张毅刚版_单片机第4章_并行端口.ppt

第4章 AT89S51片内并行端口的 原理及编编程 1【内容概要】本章介绍AT89S51单片机片内的4个双向的8位并行I/O端口P0、P1、P2和P3的内部电路结构、工作原理及应用，并介绍使用C51对4个8位并行I/O端口的编程 24.1 AT89S51的并行I/O端口的结构及工作原理AT89S51共有4个双向的8位并行I/O端口：P0、P1、P2和P3，它们的输出锁存器属于特殊功能寄存器4个端口除了按字节输入/输出外，还可位寻址，便于实现位控功能4.1.1 P0口双功能的8位并行端口，字节地址为 80H，位地址为80H87H端口的各位具有完全相同但又相互独立的电路结构，P0口某一位的位电路结构如图4-1所示 4图图4-1 P0口某一位的位电电路结结构1位电路结构P0口某位的电路包括：（1）一个数据输出锁存器，用于数据位锁存2）两个三态数据输入缓冲器，分别是用于读锁存器的输入缓冲器BUF1和读引脚的输入缓冲器BUF23）一个多路转接开关MUX，一个输入来自锁存器的端，另一输入为地址/数据信号的反相输出MUX由“控制”信号控制，实现锁存器的输出和地址/数据信号之间的转接 （4）数据输出的控制和驱动电路，由两个场效应管（FET）组成。

52工作过程分析（1）P0口用作地址/数据总线当AT89S51外扩存储器或I/O时，P0口作为单片机系统复用的地址/数据总线使用当作为地址或数据输出时，“控制”信号为1，硬件自动使转接开关MUX打向上面，接通反相器的输出，同时使“与门”处于开启状态当输出的地址/数据信息为1时，“与门”输出为1，上方的场效应管导通，下方的场效应管截止，P0.x引脚输出为1；当输出的地址/数据信息为0时，上方的场效应管截止，下方的场效应管导通，P0.x引脚输出为0这说明P0.x引脚的输出状态随地址/数据的状态的变化而变化输出电路6是上、下两个场效应管形成的推拉式结构，大大提高了负载能力，上方的场效应管这时起到内部上拉电阻的作用 当P0口作为数据线输入时，仅从外部存储器（或外部I/O）读入信息，对应的“控制”信号为0，MUX接通锁存器的端由于P0口作为地址/数据复用方式访问外部存储器时，CPU自动向P0口写入FFH，使下方的场效应管截止，由于控制信号为0，上方的场效应管也截止，从而保证数据信息的高阻抗输入，从外部存储器输入的数据信息直接由P0.x引脚通过输入缓冲器BUF2进入内部总线真正的双向口，应该是具有高电平、低电平和高阻抗输入3种状态的端口。

因此，P0口作为地址/数据总线使用时是一个7真正的双向端口，简称双向口 （2）P0口用作通用I/O口当P0口不作为系统的地址/数据总线使用时，也可作为通用I/O使用当用作通用I/O口时，对应的“控制”信号为0，MUX打向下面，接通锁存器的端，“与门”输出为0，上方的场效应管截止，形成的P0口输出电路为漏极开路输出P0口用作输出时，来自CPU的“写”脉冲加在D锁存器的CP端，内部总线上的数据写入D锁存器，并由引脚P0.x输出当D锁存器为1时，端为0，下方场效应管截止，输出为漏极开路，此时，须外接上拉电阻才能有高电平输出；8当D锁存器为0时，下方场效应管导通，P0口输出为低电平P0口作为输入口使用时，有两种读入方式：“读锁存器”和“读引脚”当CPU发出“读锁存器”指令时，锁存器的状态由Q端经上方的三态缓冲器BUF1进入内部总线；当CPU发出“读引脚”指令时，锁存器的输出状态=1（即端为0），从而使下方场效应管截止，引脚的状态经下方的三态缓冲器BUF2进入内部总线3P0口的特点P0口有如下特点：P0口为双功能口地址/数据复用口和通用I/O口 9（1）当P0口用作地址/数据复用口时，是一个真正的双向口，用作与外部存储器的连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据。

