1、本章要点 1.了解数制及转换，门电路知识 2.了解AT89S51单片机系统结构，组成原理，搭建简单系统。 3. 掌握 AT89S51单片机基本指令系统，编写简单应用程序。,第4章 单片机系统,第4章目录,4.1 单片机基础知识 4.2 单片机基本组成与工作原理 4.3单片机汇编语言及内部RAM操作指令 4.4单片机IO端口与应用实例 4.5单片机指令与汇编语言程序设计,4.4.2、单片机完整应用系统实例,4.4.1、I/O结构与工作原理,目录,第4.4节 单片机I/O接口及应用实例,本节要点 1.掌握I/O口应用方法及操作指令 2.掌握完整汇编程序编写规范，延时程序设计 3.掌握几个常用指令，
2、如跳转，返回，调用子程序指令,3课时,最小硬件系统，使用片内ROM, RAM,封闭系统，对外没有联系。 对外联系可用并行口，串行口。 P0,P1,P2,P3即为4个并行口。,一、P0口 （I/O口，外部RAM数据及外部寻址低8位）,作为I/O使用时：CPU有关指令执行产生的时序信号使这时的“控制”为0，电子开关接通B端，“地址/数据”信号与后面的电路联系被切断，同时使与门输出0，V1截止，使输出级为开漏输出电路。,1、作为输出口 此时输出级是开漏状态，所以要外接上拉电阻。1）输出0“0”在写锁存器信号作用下，输出到Q，Q输出 “1”，使V2导通，在引脚上输出0（低电平）。2）输出1“1”在写锁
3、存器信号作用下，输出到Q，Q输出 “0”，使V2截至，在引脚上输出1（高电平）。 2、作为输入口 作为输入口使用时，V2必须截至，外信号才能加到引脚上。当向锁存器写入“1”时，V2截止，在做输入操作之前先向锁存器写入“1”,引脚上的信号在“读引脚”信号作用下读入单片机内部。 3、读修改写 “读修改写”操作是对I/O的逻辑运算操作，该类指令操作时，CPU时序使“读锁存器”信号有效，将锁存器的状态读入单片机内部，与指令中的操作数进行逻辑运算，再将运算结果写入锁存器，在引脚上输出。P0口的负载能力：8个LSTTL门电路。,二、P1口 （单功能IO口）,作为I/O使用时：和P0口有类似的功能。 与P0
4、口的区别：1、P1口内部有上拉电阻，在作为输出口使用时不需接上拉电阻。2、P1口的驱动能力是4个LSTTL门电路。,三、P2口（I/O，外部地址高8位）,1、作为I/O使用时：CPU有关指令执行产生的时序信号使这时的“控制”为0，电子开关接通B端，“地址”信号与后面的电路联系被切断。 2、作为I/O口使用时：P2口性能与P1口相同。,四、P3口 （I/O口，及第2功能）,1、作为I/O口使用时，P3口的性能与P1口相同。2、P3口的第二功能。1）第二功能输出需向该位的锁存器写入“1”，使与非门的输出只受“第二功能输出”控制，第二功能输出信号通过与非门和输出级电路到该位的引脚上； 2）P3口的某
5、位作为第二功能输入使用时，该位的锁存器和“第二功能输出”端会自行置“1”，V截止，该位引脚上的信号通过缓冲器送入“第二功能输入”,P3口的第二功能：P3.0RXD：串行口输入端；P3.1TXD：串行口输出端；P3.2INT0：外部中断0中断请求信号输入端；P3.3INT1：外部中断1中断请求信号输入端；P3.4T0：定时/计数器0外部信号输入端；P3.5T1：定时/计数器1外部信号输入端；P3.6WR：外RAM写选通信号输出端；P3.7RD：外RAM读选通信号输出端；,五、I/O口的操作,I/O口的操作指令 ：内部RAM操作指令，直接寻址。 操作的方式有两种：8位整体操作和位操作。以P1口为例
6、 输出操作： MOV P1，#55H ；将55H立即数从P1口输出 MOV P1，A ；将累加器A中的内容从P1口输出 SETB P1.0 ；在P1.0引脚输出高电平 CLR P1.1 ；在P1.1引脚输出低电平,使用读改写指令改变输出数据 ANL P1 ,#10ORL P1 ,AINC P1,输入操作： MOV P1，#0FFH ；向P1口的8位锁存器都写入“1” MOV A，P1；将P1口8个引脚上的信号送入累加器AMOV P1，#0FFH ；向P1口的8位锁存器都写入“1” MOV R0，P1 ；将P1口8个引脚上的信号送入R0中SETB P1.0 ；向P1.0的锁存器写入“1” MOV
7、 C，P1.0 ；将P1.0引脚的信号读到Cy中,输入数据参与运算、判断 ANL A,P1XRL A,P1ADD A,P1JNB P1.2 ,relJBC P1.3 ，rel,发光二极管工作参数：电压 1.8V 电流 410mA,限流电阻计算公式： R =(5-1.8) / I 320 800 ,例1 ：点亮一个发光二极管,例1：点亮一个发光管,1、搭建硬件系统，分配资源 2、写程序，编译程序 3、仿真及烧程序 LAB2000试验箱及伟福编程仿真调试环境。 如图硬件，系统上电后，灯亮还是息灭的？ CLR P1.5 MOV P1, 1101111B,例2并行接口驱动继电器控制灯,现代自动控制设备
