數(shù)字輸入輸出端口

數(shù)字輸入輸出端口第1頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1STC12C5A60S2單片機(jī)的

I/O口及工作模式STC12C5A60S2單片機(jī)共有6個(gè)I/O端口，44根I/O口線：P0口（8根）：P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。P1口（8根）：P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7。P2口（8根）：P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7。P3口（8根）：P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。P4口（8根）：P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4、P4.5、P4.6、P4.7。P5口（4根）：P5.0、P5.1、P5.2、P5.3。3.1.1STC12C5A60S2單片機(jī)的I/O口第2頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、P0口

P0口的作用有2個(gè)：（1）用作數(shù)據(jù)總線或者地址總線低8位。（2）用作I/O。2、P2口

P2口的作用有2個(gè)：（1）作為高8位地址指針（DPH）輸出。（2）作為通用I/O口使用。復(fù)用功能第3頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

3、P1口復(fù)用為ADC轉(zhuǎn)換輸入、捕獲/比較/脈寬調(diào)制、SPI通信線、第二串口或者第二時(shí)鐘輸出，如表3-1所示。

端口引腳復(fù)用功能P1.0ADC0（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道0）/CLKOUT2（第二時(shí)鐘輸出）P1.1ADC1（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道1）P1.2ADC2（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道2）/ECI（可編程計(jì)數(shù)器陣列定時(shí)器的外部時(shí)鐘輸入）/RxD2（第二串口輸入）P1.3ADC3（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道3）/CCP0（捕捉/比較/脈寬調(diào)制通道0）/TxD2（第二串口輸出）P1.4ADC4（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道4）/CCP1（捕捉/比較/脈寬調(diào)制通道1）/SS

（SPI從器件選擇）P1.5ADC5（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道5）/MOSI（SPI主機(jī)輸出從機(jī)輸入）P1.6ADC6（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道6）/MISO（SPI主機(jī)輸入從機(jī)輸出）P1.7ADC7（ADC轉(zhuǎn)換輸入通道7）/SCLK（SPI時(shí)鐘）表3-1P1口的復(fù)用功能第4頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4、P3口

P3口的口線可復(fù)用為外部中斷輸入、計(jì)數(shù)器輸入、時(shí)鐘輸出、第一串口和外部總線的讀/寫控制，如表3-2所示。端口引腳復(fù)用功能P3.0RXD（串行通信輸入）P3.1TXD（串行通信輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）/CLKOUT0（時(shí)鐘輸出0）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）/CLKOUT1（時(shí)鐘輸出1）P3.6WR（外部總線寫控制信號(hào)）P3.7RD（外部總線讀控制信號(hào)）表3-2P3口的復(fù)用功能第5頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5、P4口

P4口的某些口線具有復(fù)用功能，可配置為SPI通信線、捕捉/比較/脈寬調(diào)制、第二串口線等，如表3-3所示。表3-3P4口的復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P4.0SS（SPI從器件選擇）P4.1ECI（可編程計(jì)數(shù)器陣列定時(shí)器的外部時(shí)鐘輸入）/MOSI（SPI主輸出從輸入）P4.2CCP0（捕捉/比較/脈寬調(diào)制通道0）/RxD2（第二串口輸入）/MISO（SPI主輸入從輸出）P4.3CCP1（捕捉/比較/脈寬調(diào)制通道1）/TxD2（第二串口輸出）/SCLK（SPI時(shí)鐘）P4.4NA（空引腳）P4.5ALE（地址鎖存控制信號(hào)，主要用于外部總線擴(kuò)展）P4.6EX_LVD（外部低電壓檢測(cè)）/RST2（第二復(fù)位信號(hào)輸入）P4.7RST（復(fù)位引腳）第6頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

P4.4、P4.5和P4.6的第二功能由特殊功能寄存器P4SW（地址為BBH，復(fù)位值為X000XXXXB）設(shè)置,P4SW的各位定義如下：位號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位名稱LVD_P4.6ALE_P4.5NA_P4.4(1)NA/P4.4引腳控制位。

0：NA/P4.4腳是弱上拉，無任何功能。

1：將NA/P4.4腳設(shè)置成I/O口（P4.4）。(2)ALE_P4.5：ALE/P4.5引腳控制位。

0：ALE/P4.5腳是ALE信號(hào)。CPU用MOVX指令訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的下降沿作為16位地址信號(hào)低8位的鎖存信號(hào)。

