单片机系统的常用输入／输出电路设计
摘要针时电气控制产品的特点，讨论了几种单片机常用输入／输出电路的设计方法，对合理地设计电气控制系统，提高电路的接口能力，增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。
关键词单片机输入／输出电路电气控制
引言
随着微电子技术和计算机技术的发展，原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合，具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。在很多场合，已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。属于存储程序控制的单片机，其控制功能通过软件指令来实现，其硬件配置也可变、易变。因此，一旦生产过程有所变动，就不必重新设计线路连线安装，有利于产品的更新换代和订单式生产。
传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入／输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关，操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。
1 输入电路设计
一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，以工程经验来看，开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多，如图1如示。当按下开关Sl时，发出的指令信号为低电平，而平时不按下开关S1时，输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声能力。
若考虑到由于TTL电平电压较低，在长线传输中容易受到外界干扰，可以将输人信号提高到+24 V，在单片机入口处将高电压信号转换成TTL信号。这种高电压传送方式不仅提高了耐噪声能力，而且使开关的触点接触良好，运行可靠，如图2所示。其中，D1为保护二极管，反向电压≥50 V。
为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚，可以在输入端增加防脉冲的二极管，形成电阻双向保护电路，如图3所示。二极管D1、D2、D3的正向导通压降UF≈0．7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，无论输入端出现何种极性的破坏电压，保护电路都能把浚电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即：VI～VCC出现正脉冲时，D1正向导通；V1～VCC出现负脉冲时，D2反向击穿；VI与地之间出现正脉冲时，D2反向击穿；V1与地之间出现负脉冲时，D3正向导通，二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5～2.5kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于t，
则输入端承受的有效电压将远低于其幅度；若时间较长，则D1导通。电流在RS上形成一定的压降，从而减小输入电压值。
此外，一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。如图4所示，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流限制在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了完全隔离。同时，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界干扰源的内阻一般较高，根据分压原理，干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小，不会产生地线干扰或其他串扰，增强了电路的抗干扰能力。
在满足功能的前提下，提高单片机输入端可靠性最简单的方案是：在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。
2 输出电路设计
单片机输出端口受驱动能力的限制，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别，但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。
2.1 直接耦合
在采用直接耦合的输出电路中，要避免出现图5所示的电路。
T1截止、T2导通期间，为了对T2提供足够的基极电流，R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作，因此为了减少T2损耗，必须将集射间电压降控制在较小范围内。这样集基间电压也很小，电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大，会大幅度增加T2压降，引起T2发热严重。而在L2截止期间，T1必须导通，高压+15 V全部降在电阻R2上，产生很大的电流，显然是不合理的。另外，T1的导通将使单片机高电平输出被拉低至接近地电位，引起输出端不稳定。T2基极被T1拉到地电位，若其后接的是感性负载，由于绕组反电势的作用，T2的发射极可能存在高电平，容易引起T2管基射结反向击穿。
图6为一直接耦合输出电路，由T1和T2组成耦合电路来推动T3。T1导通时，在R3、R4的串联电路中产生电流，在R3上的分压大于T2晶体管的基射结压降，促使T2导通，T2提供了功率管T3的基极电流，使T3变为导通状态。当T1输入为低电平时，T1截止，R3上压降为零，T2截止，最终T3截止。R5的作用在于：一方面作为T2集电极的一个负载，另一方面T2截止时，T3基极所储存的电荷可以通过电阻R3迅速释放，加快T3的截止速度，有利于减小损耗。
2．2 TTL或CMOS器件耦合
若单片机通过TTL或CMOS芯片输出，一般均采用集电极开路的器件，如图7(a)所示。集电极开路器件通过集电极负载电阻R1接至+15 V电源，提升了驱动电压。但要注意的是，这种电路的开关速度低，若用其直接驱动功率管，则当后续电路具有电感性负载时，由于功率管的相位关系，会影响波形上升时间，造成功率管动态损耗增大。
为了改善开关速度，可采用2种改进形式输出电路，如图7(b)和图7(c)所示。图7(b)是能快速开通的改进电路，当TTL输出高电平时，输出点通过晶体管T1获得电压和电流，充电能力提高，从而加快开通速度，同时也降低了集电极开路TTL器件上的功耗。图7(c)为推挽式的改进电路，采用这种电路不但可提高开通时的速度，而且也可提高关断时的速度。输出晶体管T1是作为射极跟随器工作的，不会出现饱和，因而不影响输出开关频率。
2.3 脉冲变压器耦合
