第3章51单片机主要功能应用基础 51单片机主要功能部件包括并行口、中断、定时器/计数器、串行口。本章主要接好51 单片机主要功能部件应用基础。 3.151系列单片机P0~P3口应用编程举例 在认识51单片机的P0~P3口之前，先看两个概念。 双向口：单片机的I/O口是CPU与片外设备进行信息交换的通道，为了提高接口的驱动 能力，具有由场效应管组成的输出驱动器。当驱动器场效应管的漏极具有开路状态时，该 口就具有高电平、低电平和高阻抗3种状态，称为双向口。 准双向口：单片机I/0口的输出场效应管的漏极接有上拉电阻，该口具有高电平、低 电平两种状态，称为准双向口。 在51单片机内部包含有4个并行的I/0接口，分别称为P0口、P1口、P2口和P3口，每一 个口都是8位的，每个口的位都有一个输出锁存器和一个输入缓冲器。PO口是双向口，P1、 P2、P3是准双向口。 3.1.1P0~P3口结构 1.结构 图3-1所示为P0~P3口的位结构原理图。 地址/数据 控制 Vco 读锁存器 Vco & VT 读锁存器 1 PO.X 内部上拉电阻 内部总线 D Q 内部总线 锁存器 D Q 写锁存器 VT 写锁存器 锁存器 P1X CP MUJX CP Q HVT 读引脚 读引脚 地址/数据 控制 地址控制 读锁存器 & VT, 读锁存器 Vcc 1 PO.X 内部总线 D Q 内部总线 D Q 9.0 P2.X 锁存器 锁存器 。 写锁存器 CP VT1 写锁存器 CP MUJX 1 读引脚 读引脚 图3-1P0~P3口口的位结构示意图 2.操作一以P1口为例。 P1口作为通用的I/0接口使用，具有输出、读引脚、读锁存器三种工作方式。 69
69 第 章 单片机 3 51 主要功能应用基础 51单片机主要功能部件包括并行口、中断、定时器/计数器、串行口。本章主要接好51 单片机主要功能部件应用基础。 3.1 51系列单片机P0～P3口应用编程举例 在认识51单片机的P0～P3口之前，先看两个概念。 双向口：单片机的I/O口是CPU与片外设备进行信息交换的通道，为了提高接口的驱动 能力，具有由场效应管组成的输出驱动器。当驱动器场效应管的漏极具有开路状态时，该 口就具有高电平、低电平和高阻抗3种状态，称为双向口。 准双向口：单片机I/O口的输出场效应管的漏极接有上拉电阻，该口具有高电平、低 电平两种状态，称为准双向口。 在51单片机内部包含有4个并行的I/O接口，分别称为P0口、P1口、P2口和P3口，每一 个口都是8位的，每个口的位都有一个输出锁存器和一个输入缓冲器。P0口是双向口，P1、 P2、P3是准双向口。 3.1.1 P0 P3 ～ 口结构 1.结构 图3-1所示为P0～P3口的位结构原理图。 图3-1 P0～P3口口的位结构示意图 2.操作-以P1口为例。 P1口作为通用的I/O接口使用，具有输出、读引脚、读锁存器三种工作方式
（1）输出方式P1口工作于输出方式，此时数据经内部总线送入锁存器存储。如果某位的数据为1，则该位锁存器输出端Q=1，Q=0使V1截止，从而在引脚P1.X上出现高电平；反之，如果数据为0，则Q=0，Q=1使V1导通，在引脚P1.X上出现低电平。（2）读引脚方式读引脚时，控制器打开三态门1，引脚P1.X上的数据经三态门1进入芯片的内部总线，并送到累加器A。输入时无锁存功能。单在读引脚之前，一定要保证V1是截止的。（3）读锁存器方式51系列单片机有很多指令可以直接进行端口操作，这些指令的执行过程分成“读一修改一写”三步，即先将端口的数据读入CPU，在ALU中进行运算，运算结果再送回端口。执行“读一修改一写”类指令时，CPU实际是通过三态门2读回锁存器Q端的数据的。是读引脚还是读锁存器，其过程CPU内部会自动处理，读者不必在意。但应注意，当作为读引脚方式使用时，应先对该口写“1”，使场效应管截止，再进行读操作，以防止场效应管处于导通状态，使引脚为“0”，从而引起误读。3.特点总结：（1）若要执行输入操作，POP3口都必须先输出高电平，才能读取该端口所连接的外部设备的数据。