Chapter5：输入输出接口P0~P3：《单片机》笔记

Chapter5：输入输出接口P0-P3

5.0 概述

1. 输入输出接口：

   外设与CPU之间必须经过I/O接口。接口起着缓冲、锁存数据，地址译码、信息格式转换、传递外设状态，发布命令等功能。
   

2. 单片机的并行接口：

   • I/O接口有并行接口、串行接口、定时/计数器接口等。
   • 单片机将这些接口做在内部，外设可直接与单片机相连（有时需加驱动）。
   • 本章介绍单片机的并行接口。

3. 具体接口：

   51单片机有P0、P1、P2、P3四个8位双向I/O口，四个口共32根口线

   每个口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，用作位控制十分方便。

5.1 PO～P3端口的功能和内部结构

5.1.1 P0~P3端口的功能

端口	功能
P0	1.作为输入/输出口。
	2.作为地址/数据总线 ,接外围芯片时P0口分时输出低8位地址与数据信号
P1	1.作为输入/输出口。
	2.在增强型(52系列)和ISP型(在系统编程型)中P1口还有如下功能（仅了解即可）
P2	1.作为输入/输出口。
	2.作为高8位地址总线。
P3	1.作为输入/输出口。
	2.作第二功能使用，每一位功能定义如下表

• 同一个端口的各位具有相同的结构。

• P0～P3 结构的相同之处：

  1. 都有两个输入缓冲器，分别受读锁存器和读引脚的控制
  2. 都有锁存器(即SFR寄存器P0～P3)
  3. 都是场效应管输出驱动

• P0～P3 的不同之处：

  1. P0和P2：低、高八位的地址的传送【P0还可以作数据线】。

  2. P3：丰富的位操作。

  3. P1：就只能做输入输出。

5.1.2 P0~P3端口内部结构

1. P0口：
   

   • 功能1： P0口作I/O口使用

   ​ 1）CPU发控制电平“0”封锁与门，使T1管截止，同时使MUX开关同下面的触点接通，使锁存器的 Q 与T2栅极接通。
   ​ 2）当CPU向端口输出数据时，写脉冲加在锁存器的 CL上、内部总线的数据经反相，再经T2管反相，PO口的这一位引脚上出现正好和内部总线同相的数据。由于输出驱动级是漏极开路电路(因T1截止)，在作I/O口使用时应外接10K的上拉电阻。

   ​ 3）当输入操作时，端口中两个三态缓冲器用于读操作。
   缓冲器2用于读端口引脚的数据（如：MOV A，P0指令）。
   缓冲器1用于读锁存器Q端的数据。当执行“读-修改-写”指令(如：ANL PO，A指令)。
   究竟是读引脚还是读锁存器，CPU内部会自行判断。

   ​ 4）当作输入口使用时，应先对该口写入“1”使场效应管T2截止，再进行读入操作。
   如：MOV P0，#0FFH（先写全1，复位时为1）MOV A，P0（再读引脚）防止读出来的数据全部等于0

   • 功能2：P0口作地址/数据线使用

   ​ CPU发控制电平“1”，转换开关MUX打向上面的触点。

2. P1口:
   

3. P2口：
   
   1）当扩展片外存贮器时，MUX开关打向右，P2口作高八位地址线 输出高八位地址信号。
   其MUX的倒向是受CPU内部控制的。
   2）当P2口的几位作地址线使用时，剩下的P2口线不能作I/O口线使用。

4. P3口：
   
   1）当作为第一功能（普通I/O口）使用时，用法同P1口。
   2）当作为第二功能使用时，功能见上表。
   3）P3口的各位可根据需要，把几条口线设为第二功能，剩下的口线仍可作I/O使用；此时，宜采用位操作。

归纳总结：

5.2 PO～P3端口的编程举例

5.3 用并行口设计LED数码显示

键盘、显示器是单片机应用系统中常用的输入、输出装置。LED数码显示器是常用的显示器之一。

下面介绍用单片机并行口设计LED数码显示电路、键盘电路的方法。

5.3.1 LED显示器及其原理

• 管脚排列 、 共阴极 、 共阳极
  
  1）例子看ppt

  2）共阳极和共阴极的字形码是不同的(刚好互为反码关系) ，可见ppt表。

  3）LED数码管每段需10～20mA的驱动电流，可用TTL或CMOS器件驱动。

• 字形码的控制输出可采用2种方法：
  （1）硬件译码方式，如采用BCD译码/驱动器74LS48、CD4511(共阴极)或74LS46、CD4513 (共阳极)；
  （2）软件查表方式。 （常用方法，需掌握）
  
  自己画一个管脚排列的简图 + a~dp 罗列。 根据给出的数字，对照管脚排列图，把a_{dp的罗列赋值。然后得出段码（这就是共阴极状态下）。接着，判断题目要求是共what极？若阴，结束。若阳，再判断显示的字符在什么区间，如果在0}F，直接互补。若为H或者P的话该当如何呢？？

5.3.2 LED数码管的接口（静态、动态）

• 静态显示：

  用一个并行口接一个数据管，数码管的公共端com接地(共阴)或接Vcc(共阳)。优点：显示稳定，无闪烁，控制容易。缺点：占用接口多。如果PO口和P2口要用作数据线和地址线，仅用单片机的并行口就只能接2个数码管。

  理解：一个I/O接口管理一个数码管。在一个非常非常小的时间点内，四个数码管可以同时点亮。因为互相没有竞争关系。不扩充接口的话，最多只能搞4个数码管，因为单片机一共就P0~P3共4个I/O口。物理层面上：共一个极，另一个极靠I/O口管理。
  

• 动态显示：

  一个接口输出字形码 (字选)，另一接口选择点亮某位数码管 (位选)。采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示频率较高时，看不出闪烁显示现象。优点：节省接口（2个接口就可以接8个数码管）。缺点：显示可能会有闪烁，软件控制复杂。

  理解： 一共只需要2个I/O接口。在一个非常非常小的时间点内，只有一个数码管是点亮的。数码管之间互相之间存在竞争关系。但由于1秒刷新超过30次人眼就分辨不出来了，所以在高频率下，人眼看起来是几个数码管都亮着的。能搞的数码管数量没有上限。物理层面上：段码线 + 位选线。段码线来传要显示的内容，位选线来控制现在想要哪个数码管亮，即点亮的数码管的位置
  

• 优缺点总结：

  	优点	缺点
  静态接口：	显示稳定无闪烁，软件控制容易	占用接口数量多
  动态接口：	占用接口数量少	显示可能有闪烁，软件控制复杂

• 编程举例见ppt

5.4 用并行口设计键盘电路

• 两种方式：

  按键少：接成线性键盘； 按键多：接成矩阵键盘。

  每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是这个按键的编码。

  *矩阵键盘举例：
  

• 键盘处理程序的任务：
  确定有无键按下；
  判哪一个键按下；
  键的功能是什么；
  还要消除按键在闭合或断开时的抖动。

• 键盘扫描流程图
  
  1）当P1.0～P1.3输出0时，如无键按下，P1.4～P1.7的输入值均为“1”，如果其中有一个不是 “1”，说明有键按下。
  2）再使P1.0～P1.3逐个输出零(行扫描)，检查P1.4～P1.7的输入值有无零，从而查出是哪行哪列的键按下。
  3）在判按键时，按键有抖动，可采用延时后再重读以跳过抖动时段。

  *程序见ppt