单片机教材 - 第4章I-O接口及应用

第四章 I/O接口及应用

4.1 并行接口概述

当单片机用来控制一个设备时，首先要知道设备的状态，其次是要能控制设备运行。例如用单片机控制自动门。首先单片机要检测（输入）自动门的开启或关闭命令，当收到开启或关闭命令时，发出（输出）开启或关闭控制指令，在开启或关闭自动门的过程中，要检测门是否开启或关闭到位（输入），到位后要发出停止信号（输出）。所以单片机必定要有输入与输出引脚。

几乎所有单片机都设计有并行输入、输出接口。并行输入、输出接口一般为8位。通过一条输入指令可以一次读取8个引脚的状态，组成一个字节的数据，称为并行输入；通过一条输出指令可以将一个字节的数据送到8个引脚上，称为并行输出。并行输入接口一般用来采集外部数据；并行输出接口用来输出控制信息。 4.1.1 并行输入工作原理

并行输入接口中某一位的简化接口电路如图4-1所示：引脚的状态取决于外部电路，缓冲器后的状态为引脚状态，三态门的输出由RP端控制，当RP端为0时，三态门的输出为高阻抗状态，数据总线不受引脚影响；当RP端为1时，三态门的输出与输入相同，此时为读引脚状态。在读接口时，RP控制端有效。 数据总线三态门缓冲器引脚图4-1 输入接口等效电路 4.1.2 并行输出工作原理 并行输出接口中某一位的简化接口电路如图4-2所示。当控制端WP为0（低电平）时，数据锁存器的输出端Q为上次输出的值，与输入端D无关，数据总线操作不影响输出。当控制端WP为1（高电平）时，数据锁存器的输出端Q的值为输入端D的值，为输出数据状态。数据输出到引脚。锁存器输出端Q为0时， 输出为低电平；锁存器输出端Q为1时，输出为高电平。RL控制端为读取输出值。 上拉管数据总线数据锁存器方向器缓冲驱动器引脚图4-2 输出接口等效电路 4.1.3 并行输入/输出接口工作原理 并行输入/输出接口简称I/O接口，可以用它来作输入接口，也可以用它作输出接口。但在使用前必须选择方向（是作为输入，还是作为输出）。 ATmega16有四个8位的并行输入/输出接口，分别为PA、PB、PC和PD，对应的引脚是PA0~PA7 、PB0~PB7、PC0~PC7和PD0~PD7。每一个引脚的简化接口电路如图4-3所示：由输入电路、输出电路及方向选择控制电路组成。输出锁存器、三态驱动器、三态门1、上拉管组成输出电路（等效为图4-2所示的输出电路）；缓冲器、三态门2组成输入电路（等效为图4-1所示的输入电路）；方向锁存器、三态门3、与非门组成方向控制电路。WD为方向控制端，它将总线上的方向信号锁存到方向锁存器的输出端Q。 方向锁存器上拉管与非门三态门3数据锁存器数据总线缓冲驱动器引脚三态门1三态门2缓冲器图4-3 I/O接口等效电路 当方向锁存器Q端为低电平时，三态驱动器控制为高阻抗状态，输出无效，引脚状态由外部电路及上拉管控制。输出锁存器Q端为0时，上拉管截止；输出锁存器Q端为1时，上拉管作上拉电阻用。可通过RP端控制读取引脚信号。

当方向锁存器Q端为高电平时，三态驱动器控制为导通状态，输出引脚状态与输出锁存器的Q端状态相同，电路等效为图4-2所示的输出电路，工作原理同并行输出。

C语言编程时，在头文件中定义了一些与I/O接口有关的特定变量，每一个特定变量对应单片机内部的一个特殊功能寄存器，用大写字母书写。每一个接口的控制由三个特定变量决定，例如PA口对应的三个特定变量为DDRA、PINA、PORTA。DDRA专门用来定义A口的方向（输入还是输出），PINA专门用来读接口A引脚上的数据，