（2）PO口8位皆为漏极开路输出，每个引脚可以驱动8个LS型TTL负载；P1～P3口的8位类似于漏极开路输出，但已接上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载。（3）PO口内部无上拉电阻，执行输出功能时，外部必须接上拉电阻（一般1OkQ即可）；P1P3口内部具有约30kQ的上拉电阻，执行输出操作时，无须连接外部上拉电阻。（4）若系统连接外部存储器或I/O口芯片，PO口作为地址总线（A7～A0）及数据总线（D7～DO）的复用引脚，此时内部具有上拉电阻，不用外接；若系统连接外部存储器或I/0口芯片，而外部存储器或I/0口芯片的地址线超过8条时，则P2可作为地址总线（A15A8）引脚；P3口的8个引脚各具有第二功能。（5）灌电流比拉电流大。3.1.2输出操作举例51单片机内部并行I/0输出操作包括字节操作和位操作。下面通过例子来说明具体的操作。【例3-1】字节操作。电路如图3-2所示，P1口接8个发光二极管作为输出指示，编程实现使8个发光二极管按一定的频率亮、灭闪烁。70
70 （1）输出方式 P1口工作于输出方式，此时数据经内部总线送入锁存器存储。如果某位的数据为1，则 该位锁存器输出端Q=1，Q =0使V1截止，从而在引脚P1.X上出现高电平；反之，如果数据为 0，则Q=0，Q =1使V1导通，在引脚P1.X上出现低电平。 （2）读引脚方式 读引脚时，控制器打开三态门1，引脚P1.X上的数据经三态门1进入芯片的内部总线， 并送到累加器A。输入时无锁存功能。 单在读引脚之前，一定要保证V1是截止的。 （3）读锁存器方式 51系列单片机有很多指令可以直接进行端口操作，这些指令的执行过程分成“读—修 改—写”三步，即先将端口的数据读入CPU，在ALU中进行运算，运算结果再送回端口。执 行“读—修改—写”类指令时，CPU实际是通过三态门2读回锁存器Q端的数据的。 是读引脚还是读锁存器，其过程CPU内部会自动处理，读者不必在意。但应注意，当作 为读引脚方式使用时，应先对该口写“1”，使场效应管截止，再进行读操作，以防止场效 应管处于导通状态，使引脚为“0”，从而引起误读。 3.特点总结： （1）若要执行输入操作，P0～P3口都必须先输出高电平，才能读取该端口所连接的外 部设备的数据。 （2）P0口8位皆为漏极开路输出，每个引脚可以驱动8个LS型TTL负载；P1～P3口的8位 类似于漏极开路输出，但已接上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载。 （3）P0口内部无上拉电阻，执行输出功能时，外部必须接上拉电阻（一般10kΩ即可）； P1～P3口内部具有约30kΩ的上拉电阻，执行输出操作时，无须连接外部上拉电阻。 （4）若系统连接外部存储器或I/O口芯片，P0口作为地址总线（A7～A0）及数据总线 （D7～D0）的复用引脚，此时内部具有上拉电阻，不用外接；若系统连接外部存储器或I/O 口芯片，而外部存储器或I/O口芯片的地址线超过8条时，则P2可作为地址总线（A15～A8） 引脚；P3口的8个引脚各具有第二功能。 （5）灌电流比拉电流大。 3.1.2 输出操作举例 51单片机内部并行I/O输出操作包括字节操作和位操作。下面通过例子来说明具体的操 作。 【例3-1】字节操作。电路如图3-2所示，P1口接8个发光二极管作为输出指示，编程实 现使8个发光二极管按一定的频率亮、灭闪烁
