51单片机IO口
单片机：第八章 51单片机IO接口
51单片机I/O接口
本章内容
8.1 P0-P3口的功能 （重点） 和内部结构（了解） 8.2 I/O口编程举例 （重点） 8.3 用并行口设计LED数码显示器 （掌握） 8.4 用并行口设计键盘电路 （掌握）
8.1 P0-P3口的功能和内部结构
（1）所谓双向，是既能做输入，又能做输出。
所谓准双向口，是指该端口在用作输入线时，必须先 写入“1”。 （2）内部结构是设计芯片时决定的，如果以后不设计单片 机，那么不必在意。只简单的了解即可。
g
d
(b) e
c
e
f
g
1 2 34 5
com ed c
dp
com
dp
xgf ed cba 0 1 0 1 1 0 1 1 =5bh
8.3 用并行口设计LED数码显示器
8.3 用并行口设计LED数码显示器
• （1）数码管显示方式
静态方式
动态方式
8.3 用并行口设计LED数码显示器
• （2）数码管译码方式
8.2 I/O口编程举例
• 解：4个开关对应4个LED灯，因此适合用字节的方式进行操作。
ORG 0000H
ABC: MOV P1, #0FH 的正确读入
；高四位灭，低四位送“1”，确保开关状态
MOV A, P1
；读P1口引脚开关状态至A
SWAP A
；低四位开关状态转换到高四位
ANL A, #0F0H
8.3 用并行口设计LED数码显示器
• （3）举例 –软件译码
【例8-3】 接有五个共阴极数码管的动态显示接口电路， P1.7接开关，当 开关打向位置“1”（GND）时， 显示“12345”字样，当开关打向 “2”(高电平)时，显示“HELLO”字样，试编写其程序。
51单片机的IO口
51单片机的I O口.2P0口作为普通I/O口:①输出时,CPU发出控制电平"0"封锁"与"门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出驱动场效应管T2栅极接通。
故内部总线与P0口同相。
由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。
P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。
②输入时--分读引脚或读锁存器读引脚:由传送指令(MOV)实现;下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。
读锁存器:有些指令如:ANLP0，A称为"读-改-写"指令，需要读锁存器。
上面一个缓冲器用于读端口锁存器数据。
*原因:如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低;若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的"1"电平误读为"0"电平。
现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。
*说明:nP0口必须接上拉电阻;n在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口;n三态输入缓冲器的作用:n(ANLP0，A)准双向口:从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。
所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写"1"，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。
这就是所谓的准双向口。
2、P0作为地址/数据总线在系统扩展时，P0端口作为地址/数据总线使用时，分为:(1)P0引脚输出地址/数据信息:CPU发出控制电平"1"，打开"与"门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。
51单片机IO引脚IO口工作原理
51单片机IO引脚IO口工作原理一、IO引脚的基本特性1.输入与输出：IO引脚可以配置为输入（接收外部信号）或输出（发送信号到外部设备）。
2. 高低电平：IO引脚可以输出高电平（通常为Vcc电压）或低电平（通常为接地GND电压）。
3.上拉与下拉：IO引脚可以通过上拉电阻或下拉电阻实现电平的稳定。
4. 悬空状态：未配置输入的IO引脚可能处于悬空状态（floating），容易受到噪声的干扰。
二、IO口的工作原理1.寄存器配置：通过对相应的寄存器进行配置，可以选择IO引脚的工作模式（输入或输出）、电平（高或低）、上拉或下拉等。
2.IO端口的控制：通过对控制寄存器进行设置，可以使IO引脚产生相应的电平信号，控制外部设备的操作。
3.输入输出驱动能力：IO引脚的输出能力决定了其能够驱动的外部设备的负载能力。
对于较重的负载，需要考虑使用缓冲电路或者外部驱动芯片。
三、IO口的配置与操作1.选择IO引脚功能：通过寄存器配置，将IO引脚配置为输入模式（将输入电平传递给芯片内部）或输出模式（将芯片内部的电平输出到外部设备）。
