2.3 单片机并行输入输出口（课件）-《单片机技术与应用》(高教版第二版) 同步精品课堂

单片机技术与应用 -第8课时- 高教版第二版 单片机并行I/O口 教学目标 掌握 P0 口作为通用 I/O 口和分时复用地址 / 数据总线的工作原理和使用方法 了解 MCS - 51 系列单片机 4 个并行 I/O 口（P0、P1、P2、P3）的基本结构和功能 熟悉 P1、P2、P3 口的特点和功能，以及它们与 P0 口的区别 了解各 I/O 口的带负载能力和端口要求 教学重难点 P0 口在不同功能下的内部电路工作原理。 P0 口作为通用 I/O 口和地址 / 数据总线的工作方式和操作方法 各 I/O 口在实际应用中的合理选择和配置 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 在单片机的应用中，I/O 口是实现与外部设备进行数据交互的重要接口。 MCS - 51 系列单片机有 4 个并行 I/O 口，它们各自有什么特点和功能？在不同的应用场景中如何使用？ 让我们一起开启单片机的学习之旅。 新知讲授 单片机并行 I/O 口概述 MCS - 51 系列单片机有 4 个双向 8 位 I/O 口（P0、P1、P2、P3），无外接存储器时可作为通用 I/O 口，CPU 可进行字节和位操作。特殊功能寄存器中的 P0、P1、P2、P3 寄存器是端口的锁存器。 单片机并行I/O口 每个口包含：锁存器、输出驱动器、输入缓存器。 具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口 分时传送，高8位地址由P2口传送。 在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均 可作为通用I/O端口使用。在作为通用I/O端口使用时， 这4个口都是准双向口。 新知讲授 P0 口 - 结构与功能 P0 口有 8 位，由锁存器、三态输入缓冲器、控制电路和驱动电路组成。具有通用 I/O 口和低 8 位地址 / 8 位双向数据总线两种功能。P0 口（P0.0～P0.7，第 39～32 引脚） 单片机并行I/O口 新知讲授 P0 口 - 作为通用 I/O 口 - 输入操作 P0口作输入口时，P00—P07上的信号经过缓冲器送到内部数据总 线上。 在读引脚之前，要先将锁存器置1，否则总是读到0。 2、 读操作有2种：读引脚和读—改—写锁存器。 单片机并行I/O口 ANL P1，A INC P1 CPL P1.2 读端口操作 读—改—写 读引脚操作 MOV A ， P1 MOV C ， P2.2 新知讲授 P0 口 - 作为通用 I/O 口 - 输出操作 当P0 口作输出口时，待输出的数据通过数据总线，在写脉冲控制下写入锁存器。此时锁 存器的右端通过MUX与 V2 管相连，经V2 管反相后将数据直接送到PO口的引脚上，在引脚 上的数据就是所要输出的数据。 单片机并行I/O口 MOV P0,#56H ;把立即数56H输出到PO口 SETB P0.5 ;把P0.5 置1 例如： 当P0 口作输入VO 口 时 ，PO 口是一个准双向口。 新知讲授 P0 口 - 作为分时复用地址 / 数据总线 当外接存储器时，P0 口作为低 8 位地址和 8 位双向数据总线。 输出数据时，控制信号使相关电路工作； 输入数据时，CPU 自动完成锁存器写 1 操作，是真正的双向 I/O 口。 单片机并行I/O口 输出 0，T2 导通，引脚 P0 接地，电平为 0； 输出 1，T2 截止，，端口为高阻，要外接上拉电阻，端口才有 5V； 作为双向数据总线使用时需要外接地址锁存器。 新知讲授 P1 口—结构与功能 P1 口（P1.0～P1.7，第 1～8 引脚）：P1 口是专用的 8 位准双向 I/O 口，只有通用输入 / 输出功能。内部输出驱动器用上拉电阻代替场效晶体管，无需外接上拉电阻，无控制部分。输入时需先对锁存器写 1。 作为输出时，无需外接上拉电阻，每个引脚可驱动 4 LSTTL 门电路。做输入口时，必须先向锁存器写“1”。 单片机并行I/O口 新知讲授 P1 口 - 作为通用 I/O 口 - 输入/输出操作 P1口作输入口时，P1.0~P1.7上信号经缓冲器送到内部DB上。在读 引脚之前，要先将锁存器置1，否则总是读到0。 当P1口做输出口时，内部数据经过锁存器送到P1.0~P1.7上。 内部有上拉电阻，所以P1口作输出口使用时，不用外接上拉电阻 单片机并行I/O口 P1口直接做输出口时： （将1送到P1.0的过程） P1口直接做输入口时： （将P1.0处的1送入DB0.0的过程） 新知讲授 P2 口—结构与功能 P2 口（P2.0～P2.7，第 21～28 引脚）：P2 口是 8 位准双向 I/O 口，可作通用 I/O 口，也可作扩展系统的高 8 位地址，与 P0 口组成 16 位地址总线。 P2口是一个双功能口既可以用作通用I/O口，又可以用作高八位地址总线（绝大多数情况） 通过内部的控制信号来决定功能的选择， 单片机并行I/O口 新知讲授 P2口 - 作为通用 I/O 口 - 输入/输出操作 P2口作输入口时，P2.0~P2.7上信号经缓冲器送到内部DB上。在读引脚之前，要先将锁存器置1，否则总是读到0。 P2作输出口，内部数据经过锁存器送到P2.0~P2.7上。