《單片機(jī)原理與應(yīng)用》.ppt

輸入/輸出口的應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)有四個(gè)8位的I/O輸入/輸出端口，即：P0、P1、P2和P3。每個(gè)端口都是8位的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。單片機(jī)共有40條引線，其中有32條是I/O口。每一條又都能獨(dú)立地完成輸入/輸出的功能。每個(gè)端口還有一個(gè)鎖存器，它們是四個(gè)特殊功能的寄存器P0P3，輸出時(shí)這四特殊功能的寄存器可以作為驅(qū)動(dòng)器，輸入時(shí)它們又可以作為緩沖器。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,單片機(jī)的I/O(輸入/輸出)接口,MCS-51單片機(jī)中的4個(gè)8位的I/O端口P0P3，其中P0口為三狀態(tài)雙向口，負(fù)載能力為8個(gè)TTL門電路，P1P3口為準(zhǔn)雙向口。準(zhǔn)雙向是指用作輸入口時(shí)，口鎖存器必須先寫入“1”信號(hào)。P1P3口的負(fù)載能力為4個(gè)TTL門電路。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口的內(nèi)部結(jié)構(gòu),單片機(jī)的四個(gè)I/O口P0P3，其內(nèi)部電路各不相同，但是邏輯功能基本上是一樣的，為了便于理解，這里只對(duì)P1口的內(nèi)部電路進(jìn)行分析。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，P0口是數(shù)據(jù)總線，也是地址總線的低8位。P2口是地址總線的高8位。P3口是特殊功能的I/O口。實(shí)際上，只有P1口才是專供用戶使用的。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向的I/O口，P1口的每一位都有一個(gè)上拉電阻。每一位口線能獨(dú)立用作輸入線或輸出線，也就是說，既能作為輸入口，也能作為輸出口。對(duì)于P1口的操作有三種情況，即：輸出數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)和讀取P1口的位狀態(tài)。,圖5-2P1口位結(jié)構(gòu),單片機(jī)原理與應(yīng)用,輸出數(shù)據(jù),當(dāng)單片機(jī)的內(nèi)部總線某一位輸出“1”時(shí)，鎖存器D端的信號(hào)為“1”，同時(shí)“寫”信號(hào)來一個(gè)低電平脈沖，根據(jù)D觸發(fā)器的原理，Q端為“1”，端為“0”，場(chǎng)效應(yīng)管的控制端得到低電平，場(chǎng)效應(yīng)管不導(dǎo)通，P1口輸出高電平“1”。當(dāng)單片機(jī)的內(nèi)部總線某一位輸出“0”時(shí)，端為“1”，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P1口輸出低電平“0”。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,輸入數(shù)據(jù),單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口作為輸入口時(shí)，信號(hào)來自于單片機(jī)的外部，如果外部信號(hào)為低電平“0”，讀引腳來脈沖時(shí)，三態(tài)輸入緩沖器2導(dǎo)通，低電平“0”信號(hào)到達(dá)內(nèi)部總線的D端，內(nèi)部總線與CPU相連。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,為什么說P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向的輸入口呢？由圖5-3可以看出，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管T導(dǎo)通時(shí)，無論開關(guān)K是否閉合，P1口均為低電平。為了解決這個(gè)問題，在執(zhí)行輸入指令前，先用一條輸出指令，向P1口送去高電平“1”，關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管T；再用輸入指令，采集開關(guān)K的工作狀態(tài)。這時(shí)如果開關(guān)K斷開時(shí)，輸入信號(hào)為高電平“1”。開關(guān)K閉合時(shí)，輸入信號(hào)為低電平“0”。,圖5-3P1口作為輸入口,單片機(jī)原理與應(yīng)用,讀取P1口的位狀態(tài),單片機(jī)原理與應(yīng)用,有時(shí)不知道P1口的輸出狀態(tài)是高電平“1”，還是低電平“0”?？梢杂靡粭l指令讀取鎖存器中的數(shù)據(jù)。這時(shí)“讀鎖存器信號(hào)”端來一個(gè)脈沖，三態(tài)輸入緩沖器1導(dǎo)通。Q端的數(shù)據(jù)通過三態(tài)輸入緩沖器1到達(dá)內(nèi)部總線的D端，再到達(dá)CPU。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,由P1口的內(nèi)部電路可知，P1口有一個(gè)上拉電阻，當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，形成了拉電流，電流從單片機(jī)中流出，電阻會(huì)發(fā)熱，所以電流不能太大。當(dāng)P1口輸出低電平時(shí)，形成了灌電流，電流流入單片機(jī)，場(chǎng)效應(yīng)管只有0.3v的電壓，散耗功率很小，所以電流可以大一些。也就是說，一般情況下，最好用灌電流的形式輸出信號(hào)，而盡量避免使用拉電流輸出信號(hào)。