2.设置电平状态：对于输出模式的引脚，可以通过寄存器来设置输出电平的状态，使其输出高电平或低电平。
3.上拉与下拉电阻：通过配置相关寄存器，可以启用上拉电阻（使引脚在悬空状态时拉高到高电平）或下拉电阻（使引脚在悬空状态时拉低到低电平）。
四、IO端口的应用1.输入：将外部设备的信号输入到IO引脚，通过编程来实现对信号的判断和处理。
例如，读取按键的状态、读取传感器的数据等。
2.输出：将芯片内部产生的信号输出到外部设备，用于控制和驱动外部设备的操作。
例如，控制LED灯的亮灭、控制继电器的开关等。
3.通信：通过IO引脚与其他设备（例如外围设备、传感器、通信模块等）进行通信。
4.扩展IO口：通过外部的IO扩展芯片或者接口芯片，可以扩展更多的IO口。
总结：51单片机的IO口是其与外部设备通信的接口，通过配置相关寄存器来选择引脚的工作模式、电平和电阻状态。
51单片机IO口工作原理
51单片机IO口工作原理一、概述51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统的微控制器，其IO口是其最基本和重要的功能之一。
IO口可以用于输入和输出信号，实现与外部设备的数据交互。
本文将详细介绍51单片机IO口的工作原理。
二、IO口的结构51单片机的IO口由多个引脚组成，每一个引脚都有特定的功能和工作模式。
通常，一个IO口引脚可以配置为输入模式或者输出模式，具体的配置由相应的寄存器控制。
三、IO口的输入模式当一个IO口引脚配置为输入模式时，它可以接收外部设备发送的信号。
在输入模式下，引脚的电平可以是高电平（1）或者低电平（0），这取决于外部设备发送的信号。
在51单片机中，可以通过P1口和P3口来配置引脚为输入模式。
当一个引脚配置为输入模式时，相应的寄存器会设置为1，表示该引脚为输入状态。
此时，我们可以通过读取相应的寄存器值来获取引脚的电平状态。
四、IO口的输出模式当一个IO口引脚配置为输出模式时，它可以向外部设备发送信号。
在输出模式下，引脚的电平可以是高电平（1）或者低电平（0），这取决于我们设置的值。
在51单片机中，可以通过P0口、P1口、P2口和P3口来配置引脚为输出模式。
当一个引脚配置为输出模式时，相应的寄存器会设置为0，表示该引脚为输出状态。
此时，我们可以通过写入相应的寄存器值来控制引脚的电平状态。
五、IO口的工作原理在51单片机中，IO口的工作原理是通过寄存器的读写操作来实现的。
通过读取或者写入相应的寄存器值，我们可以配置引脚的工作模式和控制引脚的电平状态。
对于输入模式，我们可以通过读取相应的寄存器值来获取引脚的电平状态。
通过读取P1口和P3口的寄存器值，我们可以判断引脚的电平是高电平还是低电平。
对于输出模式，我们可以通过写入相应的寄存器值来控制引脚的电平状态。
通过写入P0口、P1口、P2口和P3口的寄存器值，我们可以将引脚的电平设置为高电平或者低电平。
六、IO口的应用场景51单片机的IO口广泛应用于各种嵌入式系统中，如电子设备、家用电器、工业控制等。
51单片机IO(输入输出)口
采用通用TTL芯片的I/O口 扩展
• 在许多情况下，有些开关量或并行数据需 直接输出或输入。 • 可采用8D锁存器和三态驱动门等进行扩展。 （74LS377、74LS273、74LS244等）
25
74LS377作为输出口
U? 3 4 7 8 13 14 17 18 11 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 C LK E 7 4 LS3 7 7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 2 5 6 9 12 15 16 19
地址：8000H Mov dptr,#8000h Mov a,#00h Movx @dptr,a
U? A 2 C LK 3 1 7 4 LS3 2 V5 RU N U? D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 C LK Vc c 3 4 7 8 13 14 17 18 11 1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 C LK C LR 7 4 LS2 7 3 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 2 5 6 9 12 15 16 19 UP1 UP2 B EW 1 B EW 2 DW 1 DW 2 BJ RU N BJ V6 CS0 DW 2 1 W R DW 1 3
A1 0 0 1 0 0 1 1 x 1 x A0 0 1 0 0 1 0 1 x 1 x RD 0 0 0 1 1 1 1 x 0 1 WR 1 1 1 0 0 0 0 x 1 1 CS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 操作 读端口A 读端口B 读端口C 写端口A 写端口B 写端口C 写控制字寄存器 数据总线为三态 非法状态 数据总线为三态
2
3