脉冲变压器是典型的电磁隔离元件，单片机输出的开关信号转换成一种频率很高的载波信号，经脉冲变压器耦合到输出级。由于脉冲变压器原、副边线圈间没有电路连接，所以输出是电平浮动的信号，可以直接与功率管等强电元件耦合，如图8所示。
这种电路必须有一个脉冲源，脉冲源的频率是载波频率，应至少比单片机输出频率高10倍以上。脉冲源的输出脉冲送人控制门G，单片机输出信号由另一端输入G门。当单片机输出高电平时，G门打开，输出脉冲进入变压器，变压器的副线圈输出与原边相同频率的脉冲，通过二报管D1、D2检波后经滤波还原成开关信号，送入功率管。当单片机输出低电平时，G门关闭，脉冲源不能通过G门进入变压器，变压器无输出。
这里，变压器既传递信号，又传送能量，提高了脉冲源的频率，有利于减轻变压器的体重。由于变压器可通过调整电感量、原副边匝数等来适应不同推动功率的要求，所以应用起来比较灵活。更重要的是，变压器原副边线圈之闯没有电的联系，副线圈输出信号可以跟随功率元件的电压而浮动，不受其电源大小的影响。
当单片机输出较高频率的脉冲信号时，可以不采用脉冲源和G门，对变压器原副边电路作适当调整即可。
2.4 光电耦合
光电耦合可以传输线性信号，也可以传输开关信号，在输出级应用时主要用来传递开关信号。如图9所示，单片机输出控制信号经缓冲器7407放大后送入光耦。R2为光耦输出晶体管的负载电阻，它的选取应保证：在光耦导通时，其输出晶体管可靠饱和；而在光耦截止时，Tl可靠饱和。但由于光耦响应速度慢使开关延迟时间加长，限制了其使用频率。
结语
单片机接口技术在很多文献中均有详细的介绍，但在对大量电气控制产品的改造和设计中，经常会碰到用接口芯片所无法解决的问题(如驱动电流大、开关速度慢、抗干扰差等)，因此必须寻求另一种电路解决方案。上述几种输入／输出电路通过广泛的应用表明．其对合理、可靠地实现单片机电气控制系统具有较
高的工程实用价值。
MCS-51单片机的引脚和输入输出端口 MCS-51有4组8位I/O口，共占用32个引脚：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口。 ●P0口（P0.0～P0.7）占用32～39脚； ●P1口（P1.0～P1.7）占用1～8脚； ●P2口（P2.0～P2.7）占用21～28脚； ●P3口（P3.0～P3.7）占用10～17脚； 这四个口的主要功能如下： (1) P0 口是一个8位不带内部上拉电阻的漏极开路型准双向I／O口，因此该口输出时需外接上拉电阻，而P1 、P2 和P3口都是带内部上拉电阻的8位双向I／O口。 (2) 在访问片外ROM时，P0口分时兼作数据总线和低8位地址线；P2口作高位地址线。 (3) 内部带程序存储器的芯片，在EPROM编程和程序验证时，P1输入低8位地址，P2输入高8位地址，P0输入指令代码。（注：P1、P2作输入口时，必须要使每位先置“1”，才能读入外部数据。） (4) P3口除作双向I／0口外还兼有专用功能。 P0口和P2口： 图1为P0口和P2口其中一位的电路图，由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动和控制电路。这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能像P1、P3直接用作输出口。它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。 P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为216=64k，所以8051最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器 P1口：图2为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至1，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。 作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况，其一是：首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，像JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。其二是：读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。 P3口:P3口的电路如图3所示，P3口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二
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单片机：交通灯课程设计（一）(2007-04-21 13:28:54) 目录 摘要--------------------------------------------------------- 1 1.概述 -------------------------------------------------------- 2 2.硬件设计----------------------------------------------------- 3 2.1单片机及其外围--------------------------------------------3 2.1.1单片机的选择-----------------------------------------3 2.1.2单片机的特点及其应用范围----------------------------- 3 2.1.3存储器的扩展----------------------------------------- 4 2.1.4内存的扩展------------------------------------------- 6 2.1.5MCS-52的I/O接口扩展--------------------------------- 8 2.2电路部分--------------------------------------------------11 2.2.1元器件选用-------------------------------------------11 2.2.2电路完成功能-----------------------------------------13 3.软件设计------------------------------------------------------15 3.1软件概述-------------------------------------------------15 3.2汇编语言指令说明-----------------------------------------16 3.3定时/计数器的原理----------------------------------------16 3.3.1定时/计数器的概述-----------------------------------16 3.3.2 8255A片选及各端口地址-------------------------------18 3.3.3信号控制码------------------------------------------18 3.3.4工作方式寄存器--------------------------------------19 3.3.5定时/计数器初值及定时器T0的工作方式----------------20
