《单片机原理及应用》4.docx

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1、第四章：花样流水灯的设计知识点思维导图+思政线功能由结构决定：抓住事物的本质并行接口单片机原理及应用课程教案第四章：花样流水灯的设计时间：场地：项目目的：1、了解单片机的端口；2、掌握数据-地址总线扩展方法；3、掌握单片机的端口应用。思政目标：通过比较单片机4个并口结构上的细微差异导致应用上设计的不同，引申学生思考科学来不得半点马虎，要有勇于探索的精神。重点难点：1、单片机的端口；2、数据-地址总线扩展方法。实训设备：天煌单片机实训台，KEIC软件系统项目内容与步骤（教学时数：6学时）4.1数据地址端口P0和P251单片机的PO和P2是数据地址端口,可以组合起来构成16位地址总线和8位数据总线

2、。Po端口支持位寻址操作，下左图所示是Po的位内部结构图，包括了一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器、以及输出的驱动和控制电路。输出驱动电路由两个场效应管构成，它的工作状态受到由一个与门、一个反向器以及一个模拟开关构成的输出控制电路控制。51单片机的P2口可以用作通用I/O口或者是地址总线，其一位的内部结构如下右图所示。备注：课程思政元素：专业精神融入时机：在介绍单片机4个并行结构上的细微差异导致应用上的不同设计时，引导学生思考科学来不得半点马虎，要有勇于探索的读引脚读铁存器内部总统写领存器PO-X5IW专业精神。融入方式和手段：操作演示：示，改变单片机地址控制信号C读引脚P2X5I1的并口驱动

3、，如何改变电路设计才能实现相关的设计要求。4.2普通I/O端口P151单片机的PI口仅能作为普通通用I/O口使用，在其输出端接有内部上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻，同PO口一样，当作为输入口时，必须先向锁存器写“1”，使场效应管T截止。和PO口的内部结构比起来，P1中仅仅是少了多路开关，并且有一个场效应管被改为了上拉电阻，其位结构如下图所示。读锁存器内部总线写锁存器.P1X引脚本章学习的哲学思维：硬件结构的学习要抓主要矛盾；电路设计要注意软、硬件的辩证关系。4.3复用端口P351单片机的P3引脚可以用作普通的I/O引脚，但是在实际应用系统中更多是用于第二功能引脚，其位结构如下图所示

4、，工作原理与PI相同。在课堂上进行演4.5应用案例4.1-流水灯的实现4.5.151单片机通过并行端口输出电平51单片机通过并行端口输出电平的方法非常简单，将需要输出的数据直接写到对应的端口寄存器即可，如例4.1所示是分别在P0P4端口输出0x01.0x02.OxFF和0x00的C51语言代码。【例4.1】并行端口输出电平。51单片机的并行1/0端口都支持位寻址，所以此时也可以按位对其中的某一位进行操作，在“AT89X52.h”头文件中对这些位进行了定义，当引用了该文件之后则可以直接对这些位进行写操作，这些位的引用方式均为“端口寄存器名位编码”，如PO端口的第0位(最低位)对应“P00”，P3

5、端口的第7位(最高位）对应“P3_7”，需要注意的是，此时输出的是一个位数据“0”或者“1”，如例4.2所示。【例4.2并行端口按位输出电平。由于51单片机的I/O引脚支持位操作，其自然也支持第3章的3.1.5小节中介绍的位操作指令，其中最常用的是位取反操作“”和移位操作“”和“”，前者常常用于将对应引脚上的电平翻转，其使用方法如例4.3所示；后者通常用于将端口上的电平移位。【例4.3并行端口的按位操作。在实际应用中常常会对51单片机的某些引脚按位进行命名以方便引用，此时通常会使用“八”和“sbit”关键字（参考第3章的3.1.3小节），例4.4是一个将P1O引脚预定义为“1ED”然后对其进行

6、操作的实例。【例4.4并行端口的位定义操作。除了使用“sbit”和对51单片机的I/O引脚的某位进行定义之外，还可以使用“define”关键字进行预定义操作，例4.5是例4.4的另外一种实现方法。【例4.5并行端口的位定义操作。4.5.2发光二极管（1ED）基础1ED（发光二极管）是51单片机系统中最常见的一种指示型外部设备，是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。其主要结构是一个PN结，具有单向导电性，常常用于指示某个开关量的状态，图4.8所示是最常用的双脚直插型的发光二极管实物示意，除了这种类型之外其还有不同大小和不用引脚的封装（如贴片类型）。发光二极管1ED和普通二极管一样，具有单向

