单片机输入输出接口
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P1.0 P1.1 P1.2 P1.3
1K×4
P1.4 P1.5
P1.6 P1.7 EA
330×4 +5V
例3.用P1.0输出1KHz的音频信号驱动扬 声器，作报警信号，P1.7接一开关进行控制， 当开关合上响报警信号，当开关断开告警信号 停止，编出程序。
5.3 I/O口设计LED数码显示器和键盘 LED显示器结构与原理 LED显示器是由发光二极管显示字段的显 示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 七段LED，这种显示器有共阴极与共阳极两 种。
LED灯的判别
例如图5.5是接有五个共阴极数码管的动态 显示接口电路，用74LS373接成直通的方式作 驱动 电路，阴极用非门74LS04反相门驱动， 字形选择由P1口提供，位选择由P3口控制。
当P3.0～P3.4轮流输出1时，五个数码管 轮流显示。P1.7接开关，当开关打向位置“1” 时， 显示“12345”字样，当开关打向“2”时， 显示“HELLO”字样，程序清单如下：
P3口
P3.X
图1－7 P3口的位结构
P3口是一个双功能I/O口 若不设定自动处于第一功能 1. 普通I/O口 作普通I/O口时，选择输出功能端为高电平，场 效应管受输出锁存器的控制，是一个准双向I/O口。 2. 第二功能口 P3口的每一位都具有第二功能。
P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
图1-12 8031，8051，8751芯片管脚图
MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口， 记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有 8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及 数据输出驱动等电路。 四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以 按位操作。当系统没有扩展外部器件时，I/O 端口用作双向输入输出口；当系统作外部扩展 时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、 P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器 件配合使用。
用C语言完成上述功能编程 #include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P17=P1^7; main( ) ｛ uchar code tab1［5］= ｛0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed｝; /*“1～5”的字 形码， 因P1.7接的开关，最高位送“1”*/ uchar code tab2［5］=｛0xf8,0xf9,0xb8,0xb8,0xbf｝; /*“HELLO”的段码， 最高位送 “1”*/
2.
地址/数据复用总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能 扩展时，P0口要用作系统总线。在P0口上分时输 出目标地址的低8位和要交换的字节数据。 用作地址/数据复用总线时，多路开关的控制 信号为1，输出与上方的地址/数据线反向器的输出 相连，由于控制信号为1，上面的场效应管受地址/ 数据信号控制，与下面的场效应管成为推挽输出 形态。外部不再需要上拉电阻，P0口为真正的双 向I/O口。 操作过程：假如要读外部程序存储器中 0x1245单元的指令，首先从P0口输出45H，P2口 输出12H，控制器输出ALE地址锁存信号，再发出 指令输出允许信号PSEN，外部程序存储器 0x1245单元的内容出现在总线上，由CPU读入程 序指令寄存器，译码执行。
RD
WR
T1
T0
INT1 INT0
TxD
RxD
归纳四个并行口使用的注意事项如下： 1。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。 2。四个口在作输入口使用时，均应先对其写 “1”，以避免误读。 3。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。 4。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。 5。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。
单片机原理与应用
5.1 P0－P3端口功能与内部结构
输入输出接口的作用 数据缓冲功能 信号转换功能 接受和执行CPU命令的功能
51单片机具有的输入输出接口: P0、P1、P2、P3 4个8位双向I/O口
P0.0～P0.7 Vcc Vss
P2.0～P2.7
P0驱动器
P2驱动器
RAM 地址 寄存器
RAM
七段显示器与单片机接口：只要将一个8位并行输 出口与显示器的发光二极管引脚相连即可。8位并行输 出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符， 如下表所示。通常将控制发光二极管的8位字节数据称 为段选码。
显示字符 共阴段选码 共阳段选码 显示字符 共阴段选码 共阳段选码
0 1 2 3 4 5 6 7
P3驱动器 P3.0～P3.7
图1－1 MCS－51总体结构框图
8051单片机的引脚
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET P3.0/RxD P3.1/TxD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1 GND
5.1.1 端口功能
P0口：地址（低8位）/数据时分复用口 普通I/O口
P1口：普通I/O口
P2口：地址（高8位） 普通I/O口
1. 2.