8、中，都存在一个电子电路与电气电路的互相连接问题，一要控制，还要隔离，继电器完成此功能。 2-3常开触点 2-1常闭触点。 上电时灯亮吗？,SETB P1.0 灯亮CLR P1.0 灯灭,例3 如图，由开关K0K3控制L0L3，开关闭合，对应灯亮，试编程实现该功能。 解 分析：开关闭合，相应输入为0，而当输出为0时，指示灯亮，即只要将P1.0P1.3的状态传递给P1.4P1.7即可。,用位操作指令实现该功能，程序如下：ORL P1 ,#0FHMOV C,P1.0MOV P1.4 ,CMOV C,P1.1MOV P1.5 ,CMOV C,P1.2MOV P1.6 ,CMOV C,P1.3MOV P
9、1.7 ,CRET,+5V,可以了吗？,也可以用字节指令，程序如下：ORL P1 ,#0FH ；将要输入的低位置1，同时不改变高位状态MOV A，P1SWAP A ORL A，#0FHMOV P1，ARET,例4并行接口驱动喇叭发声,图所示为一报警装置，当盗贼闯断由P1.7引脚引出的接地细线时，由P1.0驱动喇叭发出频率为1000Hz 的“哔哔”报警声。设晶振频率为12MHz。,CON：SETB P1.7 MOV C，P1.7JNC CON ；判断P1.7是否为1WARN：ACALL DELAY ；是1发出报警CPL P1.0 SJMP WARN,解分析：由图可知P1.7引线被撞断后，P1.0
10、引脚为高电平1。1000Hz频率的方波周期为0.001秒，高、低电平持续时间各为0.5ms，应使用0.5ms的延时程序。程序如下：ORG 0100HCON：SETB P1.7 MOV C，P1.7JNC CON ；判断P1.7是否为1WARN：ACALL DELAY ；是1发出报警CPL P1.0 SJMP WARN DELAY：MOV R7，#0FAH ；0.5ms延时程序LOOP：DJNZ R7，LOOP ；2502121/12MHz=0.5msRETEND,I/O口小结： 1、作为输出口使用，P0口需外接上拉电阻，其余口不需外接上拉电阻。 2、作为输入口使用时，都需先向对应的锁存器写入“
11、1”。 3、每一位可任意地作为输入口或输入口使用，一般用低电平驱动外部电路。 4、P0口每位的负载能力是8个LSTTL门电路，P1、P2、P3口每位负载能力为4个LSTTL门电路。 5、I/O口的输入/输出指令同内RAM操作指令。,4.4.2、单片机完整应用系统实例,4.4.1、I/O结构与工作原理,目录,第4.4节 单片机I/O接口及应用实例,一、最小硬件系统,1、电源 （+5V） 2、时钟电路 与时序有关的概念： （1）时钟周期。即时钟频率的倒数 （2）状态周期。两个时钟周期构成一个状态周期。,（3）机器周期。 12个时钟周期构成一个机器周期，指令的执行都是以机器周期为时间单位。 （4）指
12、令字节。指某条指令占用存储空间的长度 3、复位电路 （1）复位条件 ：两个机器周期以上的高电平。（2）复位后的状态：,二、汇编语言程序一般结构,ORG 0000H ；汇编程序开头 LJMP SETUP ；跳过中断入口地址区 ；中断入口地址区ORG 0030H SETUP： ；初始化区 MAIN： ；主程序区LJMP MAIN ；主程序一般是反复循环执行程序 ；子程序和中断服务程序区END ；汇编程序结束,注：此程序又被称做最小软件系统。,1、无条件转移指令 （1）长转移指令LJMP addr16 ；PCaddr16，转移范围为64KB （2）短转移指令AJMP addr11 ；PCPC+2，P
13、C100addr11，；PC1511不变 （3）相对转移指令SJMP rel ；PCPC+2，PCPC+rel如果转移指令到自己本身，可以省略指令前面的标号，而用“$”代替转移的目标地址，下面的指令是等价的：HERE：SJMP HERESJMP $HERE：LJMP HERELJMP $,2、伪指令 伪指令：计算机在汇编过程中需要编程人员提供一些有关汇编信息的指令，如：指定程序或数据存放的其始位置、汇编的结束等，这些指令在汇编时不产生机器码，仅对汇编过程起一些控制作用，为汇编服务，这些指令不属于51系列单片机的指令系统，我们称它们为伪指令。（1）ORG 起始伪指令格式：ORG 16位地址功能：
14、指定其下面的程序在存储空间的起始地址。例如：ORG 0000HLJMP SETUPORG 0000H表示它下面的指令LJMP SETUP在ROM空间的0000H单元开始存放。（2）END 结束伪指令 格式：END功能：表明汇编源程序的结束。,3、汇编语言程序一般结构 （1）程序的开头ORG 0000HLJMP SETUP（2）中断入口地址区0003H002BH这段存储空间是作为中断入口地址 （3）初始化区系统开始运行的初始参数设置，如果系统中用到中断资源 （4）主程序区主程序的内容往往是CPU需要不断反复处理的任务，最常用的就是显示程序和键盘程序。主程序一般是一个反复执行的程序。 （5）子程序