• 74LS377作为输出 口，试确定其地址， E接P2.7；CLK接 WR，377的输入端 接8031的数据口， 输出端接8个发光 二极管。 地址：7FFFH Mov dptr,#7fffh Mov a,#00h Movx @dptr,a 27
51单片机IO口工作原理
51单片机IO口工作原理51单片机（英文名为8051 Microcontroller）是一种由Intel公司于1980年推出的8位单片机，广泛应用于嵌入式系统中。
作为一种高性能、低功耗的单片机，其周围有多个IO口（Input/Output ports），可以用来实现数字输入、输出、模拟输入、输出等功能。
下面将详细介绍51单片机IO口的工作原理。
1.51单片机的IO口介绍51单片机共有4个8位的IO口，依次为P0、P1、P2和P3、每个IO 口都是一个8位的寄存器，称为端口寄存器（port register），用于和外部设备进行数据通信。
其中，P0是一个具有双重输入和输出特性的端口，可以配置为输入口或输出口；P1和P3是纯输出端口；P2是输入输出混合端口。
2.IO口的工作模式IO口的工作模式由P0、P1、P2和P3的寄存器位来配置。
每个IO口的寄存器位都有对应的功能和控制位，通过设置这些位可以控制IO口的工作模式和输出状态。
2.1输入模式在输入模式下，IO口作为输入口，接受来自外部器件的信号。
通过将对应的寄存器位设置为1，可以将IO口配置为输入模式。
在输入模式下，端口寄存器的位对应的为悬空状态，可以通过主动上拉或下拉方法来确保IO口的状态。
2.2输出模式在输出模式下，IO口作为输出口，通过控制寄存器位的值可以输出高电平或低电平信号。
将对应的寄存器位设置为0，可以将IO口配置为输出模式。
在输出模式下，直接修改端口寄存器的位即可改变IO口的输出状态。
对于纯输出端口，即P1和P3，更方便地改变IO口的状态可以通过直接操作对应的位。
2.3产生中断IO口还可以通过设置为中断产生源的方式来实现中断功能。
在输入模式下，将对应的寄存器位设置为1，即可配置IO口为中断输入。
当IO口检测到中断触发条件（例如边沿触发、电平触发等），会触发相应的中断服务程序（ISR）。
3.IO口的读取和写入操作为了读取和写入IO口的状态，可以直接访问相应的寄存器。
MCS-51单片机IO口详解
单片机IO口结构及上拉电阻MCS-51有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线。
一、P0口和P2口图1和图2为P0口和P2口其中一位的电路图。
由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器（D触发器）和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动（T1和T2）和控制电路。
这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能象P1、P3直接用作输出口。
它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。
图1 单片机P0口内部一位结构图图2 单片机P0口内部一位结构图P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。
外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2^16=64k，所以MCS-51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。
二、P1口图3为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至"1"，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。
图3 单片机P2口内部一位结构图作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。
需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况:1.首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。
2.读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。
51单片机io口工作的基本原理
51单片机io口工作的基本原理51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统开发的微控制器，其基本原理是通过控制输入/输出（I/O）口的电平状态来实现与外部设备的连接与交互。
单片机的I/O口被称为通用I/O口（General Purpose I/O，GPIO），可以通过设置其输入与输出模式以及控制电平状态来与外部设备进行数据的传输与控制。
在51单片机中，GPIO口可以进行两种模式的设置：输入模式和输出模式。
在输入模式下，GPIO口可以将外部设备的电平状态作为输入信号接收，并将该信号传送至单片机内部进行处理。