内部有上拉电阻，P2口作输出口使用时，不用外接上拉电阻。 单片机并行I/O口 P2口直接做输出口时： （将1送到P2.0的过程） P2口直接做输入口时： （将P2.0处的1送入DB0.0的过程） 新知讲授 P3 口—结构与功能 P3 口（P3.0～P3.7，第 10～17 引脚）：P3 口是 8 位准双向口，有 P1 口的功能，还有第二功能。如 P3.0 为串行输入口（RXD），P3.1 为串行输出口（TXD）等。 内部有上拉电阻，P3 口可作为准双向 I/O 口使用或者第二功能引脚，第二功能应用非常重要。 单片机并行I/O口 新知讲授 P3口 - 作为通用 I/O 口 - 输入/输出操作 P3口作输入口时，P3.0~P3.7上信号经缓冲器送到内部DB上。在读引脚之前，要先将锁存器置1，否则总是读到0。 P3作输出口，内部数据经过锁存器送到P3.0~P3.7上。内部有上拉电阻，P3口作输出口使用时，不用外接上拉电阻。 单片机并行I/O口 P3口直接做输出口时： （将1送到P3.0的过程） P3口直接做输入口时： （将P3.0处的1送入DB0.0的过程） 新知讲授 P3口 - 第二功能 P3口常用第二功能。每个引脚可驱动4个TTL负载。当 P3口作为第二功能使用时，各位功能如下表所示。 单片机并行I/O口 新知讲授 1.主要相同点 1）每个端口都包括锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。 2）在对双向口作输入操作时，一定要先向锁存器写“1” 然后才能正确读入引脚状态。 3）系统复位时，4个端口锁存器全为1。 4）4个端口均可以按字节访问，也可以按位访问。 4个1/0端口的主要异同点 新知讲授 2.主要不同点 1）P1~P3为准双向口结构，PO为真正的双向口。 2）驱动能力不同 3）功能不同： PO可作为IVO端口使用，也可作为地址/数据总线使用。PO口输出时加上拉电阻，P1～P3口都不需要。 P1口除作为一般的VO接口外，某些位还增加了第二功能。 P2口除作为一般的VO接口外，在具有片外并行扩展存储器 的系统中，P2口通常作为高8位地址线。 P3口除作为一般的VO接口外，其各位均增加了第二功能。 4个1/0端口的主要异同点 新知讲授 PO~P3端口功能总结使用中应注意的问题： PO~P3口都是并行V/O口，但PO口和P2口还可用来构建数据总线和地址总线，故电路中有一个MUX，进行转换。 而P1口和P3口无构建系统的数据总线和地址总线的功能因此，无需转接开关MUX。 只有P0口是一个真正的双向口，P1～P3口都是准双向口。 原因：PO口作数据总线使用时，为保证数据正确传送，需解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通，否则应处于隔离状态。为此，PO口的输出缓冲器应为三态门。 4个1/0端口的主要异同点 随堂检测1 P3 口的第二功能中，P3.2 和 P3.3 分别是什么？ 答案：P3.2 是外部中断 0 输入口（INT0），P3.3 是外部中断 1 输入口（INT1）。 P0 口作为地址 / 数据总线时，输入数据前是否需要用户对锁存器写 1？ 答案：不需要，写 1 的工作由 CPU 自动完成。因此，对用户而言，P0 作为地址 / 数据总线时，是一个真正的双向 I/O 口。 练一练 随堂检测2 简述 “读 - 修改 - 写” 操作指令的含义，并举例说明。 答案：“读 - 修改 - 写” 操作指令是先读入端口锁存器中的数据，然后进行修改，再把结果送到端口输出。例如 “XRL P0, A” 指令，先读入 P0 口锁存器中的数据，然后与 A 的内容进行逻辑异或，再把结果送到 P0 口输出。 各 I/O 口的带负载能力如何？ 答案：P0 口输出级的每一位可驱动 8 个 TTL 门，作为通用 I/O 口时，驱动 NMOS 电路需要外加上拉电阻，作为地址数据总线使用时无需外加上拉电阻；P1 - P3 口输出级的每一位可驱动 4 个 TTL 门，由于它们的输出级内部有上拉电阻，组成系统时无需再加上拉电阻。 练一练 随堂检测3 P2 口的主要功能有哪些？ 答案：P2 口是一个 8 位准双向 I/O 口，具有两种功能：一是作通用 I/O 口使用，与 P1 口相同；二是作扩展系统的高 8 位地址使用，输出高 8 位地址，与 P0 口一起组成 16 位地址总线。 在 CMOS 电路中，端口驱动普通晶体管时需要注意什么？ 答案：由于 CMOS 电路端口只能提供几毫安的输出电流，当端口需要驱动一个普通的晶体管时，应在端口与输入级之间串联一个电阻，以限制高电平的输出电流。 练一练 师生互动 1 如何合理选择和配置单片机的并行 I/O 口来实现这个系统，在使用过程中可能会遇到哪些问题，如何解决？ 课题小结 1. P0 口 单片机并行I/O口 2. P1 口 结构与功能 作为通用 I/O 口 - 输入操作/输出操作 结构与功能 作为通用 I/O 口 - 输入操作 作为通用 I/O 口 - 输出操作 作为分时复用地址 / 数据总线 3. P2 口 4. P3 口 结构与功能 作为通用 I/O 口 - 输入操作/输出操作 第二功能 结构与功能 作为通用 I/O 口 - 输入操作/输出操作 谢谢观看 THANKS Lavf58.46.101 $