2）当P0口用作通用I/O口时，由于需在片外接上拉电阻，端口不存在高阻抗（悬浮）状态，因此是一个准双向口为保证引脚信号的正确读入，应首先向锁存器写1单片机复位后，锁存器自动被置1；当P0口由原来的输出状态转变为输入状态时，应首先置锁存器为1，方可执行输入操作一般情况下，P0口大多作为地址/数据复用口使用，这时就不能再作为通用I/O口使用 104.1.2 P1口单功能I/O口，字节地址为 90H，位地址为 90H97HP1口某一位的位电路结构如图4-2所示1位电路结构位电路由3部分组成：（1）一个数据输出锁存器，用于输出数据位的锁存2）两个三态的数据输入缓冲器BUF1和BUF2，分别用于读锁存器数据和读引脚数据的输入缓冲3）输出驱动电路，由一个场效应管（FET）和一个片内上拉电阻组成 11图图4-2 P1口某一位的位电电路结结构2工作过程分析P1口只能作为通用的I/O口使用1）P1口作为输出口时，若CPU输出1，Q=1，Q*=0，场效应管截止，P1口引脚的输出为1；若CPU输出0，Q=0，Q*= 1，场效应管导通，P1口引脚的输出为02）P1口作为输入口时，分为“读锁存器”和“读引脚”两种方式。

读锁存器”时，锁存器的输出端Q的状态经输入缓冲器BUF1进入内部总线；“读引脚”时，先向锁存器写1，使场效应管截止，P1.x引脚上的电平经输入缓冲器BUF2进入内部总线133P1口的特点P1口由于有内部上拉电电阻，没有高阻抗输输入状态态，故为为准双向口作为输为输 出口时时，不需要在片外接上拉电电阻P1口“读读引脚”输输入时时，必须须先向锁锁存器写入14.1.3 P2口P2口是一个双功能口，字节节地址为为A0H，位地址为为 A0HA7HP2口某一位的位电电路结结构如图图4-3所示1415图图4-3 P2口某一位的位电电路结结构1位电路结构位电路包括：（1）一个数据输出锁存器，用于输出数据位的锁存2）两个三态数据输入缓冲器BUF1和BUF2，分别用于读锁存器数据和读引脚数据的输入缓冲3）一个多路转接开关MUX，它的一个输入是锁存器的Q端，另一个输入是地址的高8位4）输出驱动电路，由场效应管（FET）和内部上拉电阻组成 162工作过过程分析（1）P2口用作地址总线在内部控制信号作用下，MUX与 “地址”接通当“地址”线为0时，场效应管导通，P2口引脚输出0；当“地址”线为1时，场效应管截止，P2口引脚输出1。

2）P2口用作通用I/O口在内部控制信号作用下，MUX与 锁存器的Q端接通CPU输出1时，Q=1，场效应管截止，P2.x引脚输出1；CPU输出0时，Q=0，场效应管导通，P2.x引脚输出017输入时，分为“读锁存器”和“读引脚”两种方式读锁存器”时，Q端信号经输入缓冲器BUF1进入内部总线；“读引脚”时，先向锁存器写1，使场效应管截止，P2.x引脚上的电平经输入缓冲器BUF2进入内部总线3P2口的特点作为地址输出线使用时，P2口可以输出外部存储器的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址，可以寻址64KB的地址空间当P2口作为高8位地址输出口时，输出锁存器的内容保持不变 18作为通用I/O口使用时，P2口为一个准双向口功能与P1口一样一般情况下，P2口大多作为高8位地址总线口使用，这时就不能再作为通用I/O口4.1.4 P3口由于AT89S51的引脚数目有限，因此在P3口电电路中增加了引脚的第二功能（第二功能定义见义见 表2-1）P3口的每一位都可以分别别定义为义为 第二输输入功能或第二输输出功能P3口的字节节地址为为B0H，位地址为为B0HB7HP3口某一位的位电电路结结构如图图4-4所示。