,用C語言控制P1口輸出信號(hào),單片機(jī)原理與應(yīng)用,操作P1口時(shí)，需要對(duì)P1口的寄存器聲明，在C語言的編譯器中，這項(xiàng)聲明包含在reg51.h中，在編寫程序時(shí)，要把這個(gè)頭文件包含在進(jìn)去，聲明語句如下：#include也可以對(duì)P1口的特殊寄存器聲明，其語句如下：sfrP1=0X90;,單片機(jī)原理與應(yīng)用,例5-1：圖5-4P1口的控制電路，它的主要功能是通過P1口的輸出狀態(tài)，控制相應(yīng)的發(fā)光二極管的亮與滅。,圖5-4P1口控制LED指示燈,單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口控制LED指示燈P1口外接8個(gè)LED發(fā)光二極管，當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，LED發(fā)光二極管兩端的電壓相等，均為5V，二極管中無電流，LED不亮；當(dāng)P1口輸出低電平時(shí)，LED發(fā)光二極管中有電流，LED亮。,P1口高電平,要想讓P1口高電平，可以用以下的語句：P1=0 xff;0 x表示十六進(jìn)制數(shù)。ff表示二進(jìn)制數(shù)11111111B。使用這條語句時(shí)，P10P17均輸出高電平。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口低電平,要想讓P1口低電平，可以用以下的語句：P1=0 x00;0 x表示十六進(jìn)制數(shù)。00表示二進(jìn)制數(shù)00000000B。使用這條語句時(shí)，P10P17均輸出低電平。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,單片機(jī)原理與應(yīng)用,例5-2：用P1口控制8個(gè)發(fā)光二極管LED亮一秒鐘再滅一秒鐘，周而復(fù)始，不停閃爍。如果想讓P1口控制LED亮一秒，再滅一秒。根據(jù)圖5-3可以使用下列程序。,#includemain()unsignedinti;while(1)P1=0 x00;,for(i=0;i<50000;i+);P1=0 xff;for(i=0;i<50000;i+);,單片機(jī)原理與應(yīng)用,用位操作控制P1口的輸出,單片機(jī)原理與應(yīng)用,P1口不僅可以實(shí)現(xiàn)字節(jié)操作，也可以實(shí)現(xiàn)“位”操作，但需要聲明一個(gè)“位”變量，這里用P10作為輸出信號(hào)。如果要讓P1.0輸出高電平，可以用語句P10=1;注意：這里的P必須是大寫。要讓P1.0輸出低電平，可以用語句P10=0;,例5-3：下面是一個(gè)燈塔信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，其工作原理如圖5-5所示。,圖5-5P10口控制燈塔信號(hào)燈,單片機(jī)原理與應(yīng)用,說明,單片機(jī)原理與應(yīng)用,圖5-5是燈塔信號(hào)燈的電氣原理圖，圖中用單片機(jī)8951構(gòu)成了一個(gè)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，C1和R1是單片機(jī)的復(fù)位電路，P1口在復(fù)位后輸出高電平。晶振的兩端分別接在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2之間。當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，三極管T1和T2導(dǎo)通。光電耦合器中的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，光敏三極管導(dǎo)通，雙向二極管V導(dǎo)通，雙向可控硅VT導(dǎo)通，照明燈ZD點(diǎn)亮。P1口輸出為低電平“0”時(shí)，照明燈ZD熄滅。,#includesbitP10=P10;voidmain()for(;)P10=0;delay50ms(20);P10=1;delay50ms(20);,voiddelay50ms(chark)unsignedinti,j;for(j=0;j<k;j+)for(i=0;i<5000;i+);,單片機(jī)原理與應(yīng)用,程序分析,sbitP10=P10;這是一個(gè)說明語句，用來說明P1.0是一個(gè)位。for(;)這條語句的作用是形成一個(gè)死循環(huán)，燈塔上的照明燈一閃一閃的。delay50ms(20);調(diào)用50ms的延時(shí)函數(shù)。括號(hào)中的20是要傳送給被調(diào)函數(shù)的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)決定了延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)度。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,程序分析,voiddelay50ms(chark)這是一個(gè)延時(shí)函數(shù)，沒有返回值，要接收一個(gè)char型的數(shù)據(jù)參數(shù)。當(dāng)K值為1時(shí)，延時(shí)50ms。for(j=0;j<k;j+)這是一條循環(huán)語句，計(jì)數(shù)初值j=0，終值取決于K值。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,用開關(guān)控制P1口的輸出狀態(tài),單片機(jī)原理與應(yīng)用,例5-4：圖5-6是一個(gè)走廊照明燈的控制系統(tǒng)，有人進(jìn)入走廊時(shí)用手按一下開關(guān)K，P30變成低電平，由于手按動(dòng)開關(guān)K的時(shí)間很短，P30得到的是一個(gè)下降沿脈沖，作為輸入信號(hào)。