1：將ALE/P4.5腳設(shè)置成I/O口（P4.5）。(3)LVD_P4.6：EX_LVD/P4.6引腳控制位。

0：EX_LVD/P4.6是外部低壓檢測(cè)腳，可使用查詢方式或設(shè)置成中斷來檢測(cè)。

1：將EX_LVD/P4.6腳設(shè)置成I/O口（P4.6）。

RST/P4.7引腳在ISP下載程序時(shí)選擇是復(fù)位腳還是P4.7口，如設(shè)置成P4.7口，必須使用外部時(shí)鐘。第7頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由AUXR1寄存器設(shè)置PCA/PWM、SPI和UART2功能是在P1口還是在P4口。AUXR1寄存器（地址為A2H，復(fù)位值為X00000X0B）的各位定義如下：位號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位名稱-PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ-DPSPCA_P4：PCA/PWM控制位。

0：PCA/PWM在P1口。

1：將PCA/PWM從P1口切換到P4口。SPI_P4：SPI控制位。

0：SPI在P1口。

1：將SPI從P1口切換到P4口。S2_P4：UART2控制位。

0：UART2/串口2在P1口。

1：將UART2/串口2從P1口切換到P4口。GF2：通用標(biāo)志位。該位是由用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志。ADRJ：用于設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲(chǔ)格式（詳見第十章）。DPS：數(shù)據(jù)指針選擇位。STC12C5A60S2單片機(jī)具有兩個(gè)16位的數(shù)據(jù)指針：DPTR0和DPTR1。當(dāng)DPS=0時(shí)，選擇DPTR0；DPS=1時(shí)，選擇DPTR1。第8頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1.2

STC12C5A60S2單片機(jī)I/O口的工作模式四種工作模式第9頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六軟件配置成4種工作模式之一STC12C5A60S2單片機(jī)的所有I/O口均可由軟件配置成4種工作模式之一：準(zhǔn)雙向口（標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)輸出模式）推挽輸入輸出僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。每個(gè)口的工作模式由2個(gè)控制寄存器中的相應(yīng)位控制（PnM0和PnM1，n=0,1,2,3）。第10頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)雙向口

C51的說明書上說：”BecausePorts1,2,and3havefixedinternalpullups,theyaresometimescalledquasi-bidirectionalports.Whenconfiguredasinputs,theypullhighandsourcecurrent(IIL)whenexternallypulledlow.Port0,ontheotherhand,isconsideredtrulybidirectional,becauseitfloatswhenconfiguredasaninput."翻譯是：因?yàn)镻1、2、3有固定的內(nèi)部上拉電阻，所以有時(shí)稱它們?yōu)闇?zhǔn)雙向口。當(dāng)用做輸入時(shí)被拉高，低則要靠外部電路拉低。而P0則是真雙向口，因?yàn)樽鳛檩斎霑r(shí)它是懸浮的，即高阻態(tài)。第11頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六表3-4I/O口工作模式設(shè)置PnM0[7:0]PnM1[7:0]I/O口模式00準(zhǔn)雙向口(傳統(tǒng)8051單片機(jī)I/O口模式），灌電流可達(dá)20mA，拉電流為230μA，由于制造誤差，實(shí)際為250uA～150uA01推挽輸入輸出（強(qiáng)上拉輸出，可達(dá)20mA，要加限流電阻，盡量少用）10僅為輸入（高阻）11開漏（OpenDrain），內(nèi)部上拉電阻斷開，要外加上拉電阻參見課本P39寄存器參見課本P27表2-2第12頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、例如，若設(shè)置P1.7為開漏，P1.6為強(qiáng)推挽輸入輸出，P1.5為高阻輸入，P1.4、P1.3、P1.2、P1.1和P1.0為弱上拉，則可以使用下面的代碼進(jìn)行設(shè)置：

MOVP1M1,#10100000BMOVP1M0,#11000000B

2、雖然STC12C5A60S2單片機(jī)的每個(gè)I/O口在弱上拉時(shí)都能承受20mA的灌電流（還是要加限流電阻，如1KΩ），在強(qiáng)推挽輸出時(shí)都能輸出20mA的拉電流（也要加限流電阻），但整個(gè)芯片的工作電流推薦不要超過120mA。工作模式設(shè)置常例P1M1=0XA0HP1M0=0XC0H第13頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.2STC12C5A60S2單片機(jī)

I/O口的結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)第14頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1．準(zhǔn)雙向口工作模式的結(jié)構(gòu)

準(zhǔn)雙向口工作模式下，I/O口可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。第15頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六準(zhǔn)雙向口的主要特點(diǎn)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先向口寫1，使T4截止，然后方可作高阻抗輸入。雙向口的特點(diǎn)：輸入時(shí)有三種狀態(tài)（0、1、高阻）?？梢宰x鎖存器的操作。第16頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六P0口的工作原理是雙向口

