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4 .1 实 训 概 要

第 4 章 MCS-51 输入输出接口. 4 .1 实 训 概 要 任何微型计算机与外部设备进行信息交换均由输入 / 输出接口电路（简称 I/O 接口）完成。 I/O 接口实质上就是计算机与外部设备之间起连接作用的逻辑控制器件，起桥梁和纽带作用。 I/O 接口中包含 I/O 端口。端口是在接口中存放各类信息的一组寄存器。这组寄存器通常分为三类：数据端口、状态端口和控制端口。 MCS-51 单片机有 4 个并行 I/O 端口，单片机通过这些端口与外设进行数据交换。. 实训内容： 闪烁灯控制。 开关状态的显示。 节日彩灯控制。 运算器电路。.

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4 .1 实 训 概 要

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  1. 第4章 MCS-51输入输出接口 4 .1 实 训 概 要 任何微型计算机与外部设备进行信息交换均由输入/输出接口电路（简称I/O接口）完成。I/O接口实质上就是计算机与外部设备之间起连接作用的逻辑控制器件，起桥梁和纽带作用。I/O接口中包含I/O端口。端口是在接口中存放各类信息的一组寄存器。这组寄存器通常分为三类：数据端口、状态端口和控制端口。MCS-51单片机有4个并行I/O端口，单片机通过这些端口与外设进行数据交换。

  2. 实训内容： 闪烁灯控制。 开关状态的显示。 节日彩灯控制。 运算器电路。 预备知识： P0～P3口的功能 P0口 : P0口是双向I/O口，既可以作为通用I/O口使用，又可以分时作为地址/数据总线使用。当单片机系统需要扩展片外数据存储器或程序存储器时， P0 口

  3. 只能作地址/数据线，而不能再作通用I/O口使用。P0口作为地址/数据线使时，无需外接上拉电阻，作通用I/O口时，必须外接上拉电阻。只能作地址/数据线，而不能再作通用I/O口使用。P0口作为地址/数据线使时，无需外接上拉电阻，作通用I/O口时，必须外接上拉电阻。 P1口: P1口是一个准双向I/O口，它只能作为通用I/O口使用。准双向口是指当P1口作为输入口时，需要先向P1口锁存器写入“1”，然后读取P1口的输入信号。由于其内部已接有上拉电阻，使用时无需外接。

  4. P2口: P2口既可以作为通用I/O口使用，也可作为地址线高8位。当作为一个通用I/O口且用于输入操作时，是一个准双向I/O口，不需外接上拉电阻。当系统扩展外部输入存储器时，只能作地址线高8位使用。 P3口 : P3口是一个准双向口。除可作为通用I/O口外，还具有第二功能。这主要包括：可以实现定时/计数控制、中断控制、串行口控制和外部数据存储器的读写控制。

  5. P0～P3口的特点 • 功能不同。MCS-51单片机4个I/O口中，只有P1口具有单一功能，其它口都具有其它功能。 • 带负载能力不同。P0口每个引脚内部接有上拉场效应管，故每个引脚可驱动8个TTL，而P1口～P3口引脚内部只接有上拉电阻，只能驱动3个TTL。 • 复位状态相同。当系统复位后，P0～P3口均输出高电平。

  6. 4．2 实训13 闪烁灯控制 4．2．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: MCS-51单片机I/O口的结构。 I/O端口的使用及编程方法。

  7. 4．2．2 实训要求 设计硬件电路，且编程控制，使接在P1.0引脚上的发光二极管不停地闪亮，亮灭的时间间隔为1秒。 手动开关控制接在P1.0引脚上的发光二极管闪亮。开关接在P1.7脚上。 4．2．3 硬件电路原理图 实训硬件电路如图4-1所示。

  8. 4．2．4 程序设计思路 1．输出发光二极管的控制 若接在P1.0端口的发光二极管为共阴极接法，当P1.0脚输出高电平，即P1.0＝1时，发光二极管被点亮；若发光二极管为共阳极接法，则P1.0脚输出低电平则亮。我们可以使用SETBP1.0指令使P1.0端口输出高电平，使用CLRP1.0指令使P1.0端口输出低电平。发光二极管亮灭的时间可调用延时子程序控制。