單片機(jī)采集到輸入信號(hào)后，從P10輸出高電平，繼電器J線圈帶電，繼電器的常開觸頭J閉合，照明燈DX亮，然后延時(shí)1分鐘后，自動(dòng)熄滅。,圖5-7P10口控制走廊照明燈,單片機(jī)原理與應(yīng)用,#includesbitP10=P10sbitP30=P30main()unsignedi,j;while(1),if(P30=0)P10=1;for(i=1;i<50000;i+)for(j=1;j<50000;j+);elseP10=0;,單片機(jī)原理與應(yīng)用,程序分析,單片機(jī)原理與應(yīng)用,sbitP10=P10;sbitP30=P30;說明P10表示對(duì)P1口的最低位進(jìn)行操作，P30表示對(duì)P3口的最低位進(jìn)行操作。,程序分析,if(P30=0)有兩個(gè)作用，一是將P30的開關(guān)狀態(tài)輸入單片機(jī)，二是判斷開關(guān)K是否閉合。P10=1;如果開關(guān)K閉合，P1口的最低位輸出高電平，點(diǎn)亮走廊燈。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,例5-5：用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)彩燈的控制系統(tǒng)。圖5-8循環(huán)彩燈的控制系統(tǒng)原理圖。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,單片機(jī)原理與應(yīng)用,交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng),單片機(jī)原理與應(yīng)用,如果用兩個(gè)開關(guān)控制P1口的輸出狀態(tài)，又該什么樣設(shè)計(jì)硬件和軟件呢？下面以交通信號(hào)燈為例說明這個(gè)問題。例5-6：設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)。,圖5-9交通信號(hào)燈的示意圖,單片機(jī)原理與應(yīng)用,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況要求如下,南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。延時(shí)60秒。南北方向和東西方向均為黃燈亮。延時(shí)3秒。南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。延時(shí)60秒。南北方向和東西方向均為黃燈亮。延時(shí)3秒。周而復(fù)始，循環(huán)不止。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,說明,當(dāng)開關(guān)K1斷開時(shí)，南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。當(dāng)開關(guān)K2斷開時(shí)，南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。根據(jù)上述要求，可以畫出控制流程圖。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,圖5-10交通信號(hào)燈的控制流程圖,單片機(jī)原理與應(yīng)用,輸出控制字,南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。輸出控制字：00100001B=21H。南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。輸出控制字：00001100B=0CH。南北方向和東西方向均為黃燈亮。輸出控制字：00010010B=12H。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,圖5-10交通信號(hào)燈的控制原理圖,單片機(jī)原理與應(yīng)用,#includemain()unsignedinti;chara,j,k;while(1)P1=0 xff;a=P1;k=aj+),for(i=0;i<50000;i+);P1=0 x12;for(j=0;j<6;j+)for(i=0;i<50000;i+);P1=0 x0C;for(j=0;j<120;j+)for(i=0;i<50000;i+);P1=0 x12;for(j=0;j<6;j+)for(i=0;i<50000;i+);break;,單片機(jī)原理與應(yīng)用,程序分析,單片機(jī)原理與應(yīng)用,由圖5-8交通信號(hào)燈的控制原理圖可以看出，在南北方向，P10控制紅燈，P11控制黃燈，P12控制綠燈。在東西方向，P13控制紅燈，P14控制黃燈，P15控制綠燈。當(dāng)某一位輸出高電平時(shí)，相應(yīng)的燈亮；為低電平時(shí)，相應(yīng)的燈滅。,程序分析,單片機(jī)原理與應(yīng)用,在主程序中采用字節(jié)輸出的方式，一共有三種狀態(tài)，采用三個(gè)控制字，即：21H、0CH和12H，完成對(duì)系統(tǒng)的控制。,程序分析,當(dāng)執(zhí)行語句P1=0 x21;時(shí)，南北方向停止通行，東西方向通行。當(dāng)執(zhí)行語句P1=0 x12;時(shí)，南北方向和東西方向都是黃燈亮。當(dāng)執(zhí)行語句P1=0 x0C;時(shí)，南北方向通行，東西方向停止通行。,單片機(jī)原理與應(yīng)用,程序分析,單片機(jī)原理與應(yīng)用,由于P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向的輸入口，在程序的開始先向P1口輸出高電平，由語句P1=0 xff來完成。再把P1口的工作狀態(tài)通過語句a=P1送給變量a，“與”運(yùn)算k=a是把低6位屏蔽掉。這樣就可以根據(jù)變量K的值確定系統(tǒng)的控制方案了。,