1：輸入

這時(shí)

V1截止V2截止呈現(xiàn)高阻態(tài)可以讀取管腳上的數(shù)據(jù)

2：輸出1這時(shí)

V1導(dǎo)通V2截止輸出1

3：輸出0這時(shí)V1截止V2導(dǎo)通

輸出0第17頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六端口與端口寄存器的關(guān)系為了便于敘述，以后將6個(gè)端口及其鎖存器都表示為P0-P5第18頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．推挽輸入輸出工作模式的結(jié)構(gòu)

一個(gè)I/O位工作于推挽輸入輸出工作模式時(shí)，若輸出高電平，拉電流最大可達(dá)20mA；若輸出低電平，灌電流也可達(dá)20mA。第19頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3僅為輸入（高阻）工作模式的結(jié)構(gòu)

輸入口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。注意，僅為輸入（高阻）工作模式下，I/O口不提供20mA灌電流的能力。

第20頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六當(dāng)口線鎖存器為“0”時(shí)，開漏輸出關(guān)斷所有上拉場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)作為一個(gè)邏輯輸出時(shí)，這種配置方式必須有外部上拉電阻，一般通過電阻外接到Vcc。這種方式的下拉結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)雙向口模式的下拉結(jié)構(gòu)相同。開漏端口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。這種工作模式下，輸出低電平時(shí)，灌電流也可達(dá)20mA。4．開漏輸出工作模式的結(jié)構(gòu)第21頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六外部上拉電阻第22頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.3STC12C5A60S2

單片機(jī)I/O口的使用8個(gè)小問題第23頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)STC12C5A60S2單片機(jī)P4口和P5口的訪問，如同訪問常規(guī)的P0/P1/P2/P3口一樣，并且均可按位尋址，P4的地址C0H，P5口的地址在C8H。1．P4口和P5口的使用第24頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．上拉電阻的連接

準(zhǔn)雙向口應(yīng)用時(shí)，雖然集成了上拉場(chǎng)效應(yīng)管，最好外接上拉電阻。典型值為5.1kΩ，10kΩ第25頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)盡量采用灌電流方式，而不要采用拉電流方式，這樣可以提高系統(tǒng)的負(fù)載能力和可靠性。3．拉電流方式和灌電流方式

第26頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

4．典型的三極管控制電路

第27頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5．I/O外部狀態(tài)的輸入當(dāng)I/O口工作于準(zhǔn)雙向口時(shí)，由于STC12C5A60S2單片機(jī)是1個(gè)時(shí)鐘周期（1T）的8051單片機(jī)，速度很快，如果通過指令執(zhí)行由低變高指令后立即讀外部狀態(tài)，此時(shí)由于實(shí)際輸出還沒有變高，有時(shí)可能讀入的狀態(tài)不對(duì)。這種問題的解決方法是在軟件設(shè)置由低變高后加1到2個(gè)空操作指令延時(shí)，然后再讀I/O口的狀態(tài)。第28頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六STC12C5A60S2單片機(jī)的典型工作電壓為5V，與3V器件連接時(shí)，為了防止3V器件承受不了5V電壓，可將相應(yīng)的I/O口設(shè)置成開漏工作模式，斷開內(nèi)部上拉電阻，相應(yīng)的I/O口外部加10K上拉電阻到3V器件的Vcc。這樣，高電平是3V，低電平是0V，可以保證正常的輸入輸出6．與3V器件的連接第29頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六。共陰極共陽(yáng)極7．I/O口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管第30頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8．如何讓I/O口上電復(fù)位時(shí)控制輸出為低電平有兩種解決方法：（1）通過硬件實(shí)現(xiàn)高低電平的邏輯取反功能。（2）由于STC12C5A60S2單片機(jī)既有弱上拉輸出模式又有強(qiáng)推挽輸出模式，可在單片機(jī)I/O口上加一個(gè)下拉電阻（1K、2K或3K），這樣上電復(fù)位時(shí)，雖然單片機(jī)內(nèi)部I/O口是弱上拉/高電平輸出，但由于內(nèi)部上拉能力有限，而外部下拉電阻又較小，無法將其拉高，所以該I/O口上電復(fù)位時(shí)外部輸出為低電平。第31頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第32頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單片機(jī)最小系統(tǒng)第33頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單片機(jī)的時(shí)鐘與時(shí)序時(shí)鐘電路單片機(jī)的各項(xiàng)工作都是在時(shí)鐘信號(hào)的控制下協(xié)調(diào)工作的，單片機(jī)的時(shí)鐘電路可為單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，根據(jù)連接方式的不同，時(shí)鐘電路可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。第34頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六時(shí)鐘的連接XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容，和芯片內(nèi)部的振蕩器電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，