P3口是一个双功能I/O口 普通I/O口 第二功能口 P3口的每一位都具有第二功能。
P3.6 WR P3.5 T1 P3.4 T0 P3.3 P3.2 P3.1 TxD P3.0 RxD
P3.7 RD
INT1 INT0
P3口的第二功能大多与其内部功能部件有关， RD、WR是外部数据存储器的写、读控制信号。
8XX51单片机扩展程序存储器2732的电路图见图
P0口
图1－5 P0口的位结构
P0口有两种用途： 1. 普通I/O端口 当单片机系统没有扩展外部芯片时，P0口 用作双向输入输出端口。这时图中多路开关的 控制信号为低电平，输出与锁存器的反向输出 端相连，同时上面的场效应管由于与门输出为 低电平而截止。 ① 作输出时：输出0时，将0输出到内部总线 上，在写锁存器信号控制下写入锁存器，锁存 器的反向输出端输出1，下面的场效应管导通， 输出引脚成低电平。输出1时，下面的场效应管 截止，上面的场效应管也是截止状态，输出引 脚成高阻态，不是希望的1状态，这时，必须外 加上拉电阻
uchar i; uint j; while(1) ｛ P3=0x01; for(i=0;i<5;i++) ｛ if(P17==1)P1=tab1［i］; else P1=tab2［i］; P3<<=1; for(j=0;j<=25000;j++); ｝｝｝ 课本习题5.8
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
I/O (2)
图 八位LED动态显示器电路
由于所有位的段选码皆由一个I／O控制，因此， 在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字符。要想 每位显示不同的字符，必须采用动态扫描显示方式。 即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间， 位选控制I／O口在该显示位送入选通电平（共阴极 送低电平、共阳极送高电平）以保证该位显示相应 字符，段选控制I／O口输出相应字符段选码。如此 轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一 段时间，以造成视觉暂留效果。 不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获 得视觉稳定的显示状态。由人眼的视觉特性，每一 位LED在一秒钟内点亮不少于30次，其效果和一直 点亮相差不多。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
I／O 口段选控制
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
· · ·
I／O 口位选控制
图 N位LED显示器
N位LED显示器有N根位选线和8×N根段选线。根据显示方式 不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位 选线控制显示位的亮、灭。
GND/+5V
GND/+5V
GND/+5V
图
四位静态LED显示器电路
(2) LED动态显示方式
将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位I／O口控制， 而位选线分别由相应的I／O口线控制。 如：8位LED动态显 示电路只需要两个八位I／O口。其中一个控制段选码，另一 个控制位选。
I/O (1)
D7
P1口
图1－8
P1口的位结构
P2口
图1－6
P2口的位结构
P2口也有两种使用方式 1. 做普通I/O口 这时，控制信号将驱动场效应管的反向器的输 入与P2口输出锁存器的Q端相连。当作输出时与 P0口类似，但P2口内部有上拉电阻，不需外接。 当输入使用时，输出锁存器也必须写1。所以，P2 口也是一个准双向I/O口。 2. 作地址总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能 扩展时，P2口要用作地址总线，输出目标地址的 高8位。这时控制信号将驱动场效应管的反向器的 输入与地址线相连。 P2口没有复用要求，所以外部不需地址锁存器。 应当注意：当P2口的几位作地址线使用时，剩下的P2 口线不能作I /O口线使用。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。 (1) LED静态显示方式 各位LED的位选线连在一起接地或接+5V； 每位LED的段选线（a－dp）各与一个八位并行口相连。 在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。
I／O (1) I／O (2) I／O (3) I／O (4)
GND/+5V
GND/+5V
Fra Baidu bibliotek
5.2 编程举例
例5.1 例5.2 ＃include“reg51.h” main( ) { P1=0xff； while(1) { P1=P1<<4； P1＝P1|0x0f；} }