PORTA为接口寄存器，在接口为输出时用来将数据输出到接口，也可以用来读取接口输出状态；在接口为输入时连接或关闭上拉电阻。我们以PA口为例介绍其使用方法。I/O接口在使用之前，必须先定义为输入接口或输出接口。这一定义由给变量DDRA赋值来完成，DDRA的每一位对应定义PA口的每一位。

DDRA.7 DDRA.6 DDRA.5 DDRA.4 DDRA.3 DDRA.2 DDRA.1 DDRA.0

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0

当DDRA的某位为0时，送到方向锁存器的输出端为0，相应位只能作输入。 当DDRA的某位为1时，送到方向锁存器的输出端为1，相应位只能作输出。 例如DDRA=0xf0=0b11110000，则PA口的高四位为输出，低四位为输入。当

DDRA=0xff时，PA口的所有位都为输出，可以按输出接口工作原理使用；当DDRA=0时，PA口的所有位都为输入，可以按输入接口工作原理使用；

例如程序段：

char k; k=0xa5; DDRA=0xff; PORTA=k; 第三条语句定义PA口为输出口，第四条语句是把变量k的数据送给PA口的引脚。 执行上述程序段，将使PA口的PA0~PA7引脚控制为：高低高低低高低高 程序段：

char k； DDRA=0x0； PORTA=0xf0； k=PINA；

第二条语句定义PA口为输入口，第三条语句是高四位使用内部上拉电阻, 低四位不使用内部上拉电阻。第四条语句是读取PA口引脚的值。

对PB口，相应的三个特定变量为：DDRB、PINB、PORTB 对PC口，相应的三个特定变量为：DDRC、PINC、PORTC 对PD口，相应的三个特定变量为：DDRD、PIND、PORTD 综上所述，4个并行接口的情况如表4-1所示。

表4-1 端口变量

接口名称 PA 方向定义变量 DDRA 引脚输入变量 PINA 引脚输出变量 PORTA 接口性质 I/O PB PC PD DDRB DDRC DDRD PINB PINC PIND PORTB PORTC PORTD I/O I/O I/O

注：因为所有IO接口都具有不同的第二功能，因此实际的接口电路都与前面介绍的有所不同，要详细了解请查阅相关资料。

4．2 并行接口应用举例

4.2.1 例1：彩灯控制

如图4-4所示的电路，有8只发光二极管接在PC口，每只发光管低电平点亮。如果按图4-5所示的方式点亮，每次点亮两只发光管，间隔0.2秒后，再换成点亮相邻的两只，依此类推，4次后，再回到第一次,周而复始,形成彩灯的移动。

图4-4 彩灯控制电路

位数 7 6 5 4 3 2 1 0 第一次 第二次 第三次 第四次 图4-5 彩灯点亮示意图

程序清单如下：

#include

#include void main(void) {char i,j;

/* PORTC定义 */ PORTC = 0x00;

DDRC = 0xFF; //设置PC口为输出口 while(1) //无限循环 {j=0x11;

for(i=0;i<4;i++)

{PORTC=~j; //取反后输出 delay_ms(200); //延时200毫秒 j=(j<<1); //j的内容左移一位 } } }

4.2.2 实验指导1

在教师的指导下，首先生成“实验1.prj”工程，再生成“实验1.c”文件，添加到“实验1.prj”工程中。设置PC口为输出口，并将实验装置的PC口与发光管控制口相连。实验中可以改变延时时间来控制速度。可以采用右移来改变移动方向。还可以自行设计彩灯变换。

4.2.3 例2——二进制数输入、输出控制

如图4-6所示为二进制数输入、输出控制的电路原理图。

图4-6 并行输入/输出应用

PC口作为输入接口使用，每一位接有上拉电阻和开关。当开关断开时，输入为高电平，读取的结果为1；当开关闭合时，输入为低电平， …… 此处隐藏：1561字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……