第4章并行IO口的应用与扩展

第4章并行I/O口的应用与扩展本章学习目标掌握MCS-51单片机并行I/O口的应用掌握键盘与显示器的扩展原理及方法4.1单片机的并行接口P0～P3MCS-51单片机有P0、P1、P2、P3四个8位双向I/O口，每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出，四个口共32根口线，用作位控制十分方便。一、四个并行口使用的注意事项如下：如果单片机内部有程序存贮器，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，单片机的四个口均可作I/O口使用。四个口在作输入口使用时，均应先对其写“1”，以避免误读。P0口作I/O口使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必。P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用P0驱动8个TTL电路，P1，P2，P3可驱动4个TTL电路。3.读-修改-写：修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据通过上三态门进入内部总线，修改后再写入到锁存器中。读-修改-写指令：并行口为目的操作数的指令：如：ANLP1，A1.输出锁存：输出将使数据写入输出锁存器。输出指令：MOVP1，AMOVP1.0，C2.输入三态：输入从I/O引脚上输入信号，读信号打开，引脚信号通过下三态门进入内部总线。为保证可靠输入，先写入“1”。MOVP1，#0FFH；使输出驱动器截止MOVA，P1；输入P0～P3的复位状态均为FFH，自动处于输入状态。二、并行接口的三种操作：首先，在应用设计中应理解，计算机内由数字电路组成只存在两种TTL电平，高电平3.5～5V和低电平0V，对应着的数字为“1”和“0”。外设的状态要通过电路转换成高、低电平，计算机才能识别(如开关电路)。计算机输出数据“1”即输出3.5V～5V，输出数据“0”即输出0V，根据外设需要的电平要求输出“1”或“0”数据，这就是程序控制外设的本质。4.2并行I/O口的直接应用P1.789C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6K0K1K2K3LED0LED1LED2LED3+5V+5V41004k1.5从P1.0～P1.3输入开关状态，再经P1.4～P1.7输出去驱动发光二极管，使发光二极管显示开关的状态。接成灌电流形式，能增加驱动能力，使二极管更亮些。并行I/O口的直接应用举例控制程序如下：ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN：MOVA，#0FFHMOVP1，A；熄灭发光二极管，；P1口低位写“1”MOVA，P1；读入开关状态SWAPA；A高低半字节交换MOVP1，A；开关状态输出AJMPMAINEND4.3LED显示器的扩展单片机应用系统中，常常使用发光二极管（LED）来指示系统运行状态，使用数码管显示检测参数和数据。显示程序涉及到硬件电路的连接，显示结果最为直观，所以，学习单片机显示程序编写有利于提高读者的学习兴趣，同时也为后续调试较大程序提供故障诊断的方法。单片机应用系统中，最常用的是七段式LED显示器，又称数码管。4.3.1LED数码显示器的结构与原理常见数码管的管脚排列如下图（a）所示，其中COM为公共点。根据内部发光二极管的接线形式，可分为共阴极型(图(b))和共阳极型(图(c))。d1234abcdpfecdpdegfbaGNDGNDabcdefgdpabcdefgdp+5v8R8Rg共阴极共阳极图（a）图（b）图（c）LED数码管的g～a七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不能发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为段码（或称字型码），显然共阳极和共阴极的字形码是不同的，其字形码见下表。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硬件译码方式，如采用BCD7段译码/驱动器74LS48、74LS49、CD4511(共阴极)或74LS46、74LS47、CD4513(其阳极)也可用软件查表方式输出。十六进制数字形码表显示字符段符号十六进制代码dpgfedcba共阴共阳0123456789ABCDEFHP0000000000000000010011111011110111111000111011111011111010001010111111111011011011011110001101111111110100001111100111100100011011011111101011113FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H76H73HC0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H88H83HC6HA1H86H8EH89H8CH4.3.2LED接口电路：两种显示电路：静态显示和动态显示。特点：显示亮度高，硬件和软件都较简单；但占用口线多。1．静态显示：每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。abcdefgdp.abcdefgdp.abcdefgdp.8255PC0~PC7PB0~PB7PA0~PA789C51COMCOMCOM+5V2．动态显示：所有位的段码线相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，各位的公共端分别由相应的I/O线控制。分时轮流选通数码管的公共端，使得各数码管轮流导通，在选通的LED上得到显示字形码。一个接口完成字形码的输出(字形选择)，另一接口完成各数码管的轮流点亮(字位选择)。8155PB7共阴极LEDabcdefgdp+5V100Ω×87407×27406PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA5PA4PA3PA2PA1PA0去80C512．