LED正偏时才能发亮，按电路接法，当P1.0
输出“1”，LED正偏而发亮，当P1.0 输出“0” ， LED 的两端电压为 0 而熄灭。
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H
8 9 A B C D E F
7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H
80H 90H 88H 83H C6H A1H 86H 8EH
LED显示器与显示方式
。
g f
a b
10 9 8 7 6
a f g e d
1
b c
dp
2 3 4 5
e d
c dp
(a) 共阴极
(b) 共阳极 图 LED显示器
(c) 管脚配置
（a）共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二极 管的阳极为高电平时，该发光二极管则点亮； （b）共阳极LED显示器的发光二极管阳极并接。
+5V 10uF
Vcc -EA
RST
LED P1.0
+5V 89C51 89S51 1K
1K 30P
XTAL1
P1.1
K
30P
XTAL2 GND
例5-2.在图5.3中P1.4～P1.7接四个发光二 极管LED,P1.0～P1.3接四个开关，编程将开关 的状态反映到发光二极管上。
+5V
89C51/89S51
P0锁存器
P2锁存器
EPROM ROM
ACC 寄存器B 暂存2 ALU PSEN ALE 定时 及 控制 指 令 寄 存 器
SP
程序地址 寄存器
暂存1
中断、串行口及定时 器模块
缓冲器
PC加1 PC DPTR
PSW
EA
RST
振荡器
P1锁存器
P3锁存器
P1驱动器 XTAL1 XTAL2 P1.0～P1.7
② 作输入时：P0端口引脚信号通过一个输入 三态缓冲器接入内部总线，再读引脚信号控制 下，引脚电平出现在内部总线上。为了能读到 真实的引脚信号，下面的场效应管必须截止， 即锁存器的内容必须是1。为了能正确读取引 脚信号，锁存器必须先写1，因而P0口是一个 准双向口。(读引脚) 在图的左上方有一个三态缓冲器，是为 了读取锁存器内容而设。如指令: P0 = P0 | 0XF0；将P0口的输出状态与 0XF0按位或后再输出到P0口，这里读的数据 是P0口锁存器的内容，运算结果又写入到P0 口锁存器。(读锁存器)
1K×4
P1.4 P1.5
P1.6 P1.7 EA
330×4 +5V
例3.用P1.0输出1KHz的音频信号驱动扬 声器，作报警信号，P1.7接一开关进行控制， 当开关合上响报警信号，当开关断开告警信号 停止，编出程序。
5.3 I/O口设计LED数码显示器和键盘 LED显示器结构与原理 LED显示器是由发光二极管显示字段的显 示器件。在单片机应用系统中通常使用的是 七段LED，这种显示器有共阴极与共阳极两 种。
LED灯的判别
例如图5.5是接有五个共阴极数码管的动态 显示接口电路，用74LS373接成直通的方式作 驱动 电路，阴极用非门74LS04反相门驱动， 字形选择由P1口提供，位选择由P3口控制。
当P3.0～P3.4轮流输出1时，五个数码管 轮流显示。P1.7接开关，当开关打向位置“1” 时， 显示“12345”字样，当开关打向“2”时， 显示“HELLO”字样，程序清单如下：
P3口
P3.X
图1－7 P3口的位结构
P3口是一个双功能I/O口 若不设定自动处于第一功能 1. 普通I/O口 作普通I/O口时，选择输出功能端为高电平，场 效应管受输出锁存器的控制，是一个准双向I/O口。 2. 第二功能口 P3口的每一位都具有第二功能。
P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0
图1-12 8031，8051，8751芯片管脚图
MCS-51系列单片机有四组8位并行I/O口， 记作P0、P1、P2和P3。每组I/O口内部都有 8位数据输入缓冲器、8位数据输出锁存器及 数据输出驱动等电路。 四组并行I/O端口即可以按字节操作，又可以 按位操作。当系统没有扩展外部器件时，I/O 端口用作双向输入输出口；当系统作外部扩展 时，使用P0、P2口作系统地址和数据总线、 P3口有第二功能，与MCS-51的内部功能器 件配合使用。
用C语言完成上述功能编程 #include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P17=P1^7; main( ) ｛ uchar code tab1［5］= ｛0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed｝; /*“1～5”的字 形码， 因P1.7接的开关，最高位送“1”*/ uchar code tab2［5］=｛0xf8,0xf9,0xb8,0xb8,0xbf｝; /*“HELLO”的段码， 最高位送 “1”*/
2.