15、和中断服务程序区主程序中需要调用的子程序、中断源的服务程序,ORG 0000HLJMP SETUPORG 0030HSETUP： .MAIN： .LJMP MAIN.END,最小硬件系统,程序一般结构,40 31AT89C51 1 9 18 19 20,思路：在最小硬件系统基础上，用P1口作输出，用低电平驱动LED发光管，LED发光条件是：电压1.8V左右，电流410mA。为满足要求，电路中串接限流电阻，经计算取360。电路如图所示。,实例：设计一个由8个小灯构成的循环彩灯，要求：8个小灯依次亮灭，然后重复循环。,1、循环彩灯硬件电路,360,+5V,最小系统P1.0 P1.7,P1口上电后状
16、态? 低电平点亮的好处？,2、软件设计,思路：软件设计是在程序一般结构基础上，根据所要求的显示方式，用位操作指令CLR P1.X/SETB P1.X，对某位口操作，也可用数据传送指令MOV P1，#DATA，对多位口同时操作。要求：8个小灯依次亮灭，然后重复循环程序设计如下：,ORG 0000HLJMP SETUPORG 0030H SETUP:LJMP SETUP END,CLR P1.0SETB P1.0CLR P1.1SETB P1.1. SETB P1.7,NOP NOP NOP NOP NOP ,NOP NOP NOP NOP NOP ,引出指令（一）,2、循环转移指令 DJNZ R
17、n，rel ；先执行Rn Rn-1，然后判断，若Rn=0，则程序顺序执行，否则就转移，转移到rel处，转移范围为 -128B+127B。 DJNZ direct，rel ；同上面类似。,1、NOP 空操作指令 ，等待一个机器周期,MOV R7, #4 DEL: DJNZ R7, DEL,DJNZ R2，DEL1,MOV R7，#0FFH DEL2：DJNZ R7，DEL2,MOV R2, #80H,DEL1：,ORG 0000HLJMP SETUPORG 0030H SETUP: CLR P1.0SETB P1.0CLR P1.1SETB P1.1.SETB P1.7LJMP SETUP EN
18、D,MOV R2, #80H DEL3: MOVR7，#0FFH DEL4：DJNZ R7，DEL4DJNZ R2，DEL3,MOV R2, #80H DEL1: MOV R7，#0FFH DEL2：DJNZ R7，DEL2DJNZ R2，DEL1,3、子程序调用和返回指令 LCALL addr16 ；长调用指令，调用子程序，子程序可在64KB空间内任意位置，同LJMP指令。 ACALL addr11 ；短调用指令，调用子程序，同AJMP指令。（很少使用） RET ；调用返回指令，子程序结束后，执行该指令程序将返回到调用子程序处继续向下执行。,引出指令(二),延时子程序,MOV R2, #80
19、HDEL1: MOV R7，#0FFHDEL2: DJNZ R7，DEL2DJNZ R2，DEL1,DELAY：,RET,注意：书写子程序时的注意事项,1、书写子程序一定要有名称（标号） 2、书写子程序 一定要有RET返回指令,ORG 0000HLJMP SETUPORG 0030H SETUP: CLR P1.0LCALL DELAYSETB P1.0CLR P1.1LCALL DELAYSETB P1.1.SETB P1.7LJMP SETUP DELAY: MOV R2, #80HDEL1：MOV R7，#0FFHDEL2：DJNZ R7，DEL2DJNZ R2，DEL1RETEND,循
20、环彩灯程序：,软件是基于硬件设计的，该系统电路设计时，采用P1口某位低电平点亮灯，如果硬件设计为高电平点亮，那么该软件执行后是什么效果？,这段程序还是太长了，而且用的是位操作指令，采用字节操作指令，能不能简化？同时如果要控制几个同时亮而且循环，怎么操作呢？,改进的程序：ORG 0000HLJMP SETUPORG 0030H SETUP: MOV A,#FEHMAIN: MOV P1,ALCALL DELAYRL A LJMP MAIN DELAY: MOV R2, #80HDEL1：MOV R7，#0FFHDEL2：DJNZ R7，DEL2DJNZ R2，DEL1RETEND,小结,本节介绍了51单片机I/O的功能及操作方法 在最小硬件系统的基础上，搭建了一个完整的应用系统，至此单片机就可完成外部信息读取及控制。 应掌握最汇编程序的规范，及几个主要指令 如：MOV SETB CLR LCALL LJMP ORG END RET,LAB2000实验板灯循环点亮系统,LED电平显示电路,开关控制 灯点亮 系统,逻辑电平开关电路,