  9. 2．延时子程序的设计方法 延时既可以通过软件实现，也可以通过定时/计数器进行定时控制。这里讨论软件延时。简单地说，计算机执行指令需要时间，若能通过循环，多次执行一些指令，将时间累加起来，就可以实现定时。作为单片机的指令的执行的时间是很短，数量为微秒级。因此，我们要求的闪烁时间间隔为1秒，相对于微秒来说，相差太大，可用循环实现。下面具体介绍其原理： 设单片机晶振为6MHz，则1个机器周期为2微秒。各指令的执行时间见表4-1所示。

  10. 内层循环的循环次数为100次，则累加时间为 1000μs=1ms，再循环250次，时间为250ms,第三重循环为4次，累计时间约为1s。 4．2．5 实训程序流程图 自动闪烁灯实训程序流程如图4-2所示。

  11. 开始 P1.0输出“1”点亮LED 延时1S P1.0输出“0”使LED熄灭 延时1S

  12. 4．2．6 实训程序 1．手控灯实训程序 手控灯实训程序见表4-2所示。

  13. 4．2．7 实训步骤 按电路原理图4-1连接电路。 将全部实训程序输入单片机开发系统中，并检查机器码是否正确。 为程序的每条指令加注释，填入实训程序表中。 输入第一个程序首地址1000H，用连续执行命令执行程序，并拨动手动开关，观察发光二极管亮灭变化情况。 输入第二个程序首地址2000H，用连续执行命令执行程序，观察发光二极管亮灭变化情况。

  14. 若通过P1.4脚控制发光二极管的亮灭，如何实现？若通过P1.4脚控制发光二极管的亮灭，如何实现？ 若将延时时间变为0.2秒，如何修改程序？ 若延时时间为半分钟呢？请用手表等计时工具验证时间。 提示： 编程控制发光二极管时，点亮或熄灭发光二极管与二极管的接法有关。 采用软件延时，延时子程序的定时时间不是非常精确，可采用定时/计数器定时。 由P1口直接连接发光二极管，其亮度较低，可增加三极管或74LS04、74LS07等驱动元件或电路，提高亮度，但要加限流电阻。

  15. 4．3 实训14 开关状态的显示 4．3．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: MCS-51单片机I/O口的结构。 I/O端口的使用及程序控制方法。 判位转移指令在I/O接口电路中的应用。

  16. 4．3．2 实训要求 将单片机P1口某些位的状态通过发光二极管显示出来。设单片机的P1.0－P1.3连接四个发光二极管L1～L4，P1.4～P1.7连接四个开关K1～K4。编程将开关的状态反映到发光二极管亮灭上。即：开关闭合，对应的灯点亮，开关断开，对应的灯熄灭。 4．3．3 硬件电路原理图 实训硬件电路原理图如图4-3所示。

  17. 4．3．4 程序设计思路 通过指令将开关状态读入单片机中，并通过每个开关对应的发光二极管显示出来。可以采用判位转移指令JB或JNB来完成；也可以一次读入四路开关状态，用逻辑指令进行相应处理，然后送发光二极管显示。 编程时，要视具体硬件电路的结构而定。本电路发光二极管采用共阳接法。即：P1.0～P1.3为低电平时发光二极管点亮，高电平时熄灭。 4．3．5 实训程序 实训程序见表4-4所示。

  18. 4．3．6 实训器材 单片机开发系统、四个发光二极管、开关、电阻和导线等。 4．3．7 实训步骤 （1）按实训硬件电路图4-3连接电路。注意P1.0～P1.3接到发光二极管L1～L4上。P1.4～P1.7接到开关K1～K4上，顺序不能接错。即：开关K1～K4分别控制发光二极管L1～L4。