地址/数据复用总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能 扩展时，P0口要用作系统总线。在P0口上分时输 出目标地址的低8位和要交换的字节数据。 用作地址/数据复用总线时，多路开关的控制 信号为1，输出与上方的地址/数据线反向器的输出 相连，由于控制信号为1，上面的场效应管受地址/ 数据信号控制，与下面的场效应管成为推挽输出 形态。外部不再需要上拉电阻，P0口为真正的双 向I/O口。 操作过程：假如要读外部程序存储器中 0x1245单元的指令，首先从P0口输出45H，P2口 输出12H，控制器输出ALE地址锁存信号，再发出 指令输出允许信号PSEN，外部程序存储器 0x1245单元的内容出现在总线上，由CPU读入程 序指令寄存器，译码执行。
RD
WR
T1
T0
INT1 INT0
TxD
RxD
归纳四个并行口使用的注意事项如下： 1。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。 2。四个口在作输入口使用时，均应先对其写 “1”，以避免误读。 3。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。 4。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。 5。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。
单片机原理与应用
5.1 P0－P3端口功能与内部结构
输入输出接口的作用 数据缓冲功能 信号转换功能 接受和执行CPU命令的功能
51单片机具有的输入输出接口: P0、P1、P2、P3 4个8位双向I/O口
P0.0～P0.7 Vcc Vss
P2.0～P2.7
P0驱动器
P2驱动器
RAM 地址 寄存器
RAM
七段显示器与单片机接口：只要将一个8位并行输 出口与显示器的发光二极管引脚相连即可。8位并行输 出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符， 如下表所示。通常将控制发光二极管的8位字节数据称 为段选码。
显示字符 共阴段选码 共阳段选码 显示字符 共阴段选码 共阳段选码
0 1 2 3 4 5 6 7
P3驱动器 P3.0～P3.7
图1－1 MCS－51总体结构框图
8051单片机的引脚
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RESET P3.0/RxD P3.1/TxD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1 GND
5.1.1 端口功能
P0口：地址（低8位）/数据时分复用口 普通I/O口
P1口：普通I/O口
P2口：地址（高8位） 普通I/O口
1. 2.
P3口是一个双功能I/O口 普通I/O口 第二功能口 P3口的每一位都具有第二功能。
P3.6 WR P3.5 T1 P3.4 T0 P3.3 P3.2 P3.1 TxD P3.0 RxD
P3.7 RD
INT1 INT0
P3口的第二功能大多与其内部功能部件有关， RD、WR是外部数据存储器的写、读控制信号。
8XX51单片机扩展程序存储器2732的电路图见图
P0口
图1－5 P0口的位结构
P0口有两种用途： 1. 普通I/O端口 当单片机系统没有扩展外部芯片时，P0口 用作双向输入输出端口。这时图中多路开关的 控制信号为低电平，输出与锁存器的反向输出 端相连，同时上面的场效应管由于与门输出为 低电平而截止。 ① 作输出时：输出0时，将0输出到内部总线 上，在写锁存器信号控制下写入锁存器，锁存 器的反向输出端输出1，下面的场效应管导通， 输出引脚成低电平。输出1时，下面的场效应管 截止，上面的场效应管也是截止状态，输出引 脚成高阻态，不是希望的1状态，这时，必须外 加上拉电阻
uchar i; uint j; while(1) ｛ P3=0x01; for(i=0;i<5;i++) ｛ if(P17==1)P1=tab1［i］; else P1=tab2［i］; P3<<=1; for(j=0;j<=25000;j++); ｝｝｝ 课本习题5.8
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
I/O (2)
图 八位LED动态显示器电路
由于所有位的段选码皆由一个I／O控制，因此， 在每个瞬间，8位LED只可能显示相同的字符。要想 每位显示不同的字符，必须采用动态扫描显示方式。 即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间， 位选控制I／O口在该显示位送入选通电平（共阴极 送低电平、共阳极送高电平）以保证该位显示相应 字符，段选控制I／O口输出相应字符段选码。如此 轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一 段时间，以造成视觉暂留效果。 不断循环送出相应的段选码、位选码，就可以获 得视觉稳定的显示状态。由人眼的视觉特性，每一 位LED在一秒钟内点亮不少于30次，其效果和一直 点亮相差不多。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