U1AT89C51VCC19XTAL1PO.D/ADCLED-GERRN4ADR1470RD1AD89388XTAL2nR2D2IADSnYAD7IAD7RSTnR3D3DIE2.1110YR422.2/A10福D4PSEN3/A127R5AID528A19930999R6O/RXDD6884886893.TXDYINTUP3.3/NTR7D7B3R8ORD87.7/RO图3-2P1口输出操作实例图分析：P1口输出“高电平”时灯“灭”，输出“低电平”时灯“亮”：亮、灭闪烁可以通过一软件延时程序实现。#include<reg51.h)//特殊功能寄存器声明intd)//延时函数voiddelay(unsigned( while(--d>0):)//主函数void main()(while(1)//亮（P1=0x00;delay(50000);//灭P1=0xff;delay(50000) ;11【例3-2】位操作。电路如图3-2所示，编程实现P1.3所接的发光二极管亮、灭闪烁。#include<reg51.h>//位定义sbit LED3=P1'3;intd)voiddelayunsigned( while(--d>0);)void main( )1while(1){LED3=0;delay(50000);LED3=1;delay(50000);11修改：（1）P1.0对应的灯亮时，P1.7对应的灯灭；P1.0对应的灯灭时，P1.7对应的灯亮。（2）循环操作：编程实现8个灯从低到高流水灯的显示闪烁。（3）从左到右，一个一个亮保持到全亮，然后再重复。（4）思考：灯的亮、灭没有什么规律（花样流水灯），应该怎样编程？71
71 图3-2 P1口输出操作实例图 分析：P1口输出“高电平”时灯“灭”，输出“低电平”时灯“亮”；亮、灭闪烁可 以通过一软件延时程序实现。 #include<reg51.h> //特殊功能寄存器声明 void delay( unsigned int d ) //延时函数 { while(-d>0); } void main( ) //主函数 { while(1) { P1=0x00; delay(50000); //亮 P1=0xff; delay(50000); //灭 } } 【例3-2】 位操作。电路如图3-2所示，编程实现P1.3所接的发光二极管亮、灭闪烁。 #include<reg51.h> sbit LED3=P1^3; //位定义 void delay( unsigned int d) { while(-d>0); } void main( ) { while(1) { LED3=0; delay(50000); LED3=1; delay(50000); } } 修改： （1）P1.0对应的灯亮时，P1.7对应的灯灭； P1.0对应的灯灭时，P1.7对应的灯亮。 （2）循环操作：编程实现8个灯从低到高流水灯的显示闪烁。 （3）从左到右，一个一个亮保持到全亮，然后再重复。 （4）思考：灯的亮、灭没有什么规律（花样流水灯），应该怎样编程？
（5）思考：如何编程使P1.0和P1.1输出不同周期的信号。（6）将P1口改为P3口。3.1.3输入操作举例51单片机的POP3口可以作为基本的输入口使用，其输入信号是由外部电路决定的，可以分为两大类：电平信号、脉冲信号。这两类信号可以通过闸刀开关、按钮开关两类开关来模拟。如图3-3所示。图3-3（a）是闸刀型开关示意图：图3-3（b）是按钮型开关示意图：图3-3（c）是闸刀型开关输入电路示意图：图3-3（d）是按钮型开关输入电路示意图oACCKC(a)KKNC(b)(e)(d)图3-3闸刀型与按钮型开关示意图1.闸刀型开关【例3-3】闸刀型开关输入信号例子。电路如图3-4所示，编程实现相应的开关闭合时，相应的灯亮。1ATaSS1K3E卫P3.7/RT服K228E3S2IRTEK1.1TXtSDRXD04KORNRNNNa1vCCoG/A1N4LED3R4空费招CTUR42.MAS中LED2R3ARMARRMARST+70RLED18R2AB1SALLTURPB.ABALEDOR1PODIADOXTAL1470R图3-4例4-7电路原理图分析：P1口高4位接开关，低4位接指示灯，因此P1口高4位为输入口，低4位为输出口；对于输入部分，键按下时输入口为低电平，抬起时输入口为高电平：对于输出部分，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮；所以只要将相应的键的状态送到相应的输出位置就可以了。#include<reg51.h>sbit LEDO=PO;//输出灯位定义sbit LED1=P1'1;sbit LED2=P1'2;72