在输出模式下，单片机可以通过控制GPIO口的电平状态向外部设备发送数据或控制信号。
当GPIO口设置为输入模式时，单片机内部会初始化一个输入缓冲区，用于存储外部设备传入的电平信号。
当外部设备改变电平状态时，单片机会及时检测到，并将相应的电平状态记录在输入缓冲区中。
通过读取输入缓冲区的数值，单片机可以获取外部设备传入的数据。
这样，单片机就能够实现与外部设备的数据交互。
当GPIO口设置为输出模式时，单片机内部会初始化一个输出缓冲区，用于存储将要发送至外部设备的数据。
根据所需的传输方式，单片机可以通过改变输出缓冲区的数值来控制GPIO口的电平状态。
当输出缓冲区的数值发生改变时，单片机会通过输出电路将该数值转换为相应的电平状态，从而将数据或控制信号送至外部设备。
除了设置输入/输出模式以及控制电平状态之外，单片机还可以对GPIO口进行中断配置以及上下拉电阻的设置。
中断配置可以实现在特定事件发生时自动跳转至相应的中断服务函数，从而实现对外部设备的实时响应。
上下拉电阻则可以提供电平稳定性，防止输入口因为无输入信号而漂移到不确定状态。
综上所述，51单片机的I/O口工作基于设置输入/输出模式以及控制电平状态，通过与外部设备进行电平交互来实现数据的传输与控制。
通过合理配置中断和上下拉电阻，单片机可以实现高效稳定的IO口工作，为嵌入式系统开发提供强大的功能与灵活性。
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存器可实现对全部内部资源的运行操作。
软件读/写 CPU内核 硬件映射 外围应用模块 （功能部件）
SFR（21）
用户编程
自动对应
外 界
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1、51单片机片内资源概述
与MCS-51单片机相关的21个SFR：
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4、典型应用电路
输出引脚的2种不同的连接方式：
P2. 0 P2. 0
拉电流方式
灌电流方式
注意：在实际使用时，应尽量采用灌电流方式，而不要采
用拉电流方式，这样可以提高系统的负载能力和可靠性。
P1口
（P1端口）
（P0端口）
P0口
（P3端口） （P2端口）
P3口
P2口
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2、数字I/O口 概述
P0端口(B0H)
P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 B7H B6H B5H B4H B3H B2H B1H B0H
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4、典型应用电路
输入引脚有2种不同的连接方式
上拉默认高电平
下拉默认低电平
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2、数字I/O口 概述
AT89S51单片机总共有P0、P1、P2、P3 四个8位并 行双向输入/输出端口。 “引脚”与“端口”这两个概念之间的关系就是一种“个体” 与“整体”的关系。
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4、典型应用电路
小信号输出，大功率控制---采用隔离+三极管控制
S1 VCC VCC
R1 390 U1 P1.0 TLP521-1 R2 1K
D1 1N4007 5V Relay Q1 8050
本讲小结
1、对单片机片内所有的操作都是对寄存器的操作，51单 片机有21个特殊功能寄存器。 2、IO口即数字输入输出端口，51单片机有四组P0、 P1、P2、P3，每组端口有8个引脚。其中P0端口在作为 IO使用时必须外接上拉电阻。 3、对IO的写操作即向外输出高电平或者低电平，如 P1=0x12或P1_0=1； 4、对IO的读操作即读取引脚的电平状态，判断当前引 脚是高电平还是低电平。如temp=P1或pin=P1_0;读引 脚电平状态时必须先写0。
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4、典型应用电路
小信号输出，大功率控制---采用三极管控制
JP1
VCC-3.3 R2 5.1K P1.0 R1 1K
BUZZER Q1 8550
VCC
P0端口(80H)
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 87H 86H 85H 84H 83H 82H 81H 80H
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1、与CPU相关的（6个）（√） ACC、B、DPH、DPL、SP、PSW 2、并行I/O口 相关SFR寄存器：P0、P1、P2、P3 3、中断系统 相关SFR寄存器：TCON、IE、IP、SCON 4、定时器/计数器 相关SFR寄存器：TMOD、TH1、TL1、TH0、TL0、TCON、IE、IP 5、串行通信 相关SFR寄存器：SCON、PCON、SBUF、IE、IP、 TMOD、TH1、TL1