I／O 口段选控制
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
a b c d e f g dp
· · ·
I／O 口位选控制
图 N位LED显示器
N位LED显示器有N根位选线和8×N根段选线。根据显示方式 不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位 选线控制显示位的亮、灭。
GND/+5V
GND/+5V
GND/+5V
图
四位静态LED显示器电路
(2) LED动态显示方式
将所有LED的段选线并联在一起，由一个八位I／O口控制， 而位选线分别由相应的I／O口线控制。 如：8位LED动态显 示电路只需要两个八位I／O口。其中一个控制段选码，另一 个控制位选。
I/O (1)
D7
P1口
图1－8
P1口的位结构
P2口
图1－6
P2口的位结构
P2口也有两种使用方式 1. 做普通I/O口 这时，控制信号将驱动场效应管的反向器的输 入与P2口输出锁存器的Q端相连。当作输出时与 P0口类似，但P2口内部有上拉电阻，不需外接。 当输入使用时，输出锁存器也必须写1。所以，P2 口也是一个准双向I/O口。 2. 作地址总线 当单片机系统进行存储器、I/O口或其它功能 扩展时，P2口要用作地址总线，输出目标地址的 高8位。这时控制信号将驱动场效应管的反向器的 输入与地址线相连。 P2口没有复用要求，所以外部不需地址锁存器。 应当注意：当P2口的几位作地址线使用时，剩下的P2 口线不能作I /O口线使用。
LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。 (1) LED静态显示方式 各位LED的位选线连在一起接地或接+5V； 每位LED的段选线（a－dp）各与一个八位并行口相连。 在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。
I／O (1) I／O (2) I／O (3) I／O (4)
GND/+5V
GND/+5V
Fra Baidu bibliotek
5.2 编程举例
例5.1 例5.2 ＃include“reg51.h” main( ) { P1=0xff； while(1) { P1=P1<<4； P1＝P1|0x0f；} }
LED正偏时才能发亮，按电路接法，当P1.0
输出“1”，LED正偏而发亮，当P1.0 输出“0” ， LED 的两端电压为 0 而熄灭。
3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H
C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H
8 9 A B C D E F
7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H
80H 90H 88H 83H C6H A1H 86H 8EH
LED显示器与显示方式
。
g f
a b
10 9 8 7 6
a f g e d
1
b c
dp
2 3 4 5
e d
c dp
(a) 共阴极
(b) 共阳极 图 LED显示器
(c) 管脚配置
（a）共阴极LED显示器的发光二极管阴极共地，当某个发光二极 管的阳极为高电平时，该发光二极管则点亮； （b）共阳极LED显示器的发光二极管阳极并接。
+5V 10uF
Vcc -EA
RST
LED P1.0
+5V 89C51 89S51 1K
1K 30P
XTAL1
P1.1
K
30P
XTAL2 GND
例5-2.在图5.3中P1.4～P1.7接四个发光二 极管LED,P1.0～P1.3接四个开关，编程将开关 的状态反映到发光二极管上。
+5V
89C51/89S51
P0锁存器
P2锁存器
EPROM ROM
ACC 寄存器B 暂存2 ALU PSEN ALE 定时 及 控制 指 令 寄 存 器
SP
程序地址 寄存器
暂存1
中断、串行口及定时 器模块
缓冲器
PC加1 PC DPTR
PSW
EA
RST
振荡器
P1锁存器
P3锁存器
P1驱动器 XTAL1 XTAL2 P1.0～P1.7
② 作输入时：P0端口引脚信号通过一个输入 三态缓冲器接入内部总线，再读引脚信号控制 下，引脚电平出现在内部总线上。为了能读到 真实的引脚信号，下面的场效应管必须截止， 即锁存器的内容必须是1。为了能正确读取引 脚信号，锁存器必须先写1，因而P0口是一个 准双向口。(读引脚) 在图的左上方有一个三态缓冲器，是为 了读取锁存器内容而设。如指令: P0 = P0 | 0XF0；将P0口的输出状态与 0XF0按位或后再输出到P0口，这里读的数据 是P0口锁存器的内容，运算结果又写入到P0 口锁存器。(读锁存器)