72 （5）思考：如何编程使P1.0和P1.1输出不同周期的信号。 （6）将P1口改为P3口。 3.1.3 输入操作举例 51单片机的P0～P3口可以作为基本的输入口使用，其输入信号是由外部电路决定的， 可以分为两大类：电平信号、脉冲信号。这两类信号可以通过闸刀开关、按钮开关两类开 关来模拟。如图3-3所示。图3-3（a）是闸刀型开关示意图；图3-3（b）是按钮型开关示意 图；图3-3（c）是闸刀型开关输入电路示意图；图3-3（d）是按钮型开关输入电路示意图 。 图3-3 闸刀型与按钮型开关示意图 1.闸刀型开关 【例3-3】闸刀型开关输入信号例子。电路如图3-4所示，编程实现相应的开关闭合时 ，相应的灯亮。 图3-4 例4-7电路原理图 分析：P1口高4位接开关，低4位接指示灯，因此P1口高4位为输入口，低4位为输出 口；对于输入部分，键按下时输入口为低电平，抬起时输入口为高电平；对于输出部分， 输出高电平灯灭，输出低电平灯亮；所以只要将相应的键的状态送到相应的输出位置就可 以了。 #include<reg51.h> sbit LED0=P1^0; //输出灯位定义 sbit LED1=P1^1; sbit LED2=P1^2;
sbit LED3=P1°3:sbit KO=P1~4;//输入按键位定义sbit K1=P1'5;sbit K2=P1'6;sbitK3=P1"7:voidmain()( while(1)K0=1; K1=l; K2=1; K3=1;//读之前先置1{LEDO=KO;LED1=K1:LED2=K2;LED3=K3;11思考：为什么在读键状态之前要先置1？修改：（1）开关闭合时灯灭。（2）KO控制LED3，K1控制LED2，K2控制LED1，K3控制LEDO。2.按钮型开关按钮型开关输入信号具有自动恢复（弹回）功能，当按下按钮，其中的接点接通，放开按钮后，接点恢复为断开。开关在动作时并不是理想的状态，将可发生许多非预想状态，如图3-5所示。这种非预想状态称为抖动。开关抖动的处理可以分为硬件去抖动和软件去抖动。硬件去抖动增加硬件投入，在单片机应用电路中，一般采用软件去抖动。软件去抖动就是执行一段软件延时程序（10ms左右）。这样，开关的处理参看图4-13所示的程序框图。在图3-6中关注两个问题：去抖动、判断按键是否抬起。开始输入键状态1《有键按下吗？》+Y延时消抖动输入键状态Y《有键按下吗？Y键处理Y输入键状态键按下《键拾起了吗？键稳定Y延时消抖动T-结束后沿抖动前沿抖动图3-5开关的抖动图3-6开关处理程序框图73
73 sbit LED3=P1^3; sbit K0=P1^4; //输入按键位定义 sbit K1=P1^5; sbit K2=P1^6; sbit K3=P1^7; void main( ) { while(1) K0=1; K1=1; K2=1; K3=1; //读之前先置1 { LED0=K0; LED1=K1; LED2=K2; LED3=K3; } } 思考：为什么在读键状态之前要先置1？ 修改： （1）开关闭合时灯灭。 （2）K0控制LED3，K1控制LED2，K2控制LED1，K3控制LED0。 2.按钮型开关 按钮型开关输入信号具有自动恢复（弹回）功能，当按下按钮，其中的接点接通，放开 按钮后，接点恢复为断开。 开关在动作时并不是理想的状态，将可发生许多非预想状态，如图3-5所示。这种非预 想状态称为抖动。 开关抖动的处理可以分为硬件去抖动和软件去抖动。硬件去抖动增加硬件投入，在单 片机应用电路中，一般采用软件去抖动。 软件去抖动就是执行一段软件延时程序（10ms左右）。这样，开关的处理参看图4-13所 示的程序框图。在图3-6中关注两个问题：去抖动、判断按键是否抬起。 图3-5 开关的抖动 图3-6 开关处理程序框图