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1、51单片机片内资源概述
0FFH 特殊功能 寄存器 0FFH 52子系列 才有的 RAM区 80H
数据缓冲 区
（普通RAM区）
SFR
80H 7FH 30H 2FH 20H 1FH 00H
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2、数字I/O口 概述
I/O接口，即输入/输出接口，是微控制器（MCU）同 外界进行交互的重要通道。 输入端口：负责从外界接收检测信号、键盘信号等各种 开关信号。 输出端口：负责向外界输送内部电路产生的处理结果、 显示信息、控制命令、驱动信号等。 由于AT89S51属于8位单片机，因此每个端口都由数量 不超过8条的端口引脚（或称口线）构成。
1、51单片机片内资源概述
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1、51单片机片内资源概述
标准的80C51单片机的内部资源有：并行
I/O口、中断系统、定时器/计数器和串行口。 80C51单片机片内RAM 的80H～FFH空间有21个 特殊功能寄存器（SFR），通过这些特殊功能寄
P0端口(A0H)
P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A7H A6H A5H A4H A3H A2H A1H A0H
P0端口(90H)
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 97H 96H 95H 94H 93H 92H 91H 90H
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3、IO口内部结构及工作原理
使用C语言对P0口进行读写操作
写操作：表现为CPU向I/O口输出数据 P0_X= 0; //向1个引脚对应的锁存器写数据 P0= 0X55; //同时向8个引脚对应的锁存器写数据 读操作：表现为CPU读取I/O口输入数据 Temp=P0_X; //读一个引脚的引脚输入数据 temp = P0 ; //同时读8个引脚输入的数据
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3、IO口内部结构及工作原理
特别注意：1、P0作为IO口使用时需外接上拉电阻！ 2、读引脚时必须先写1以关闭输出场效应管。 单片机学习寄语——实践出真知！
3、IO口内部结构及工作原理
（1） P0口（P0.0~P0.7，39脚~32脚）
地址/数据端口，作为IO口功能时为数据端口 地址/数据 控制(=0时) 1/0
1
读锁存器
vcc
VT1
内部总线 写锁存器 读引脚
D CL
Q Q MUX (控制=0时)
VT2
P0.x
引脚
锁存器
P0.x口的内部逻辑电路图
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位地址区
工作寄存器区
片内RAM(256Byte)
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1、51单片机片内资源概述 本讲内容定位---I/O口
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3、IO口内部结构及工作原理
使用C语言对IO口进行读写操作
写操作：表现为CPU向I/O口输出数据 P0_X= 0; //向1个引脚对应的锁存器写数据 P0= 0X55; //同时向8个引脚对应的锁存器写数据 P1_X= 0; //向1个引脚对应的锁存器写数据 P1= 0X55; //同时向8个引脚对应的锁存器写数据 P2_X= 0; //向1个引脚对应的锁存器写数据 P2= 0X55; //同时向8个引脚对应的锁存器写数据 P3_X= 0; //向1个引脚对应的锁存器写数据 P3= 0X55; //同时向8个引脚对应的锁存器写数据 读操作：表现为CPU读取I/O口输入数据 Temp=P0_X; //读一个引脚的引脚输入数据 temp = P0 ; //同时读8个引脚输入的数据 Temp=P1_X; //读一个引脚的引脚输入数据 temp = P1 ; //同时读8个引脚输入的数据 Temp=P2_X; //读一个引脚的引脚输入数据 temp = P2 ; //同时读8个引脚输入的数据 Temp=P3_X; //读一个引脚的引脚输入数据 temp = P3 ; //同时读8个引脚输入的数据
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第3讲 输入输出端口(IO口)
1、51单片机片内资源概述 2、数字IO概述 3、IO口内部结构及工作原理 4、典型应用电路
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