1920图图4-4 P3口某一位的位电电路结结构1位电路结构位电路包括：（1）一个数据输出锁存器，用于输出数据位的锁存2）3个三态数据输入缓冲器BUF1、BUF2和BUF3，分别用于读锁存器、读引脚数据和第二功能数据的输入缓冲3）输出驱动电路，由“与非门”、场效应管（FET）和内部上拉电阻组成 212工作过程分析（1）P3口用作第二输入/输出功能当选择第二输出功能时，该位的锁存器需要置“1”，使“与非门” 开启当第二输出为1时，场效应管截止，P3.x引脚输出为1；当第二输出为0时，场效应管导通，P3.x引脚输出为0当选择第二输入功能时，该位的锁存器和第二输出功能端均应置1，保证场效应管截止，P3.x引脚的信息由输入缓冲器BUF3的输出获得2）P3口用作第一功能通用I/O口当P3口用作第一功能通用输出时，第二输出功能端应保持高电22平，“与非门”为开启状态CPU输出1时，Q=1，场效应管截止，P3.x引脚输出为1；CPU输出0时，Q=0，场效应管导通，P3.x引脚输出为0当P3口用作第一功能通用输入时，P3.x位的输出锁存器和第二输出功能均应置1，场效应管截止，P3.x引脚信息通过输入BUF3和BUF2进入内部总线，完成“读引脚”操作。

当P3口实现第一功能通用输入时，也可以执行“读锁存器”操作，此时Q端信息经过缓冲器BUF1进入内部总线3P3口的特点P3口内部有上拉电电阻，不存在高阻抗输输入状态态，为为准双向口23P3口作为第二功能的输出/输入，或第一功能的通用I/O输入，均须将相应位的锁存器置1实际应用中，由于复位后P3口锁存器自动置1，满足第二功能所需的条件，所以不需要任何设置工作，就可以进入第二功能操作当某位不作第二功能使用时，可作为第一功能的通用I/O使用引脚输入部分有两个缓冲器，第二功能的输入信号取自缓冲器BUF3的输出端，第一功能的输入信号取自缓冲器BUF2的输出端244.1.5 P1P3口驱动LED发光二极管的问题在实际应用中，常用P1P3端口驱动LED发光二极管，下面来讨论P1P3端口与LED发光二极管的驱动连接问题P0口与P1、P2、P3口相比，P0口的驱动能力较大，每位可驱动8个LSTTL输入，而P1、P2、P3口的每一位的驱动能力，只有P0口的一半当P0口的某位为高电平时，可提供400A的电流；当P0口的某位为低电平（0.45V）时，可提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可相应加大所以，任一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。

例如，使用单片机的并行端口P1P3直接驱动发光二极管，电路如图4-5所示 25（a）不恰当的连接：高电平驱动 （b）恰当的连接：低电平驱动图4-5 发光二极管与AT89S51并行口的直接连接由于P1P3口内部有30k左右的上拉电阻，如果高电平输出，则强行从P1、P2和P3口输出的电流Id会造成单片机端口的损坏，如图4-5（a）所示如果端口引脚为低电平，能使电流Id从单片机的外部流入内部，则将大大增加流过的电流值，如图4-5（b）所示所以，当P1P3端口驱动LED发光二极管时，应该采用低电平驱动4.2 并行I/O端口的C51编程举例本节通过几个应用举例，介绍片内I/O端口的应用以及C51的编程 274.2.1 从左到右的流水灯的制作片内I/O端口作为输出使用时，最常用的应用是控制相应的I/O引脚上的LED点亮与熄灭例4-1】 如图4-6所示，8个发光二极管LED0LED7经限流电阻分别接至P1口的P1.0P1.7引脚上，阳极共同接高电平编程来实现发光二极管的从左到右的流水点亮，即按照LED0LED1LED7的顺序，每次点亮一个发光二极管，延时一段时间后熄灭这个发光二极管，然后点亮下一个发光二极管，重复循环。

参考程序如下： 28图图4-6 8个发发光二极管与并行口P1的连连接#include #include /*包含移位函数的头文件*/#define uchar unsigned char #define uint unsigned int void delay(uint i) /*延时函数*/uchar t;while (i-);for(t = 0; t 120; t+);void main( )/*主程序*/P1=0 xfe;while (1)P1=_crol_(。