51单片机之输入输出

51单片机之输入输出（Input/Output IO）

0. 题外话

想来这篇文章早就应该付不了，因为考试和学业的问题拖到现在，也可能是因为我本身比较懒。

1. IO介绍

51单片机总的管脚有40个，但是其中能够作为IO使用的只有32个，每8个分为一组，共4组。单片机要想实现预定功能必然要使用到各种IO口，来完成各项功能，包括点亮LED，连接按键、键盘，各种I2C、SPI设备等。51单片机，4组IO的结构略有不同，使用时应当注意。

P0属于双向IO，内部没有上拉电阻，作为输出时，最好外加上拉电阻。
P1、P2、P3属于准双向IO。“准”体现在输入时，必须先输出“1”，才能正确读到IO的输入情况。

P3口的各个IO均有复用功能：

IO	复用功能
P3^0 P3^1	串口的接收端（RXD）和发送端（TXD）
P3^2 P3^3	外部中断INT0和INT1的输入
P3^4 P3^5	定时器T0和T1的门控输入
P3^6 P3^7	当连接外部RAM或者ROM的写选通（WR）和读选通（RD）。这个不是很常用，一般当作普通IO使用。

2. IO编程

对于IO的操作无非是读输入和写输出，通过读写相应的寄存器（P0、P1、P2、P3）就可以实现。

2.1 字节寻址

字节寻址可以一次把8个IO全部访问了，使用时把Px（x=0、1、2或3）当作无符号字符变量（unsigned char）即可。

表达式	功能
P0 = temp	写temp至P0
temp = P0	读P0至temp
P0 =~ P0	IO翻转
P0 &= 0x0F	高4位置“0”，不影响低4位
P0 |= 0xF0	高4位置“1”，不影响低4位
P0 ^= 0xF0	高4位翻转，不影响低4位

2.2 位寻址

51单片机有一类特殊的变量——位变量（bit），可以用来保存“0”或者“1”。
为了读写某个IO，可以定义特殊位变量（sbit）指定某一个IO，再进行读写

#include "reg52.h"
sbit LED=P1^0;
bit temp;
void main()
{
	temp=LED;//确保temp为位变量（bit）
	LED=1;
	LED=0;
	LED=temp;
}

3.常用器件的驱动电路

3.1 LED

单片机能够提供的电流有限，一般采用这种方式驱动LED：

当P2^0=1是，LED两端电压差位0V，LED不发光。 当P2^0=1是，LED两端存在电压差，LED发光，串联电阻的作用在于限流，阻值根据电源电压和LED工作电流决定

3.2 数码管。

数码管本质是发光二极管按照一定位置排列的显示数字的器件，可分为共阴极和共阳极两类。按照数量可分为一位，两位，四位甚至八位。
一位七段共阳极数码管：

有的数码管有八段，右下角会增加一个小数点。

当驱动两位8段数码管时，按上面的方式会占用16个IO，这种方式成为静态显示。静态显示可以控制每一个数码管，但是会极大的占用IO资源，当数码管数量较多时，这种方式明显不适合。

与静态相对应的是动态显示。每一个数码管显示一段时间，然后在切换到下一个。根据人眼的视觉暂留效应，只要刷新的频率超过24Hz，在人眼中就是连续的。把每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g,dp接在同一组IO上，再用另一组IO来控制具体显示哪一个数码管（公共端）。

下面四位共阴极数码管示例，公共端用三极管做开关：

数码管显示段码如下

unsigned char code DUMA[]={							//共阴极显示段码，共阳极取反即可
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,	//0-9
0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71						//a-f
};

3.3 按键

可以用这种最简单的方式连接在IO上，为了保证能正确读到输入，先输出“1”。如下图，当按键按下，P1^0=0， 当按键松开，P1^0=1。

但实际上，由于开关接触瞬间，电压会产生不稳定的跳变，称为抖动，如下图：

抖动的时间小于10ms，因此当我们检测到电平变化是，延时10ms即可。

3.4 键盘

通过把按键组成4x4矩阵，可以使用8个IO连接16个按键。当按键数量较多时，采用这种方式可以大大节约IO资源。

下面代码是这种矩阵键盘的驱动，delay10ms()根据具体的情况定义。

#define key_port P2

//检测按键的返回值，可以检测多个按键，返回一个16位的unsigned int型变量，某一个按键按下，相应位置“1”
unsigned int KeyBoard_scan(void)
{
	unsigned int ms=0,value=0;
	key_port=0x0f;
	while(key_port!=0x0f)
	{
		delay10ms();
		if(key_port!=0x0f)
		{	
			key_port=0x7f;
			value |= (key_port^0x7f);
			key_port=0xbf;
			value |= (key_port^0xbf)<<4;
			key_port=0xdf;
			value |= (key_port^0xdf)<<8;
			key_port=0xef;
			value |= (key_port^0xef)<<12;
		}
		key_port=0x0f;
	}
	return value;
}
//检测单个按键，value参数会写回相应键值0-15，返回值表示按键按下的时间，ms计
unsigned int KeyBoard(unsigned char *value)
{
	unsigned int ms=0;
	key_port=0x0f;
	if(key_port!=0x0f)
	{
		delay10ms();
		if(key_port!=0x0f)
		{	
			ms=10;
			key_port=0X0f;
			switch(key_port)
			{
				case(0X07):	*value=0;break;
				case(0X0b):	*value=1;break;
				case(0X0d): *value=2;break;
				case(0X0e):	*value=3;break;
				default: *value=0xff;
			}
			key_port=0Xf0;
			switch(key_port)
			{
				case(0X70):	*value=*value;break;
				case(0Xb0):	*value=*value+4;break;
				case(0Xd0): *value=*value+8;break;
				case(0Xe0):	*value=*value+12;break;
				default: *value=0xff;
			}
			while((key_port!=0xf0))
			{
				delay_ms_keyboard(1);
				ms++;
			}
			return ms;
		}
		else *value=0xff;	
	}
	else *value=0xff;
	return 0;
}

3.5 蜂鸣器

蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。
有源蜂鸣器用低电平就可以触发，发出的声音频率不会发生变化。
无源蜂鸣器需要用脉冲触发，脉冲的频率决定了声音的频率。
无源蜂鸣器的驱动电路如下：