动态显示：动态显示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，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象。特点：节省硬件资源，成本较低，但要保证显示器正常显示，CPU必需每隔一段时间执行一次显示子程序，降低了CPU的工作效率；同时显示亮度较静态显示低。例3-52单片机显示电路下图所示，试编写一个系统上电自检程序。要求使6个数码管从右到左轮流显示“8.”1秒后，再全部显示“8.”3秒，最后最右边的数码管显示“0”，其余全部熄灭。设时钟频率为11.0592MH。RSTC1510u+5+5+5R58K+5S2123U10ASN74AS00456U10BR111KR121K1324JP2Y111.0592MHzC1730PFC1630PFVcc40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732EA/Vpp31Vss20XTAL119XTAL218T0/P3.414INT0/P3.212RST9P1.78P1.67P1.56U1STC89c52A1B2C3G16G2A4G2B5Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U7SN74ALS138A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U674ALS245R610K+5+5abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2abcedfgdpDS1abcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2abcedfgdpabcdefgdpabcdefgdp1098674123com15com2abcedfgdpDS3abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpS1S2S3S4S5S6+5DS1DS2S1S2S3S4S5S6A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U874ALS245+54.4矩阵式键盘的扩展1.键盘输入的特点键盘：一组按键开关的集合。行线电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合，输出波形如图。4.4.1键盘接口原理2.按键的确认检测行线电平高电平：断开；低电平：闭合，常用软件来消除按键抖动。基本思想：检测到有键按下，键对应的行线为低，软件延时10ms后，行线如仍为低，则确认该行有键按下。3.如何消除按键的抖动有键松开时，行线变高，软件延时10ms后，行线仍为高，说明按键已松开。采取以上措施，躲开了两个抖动期t1和t3的影响。4.4.2键盘接口的工作原理独立式按键接口和矩阵式键盘接口。1.独立式键盘接口各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可很容易判断哪个键被按下。此种接口适于键数较少或操作速度较高的场合。2.矩阵式键盘接口由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。如图所示。用于按键数目较多的场合，行列式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。0123106759841114151312+5VX3X2X1X0Y3Y0Y2Y1按键输出（1）、行列式键盘工作原理无键按下，该行线为高电平，当有键按下时，行线电平由列线的电平来决定。由于行、列线为多键共用，各按键彼此将相互发生影响，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。（2）、按键的识别方法常用的为扫描法图8-5中6号键被按下为例，来说明此键是如何被识别出来的。扫描法进行按键识别的方法，分两步进行：第1步：识别键盘有无键按下第2步：如有键被按下，识别出具体的按键。把所有列线置0，检查各行线电平是否有变化，如有变化，说明有键按下，如无变化，则无键按下。依次把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。扫描结果：列线Y2为低电平，行线X1为低电平可采用依次排列键号的方式对按键进行编码。以图8-5中的4×4键盘为例，可将键号编码为：0、1、2、…F等16个键号。编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。计算法转换按键的键号：键号（值）=行号×每行的按键个数+列号对应的4×4矩阵键盘的按键键号，如表8-1所示。（3）键盘的编码（4）键盘的扫描方式通常，键盘扫描方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。1）.编程扫描方式只有当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，扫描键盘。键盘扫描程序一般应包括以下内容：判别有无键按下。有键按下，用软件延时的方法消除按键抖动的影响。键盘扫描取得闭合键的位置码，既行、列值。用计算法或查表法将键的位置码转换为键值（0、1、2…F）。返回闭合键的键值。特点：CPU需不停的扫描键盘，工作效率较低。2）.定时扫描方式利用单片机内的定时器，产生10ms的定时中断，对键盘进行扫描。3）.中断扫描方式只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序，如无键按下，单片机将不理睬键盘。4.4.3．键输入过程与软件结构键扫描有无键按下查键号JMP@A+DPTR00#按键应用程序01#按键应用程序NN#按键应用程序A=00HA=01HA=NNH...NY实验内容1、检查实验板电源及地电位是否正常；2、模拟调试实验板各模块电路（注意万用表的正确使用）；2、自学课本相关内容完成以下实验实验二自学内容：P68-P74调试课本例程实验三自学内容：P236-P239调试课本例程END