.x=1。2/4/202327（3）實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)獨(dú)立鍵盤控制電路發(fā)光二極管控制電路P1口：輸出（寫）P3口：輸入（讀引腳）K1:開啟L1閃爍燈K2:開啟自上而下的流水燈K3:開啟自下而上的流水燈K4:停止2/4/202328（4）發(fā)光二極管實(shí)驗(yàn)演示2/4/202329（5）實(shí)例1設(shè)計(jì)分析閃爍燈流水燈怎樣控制P1端口的輸出規(guī)律？2/4/202330實(shí)例2—單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)圖8按鍵輸入控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)要求：并行I/O口連接4個(gè)獨(dú)立按鍵和步進(jìn)電機(jī)。實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。2/4/202331（1）被控對(duì)象——步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。角位移輸入脈沖個(gè)數(shù)運(yùn)行速度輸入脈沖頻率特點(diǎn)：每獲得一個(gè)電脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度（步距角），電機(jī)是以步距角一步一步運(yùn)行的。

2/4/202332步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)四相六線步進(jìn)電機(jī)圖9

四相步進(jìn)電機(jī)示意圖ABCD相數(shù)：電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)。定子轉(zhuǎn)子2/4/202333步進(jìn)電機(jī)的外部引腳線六線步進(jìn)電機(jī)外部引腳線線序：引腳定義：2/4/202334步進(jìn)電機(jī)的通電方式與拍數(shù)拍：步進(jìn)電機(jī)各相通電順序，即從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種通電狀態(tài)。一個(gè)周期變化的脈沖數(shù)為拍數(shù)。（a）單四拍（b）雙四拍（c）單雙八拍正轉(zhuǎn)：A-B-C-DD-C-B-A反轉(zhuǎn)：AB-BC-CD-DAAD-DC-CB-BAA-AB-B-BC-C-CD-D-DAA-AD-D-DC-C-CB-B-BA2/4/202335（2）設(shè)計(jì)分析起?？刂疲浩饎?dòng)——按相序規(guī)律輸出電平；停止——全部輸出低電平。（K3/K4鍵）（K1鍵）方向控制：改變輸出電平的相序次序。（K2鍵）轉(zhuǎn)速控制：每一拍時(shí)間T增大，則減速；T減小，則加速。2/4/202336（3）實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)獨(dú)立鍵盤控制電路步進(jìn)電機(jī)控制電路2/4/202337（4）步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)演示