  19. （2）仔细阅读并理解程序，画出程序流程图，并为每条指令加注释，填入实训程序表4-4中。（2）仔细阅读并理解程序，画出程序流程图，并为每条指令加注释，填入实训程序表4-4中。 （3）将程序机器码输入单片机中，并检查程序是否正确。 （4）输入程序首地址2000H，用连续执行命令执行程序。然后将开关按照表4-5顺序拨动，观察发光二极管的亮灭变化，填入表4-5中。

  20. 4．3．8 思考与讨论 已知程序见表4-6所示。按要求回答问题： 阅读程序，写出每条指令的注释。 查指令速查表，将程序翻译成机器语言。 使用图4-3硬件电路，将机器语言程序送入单片机执行，观察现象。

  21. 提示： 在实际连接电路时，连接时应连接一部分用万用电表测试一部分，以保证做独立系统时，电路能可靠工作。 做独立单片机系统时，通电后应先用示波器测试晶振是否工作。

  22. 4．4 实训15 节日彩灯控制 4．4．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: I/O端口的使用及自动控制方法。 P1口的编程应用。 4．4．2 实训要求 设计一个节日彩灯电路，要求从两边向中间点亮，依次循环不止，亮灭时间为0.25秒。 4．4．3 硬件电路原理图 实训彩灯电路如图4-4所示。

  23. 4．4．4 程序设计思路 只要根据所设计的硬件电路，给P1口送入不同的二进制数，并延时即可达到控制P1口上发光二极管亮灭的目的。在电路原理图中，发光二极管采用共阴极接法，“1”亮，“0”灭。具体见表4-7所示。

  24. 4．4．5 实训器材 单片机开发系统、八个发光二极管和导线等。 4．4．6 实训步骤 （1）按实训硬件电路图4-4连接电路。发光二极管接成共阴极型，连接到P1口。 （2）仔细阅读并理解程序，画出程序流程图，并为每条指令加注释，填入实训程序表4-8中。

  25. （3）将程序机器码输入单片机中，并检查程序是否正确。（3）将程序机器码输入单片机中，并检查程序是否正确。 （4）输入程序首地址2000H，用连续执行命令执行程序。观察发光二极管的亮灭变化，是否符合要求。 （5）若发光二极管接成共阳极型，试修改程序，并上机实践。 4．4．7 实训程序 节日彩灯实训程序见表4-8所示。

  26. 4．4．8 思考与讨论 （1）若要求彩灯从左到右一个一个循环点亮，试编制控制程序。 （2）若要求彩灯1、3、5、7同时点亮，延时后，2、4、6、8同时点亮，试编制控制程序。 （3）若要求彩灯从左第一个开始闪烁10次后，转移给下一个闪烁10次，循环不止，试编制控制程序。 （4）将各种不同点亮形式连接在一起，并能控制每一种点亮形式的闪烁次数，试编程实现。

  27. 提示： 编写软件延时程序时，必须考虑晶振频率。通常晶振频率为6MHz或12MHz。 编写控制循环次数的点亮形式时，可采用固定次数循环实现。通常使用DJNZ或CJNE指令。 当P1口所接彩灯不足以满足要求时，可考虑使用不可编程接口芯片或可编程接口芯片来扩展接口。

  28. 4．5 实训16 运算器电路 4．5．1 实训目的 通过本节实训,主要学习下面内容: I/O端口的使用及自动控制方法。 P1口的编程应用。

  29. 4．5．2实训要求 借助P1口上连接的发光二极管显示8032内部运算器的运算过程，以便完成两个8位二进制数各种运算，并将参加运算的操作数、运算结果和标志位的状态在发光二极管上以二进数的形式显示出来。 4．5．3 硬件电路原理图 运算器硬件电路如图4-5所示。

  30. 4．5．4 程序设计思路 实现两个8位二进制数运算，例如做加法，可设置四个时间段，间隔30秒。第一个时间段显示被加数，以二进制数形式在发光二极管上显示出来；第二时间段显示加数；第三时间段显示二者之和；最后显示标志寄存器PSW的值。之后，8个发光二极管同时闪动2次后从头开始。 4．5．5 实训器材 单片机开发系统、八个发光二极管和导线等。 4．5．6 实训程序 实训程序见表4-8所示。

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