7、导电性，当加在发光二极管两端的电压超过了它的导通电压（一般为1719V）时就会导通，当流过它的电流超过一定电流时（一般23ms）则会发光，51单片机系统中发光二极管的典型应用电路如下图所示。图中的电阻均为限流电阻，当电阻值较小时候，电流较大，发光二极管亮度较高；当该电阻值较大时，电流较小，发光二极管亮度较低，一般来说该电阻值选择I1OkC,具体电阻的选择和该型号单片机的I/O口驱动能力、1ED的型号以及系统的功耗有关。4.5.3流水灯的硬件电路下图所示是流水灯应用系统的电路图，8个1ED使用灌电流的驱动方式连接在51单片机的P1端口上，表4.3所示是应用系统使用的典型器件说明。4.5.4流水灯

8、的应用代码流水灯应用系统的C51语言应用代码，其使用了两个嵌套的for循环语句来进行软件延时，当延时完成之后使用“”移位语句将当前输出高电平的P1端口引脚向高位移动一位，由于语句不带进位功能（即到达最高位之后不会自动循环到最低位），所以需要使用一个判断语句来将点亮端口位移动到最低位。【例4.6】流水灯的C51语言代码。（代码请详见教材）【例4.7用内部函数实现的流水灯（代码请详见教材）例4.7是使用CrO1函数实现流水效果的C51语言代码，其使用一Cro1函数对OxO1进行依次移位，然后将这个值从P1端口输出，此时可以看到P1的8个1ED发光二极管循环点亮，形成流水灯效果。4.6应用案例4.2

9、-按键指示灯的实现4.6.151单片机通过并行端口读入电平51单片机通过并行端口读入电平的方法很简单，首先向对应的端口写入一个面电平，然后读取该端口寄存器的值即可，如例4.8,分别是读取POP1端口的C51语言代码。【例4.8】51单片机的并行端口数据读取。（代码请详见教材）和控制51单片机某位输出电平电压类似,51单片机的I/O端口同样可以读取某一位的值，如例4.9所示。【例4.9】51单片机的并行端口位数据读取。（代码请详见教材）4.6.2独立按键基础在51单片机的实际应用中，常常需要用户输入一些参数，例如，启动设备、选择设备的运行速度等，此时可以使用独立按键。独立按键的工作基本原理是被按

10、下时候按键接通两个点，放开时则断开这两个点。按照结构可以把按键分为两类：触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；无触点开关按键，如电气式按键、磁感应按键等。前者造价低手感好，后者寿命长，在51单片机应用系统中最常用的是触点式开关按键。独立按键在51单片机系统中的典型应用结构是将按键的一个点连接到高电平（逻辑“1”）上，另外一个点连接到低电平（逻辑“0”）上，然后把其中一个点连接到51单片机的I/O引脚上，此时当按键释放和被按下的时候单片机引脚上的电平将发生变化。电平变化有一个抖动过程，这是由按键的机械特性所决定的，抖动时间一般为IomS左右，可能有多次抖动。如果51单片机不对按键抖动做

11、任何处理而直接读取，由于单片机在抖动时间内可能进行了多次读取，则会把每一次抖动都看做一次按键事件而产生错误，所以在对按键事件进行处理的时候必须在硬件上使用消抖电路或者软件上使用消抖函数。消抖电路一般使用一个电容或者低通滤波器，依靠其积分原理来消除这个抖动信号，消抖函数则采用读取后延时后再次读取的方法两次做比较看读取的值是否相同的方法，虽然浪费了一段时间，但是由于相对整体来说非常短，所以不会对整体系统造成大的影响。51单片机使用I/O扩展按键的典型应用电路图，请见下图。4.6.3 按键指示灯的硬件电路下图是按键指示灯应用系统的电路图，8个按键一端连接在单片机的PI引脚上，另一端连接在GND上，当

12、按键没有被按下时，P1端口通过上拉电阻连接到VCC,为高电平；当按键被按下时，PI被连接到GND,为低电平。4.6.44.6.5 按键指示灯的应用代码按键指示灯的C51语言应用代码如例4.10所示，P1上读入的数据则为对应的按键编码，如果对应位为“0”，则表明有键被按下，延时IOms后再次读取，以消除抖动，如果两次读取的状态相同，则证明不是抖动，将P1状态从PO口输出，否则清除。【例4.10按键指示灯的应用代码。4.7本章总结本章介绍了51单片机的并行I/O端口的使用方法，读者应该熟练掌握如下内容。 51单片机的并行I/O端口的组成。 如何使用51单片机的并行I/O端口输出一个固定电平以及如何从51单片机的并行I/O端口读取一个外部电平状态。 如何在51单片机应用系统中使用发光二极管和独立按键。