第35頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六單片機(jī)的CPU時(shí)序MCS-51包括4個(gè)定時(shí)單位，它們分別是：振蕩周期（節(jié)拍）、時(shí)鐘周期（狀態(tài)周期）、機(jī)器周期和指令周期。單片機(jī)兩種常用晶振的4個(gè)周期信號(hào)的對(duì)比見表2-7所示。

第36頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1.振蕩周期振蕩周期也叫節(jié)拍，用P表示，振蕩周期是指為單片機(jī)提供定時(shí)信號(hào)的振蕩源的周期。是時(shí)序中最小的時(shí)間單位。例如：若某單片機(jī)時(shí)鐘頻率為2MHz，則它的振蕩周期應(yīng)為0.5μs。2.時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期又叫做狀態(tài)周期，用S表示。是振蕩周期的二倍，其前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P1拍，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P2。P1節(jié)拍通常完成算術(shù)、邏輯運(yùn)算，P2節(jié)拍通常完成傳送指令。

第37頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.機(jī)器周期機(jī)器周期是實(shí)現(xiàn)特定功能所需的時(shí)間周期，通常有若干時(shí)鐘周期構(gòu)成。MCS-51的一個(gè)機(jī)器周期是固定不變的，寬度均由6個(gè)狀態(tài)周期（12個(gè)振蕩周期）組成，并依次表示為S1～S6，分別記作S1P1、S1P2～S6P1、S6P2。4.指令周期指令周期是最大的時(shí)序定時(shí)單位，指令周期是指執(zhí)行一條指令需要的時(shí)間。通常MCS-51的指令周期可以包含有1～4個(gè)機(jī)器周期。MCS-51的幾種典型的指令時(shí)序如圖2-15所示，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)地址鎖存信號(hào)（ALE）產(chǎn)生兩次有效信號(hào)，分別出現(xiàn)在S1P2、S2P1期間與S4P2、S5P1期間。

第38頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六指令時(shí)序第39頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2.6.2節(jié)電工作方式

MCS-51單片機(jī)中有HMOS和CHMOS兩種工藝芯片，它們的節(jié)電運(yùn)行方式不同，HMOS單片機(jī)的節(jié)電方式只有掉電方式，CHMOS單片機(jī)的節(jié)電工作方式有掉電方式和空閑方式兩種。單片機(jī)的工作方式2.6.1程序執(zhí)行方式

1．連續(xù)執(zhí)行方式

2．單步運(yùn)行方式

3.復(fù)位方式

第40頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1．HMOS的掉電工作方式

掉電工作方式是指由于電源的故障使電源電壓丟失或工作電壓低于正常值，使單片機(jī)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，若不采取保護(hù)措施，將丟失RAM和寄存器中的全部數(shù)據(jù)，后果嚴(yán)重。為此MCS-51系列單片機(jī)設(shè)置有掉電保護(hù)措施，進(jìn)行掉電保護(hù)處理。具體做法是：檢測(cè)電路一旦發(fā)現(xiàn)掉電，通過外部中斷源向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)此中斷請(qǐng)求，調(diào)用中斷服務(wù)子程序，由中斷服務(wù)子程序?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)送內(nèi)部RAM轉(zhuǎn)存，立即先把程序運(yùn)行過程中有用信息轉(zhuǎn)存到RAM，然后啟用備用電源維持RAM供電。

第41頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2．CHMOS的節(jié)電工作方式

單片機(jī)還設(shè)計(jì)有待機(jī)和掉電兩種節(jié)電工作方式，特別適宜于低功耗場(chǎng)合。

內(nèi)部控制電路

PCON控制寄存器的格式如下：

第42頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六PCON各位的說明如下：SMOD：串行口波特率加倍控制位。SMOD=1，波特率加倍。GF1、GF0：通用標(biāo)志位，由用戶置位或復(fù)位。PD：掉電方式位，若PD=1，進(jìn)入掉電工作方式。IDL：待機(jī)方式位，若IDL=1，進(jìn)入待機(jī)工作方式。若PD和IDL同時(shí)為1，則進(jìn)入掉電工作方式。第43頁(yè)，共50頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（1）待機(jī)工作方式

是將PCON寄存器的IDL位置“1”，即進(jìn)入待機(jī)工作方式。退出待機(jī)方式的方法有兩種，一種是激活