单片机实验-IO口的输入输出实验
实验二 I/O 口输入、输出实验 一、实验目的 1. 学习I/O 口的使用方法。 2. 学习延时子程序、查表程序的编写和使用。 二、参考程序框图 开延时 设置初始数据输左移开始 读入P1口置计数P1口置1 将读入的值P1=0 Y N 输入值右移Cy=0 N 计数Y 以计数值段码输出
DJNZ R6,DE2; DJNZ R7,DE1; RET END 2、I/O口输入输出（方法一） ORG 0000H; START : MOV P2,#00H; //初始化 MOV P0,#00H; MOV P1,#0FFH; //p1口初始化给ffh值 MOV DPTR,#TABLE; //表地址存入DPTR MOV 50H,#0FEH; //比较初值载入地址50h L0 :MOV A,P1; //按键消抖 CJNE A,#0FFH,L1; AJMP L0; L1 :MOV A,P1; CJNE A,#0FFH,LL1;
AJMP L0; LL1 :CJNE A,50H,LL2; //是否与地址50h 中数据相等 MOV P0,A; //相等输出对应led灯 MOV A,#00H; MOVC A,@A+DPTR; MOV P2,A; //输出表格数据到数码管 LCALL DELAY; //延时 LJMP START; //返回程序开头LL2 :XCH A,50H; //交换数据 RL A; //左移 XCH A,50H; //再次交换，此时地址50h中数据左移一位 INC DPTR; //表格数据地址加一 LJMP LL1; //返回继续比较 DELAY : MOV R7,#01H; //延时程序 DE1 : MOV R6,#28H;
第10章 AT89C51单片机与输入外设和输出外设的接口设计1．下列项说法正确。 A．HD7279是一个用于键盘和LED显示器的专用接口芯片 B．在单片机与微型打印机的接口中，打印机的BUSY信号可作为查询信号或中断请求信号使用 C．为给扫描法工作的8 8键盘提供接口电路，在接口电路中只需要提供两个输入口和一个输出口 D．LED显示器的字型码是固定不变的 答：A．对；B．对；C．错；D．错。 2．为什么要消除按键的机械抖动？软件消除按键机械抖动的原理是什么？ 答：在按键的闭合和断开过程中，由于开关的机械特性，导致了按键抖动的产生。如果不消除按键的机械抖动，按键的状态读取将有可能出现错误。消除按键抖动一般是采用软件或硬件去抖。软件去抖的原理是，在第一次检测到有键按下时，该键所对应的行线为低电平，执行一端延时10ms的子程序后，确认该行线电平是否仍然为低电平，如果仍为低电平，则确认该行确实有键按下。 3．LED的静态显示方式与动态显示方式有何区别？各有什么优缺点？答：静态显示时，数据是分开送到每一位LED上的。而动态显示时，则数据是同时送到每一个LED上，再根据位选线来确定是哪一位LED被显示。静态显示亮度很高，但口线占用较多。动态显示口线占用较少，适合用在显示位数较多的场合。 4．写出表10-1中仅显示小数点“.”的段码。 答：80H（共阴极）；7FH（共阳极）。 5．说明矩阵式键盘按键按下的识别原理。 答：按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上，无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平亦为高。将行、列线信号配合起来并做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 6．对于图10-10所示的键盘，采用线反转法原理编写出识别某一按键被
单片机的常见输入输出电路介绍 引言 传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关，操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。 1 输入电路设计 一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，以工程经验来看，开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多，。其中，D1为保护二极管，反向电压 ≥50V。 为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚，可以在输入端增加防脉冲的二极管，形成电阻双向保护电路，。二极管D1、D2、D3的正向导通压降UF≈0.7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，无论输入端出现何种极性的破坏电压，保护电路都能把浚电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即：VI～VCC出现正脉冲时，D1正向导通; V1～VCC 出现负脉冲时，D2反向击穿;VI与地之间出现正脉冲时，D2反向击穿;V1与地之间出现负脉冲时，D3正向导通，二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5～2.5kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于t，则输入端承受的有效电压将远低于其幅度;若时间较长，则D1导通。电流在RS上形成一定的压降，从而减小输入电压值。 此外，一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流限制在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了完全隔离。同时，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界干扰源的内阻一般较高，根据分压原理，干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小，不会产生地线干扰或其他串扰，增强了电路的抗干扰能力。 在满足功能的前提下，提高单片机输入端可靠性最简单的方案是：在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。 2 输出电路设计 单片机输出端口受驱动能力的限制，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别，但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。 2.1 直接耦合 在采用直接耦合的输出电路中，要避免出现图5所示的电路。 T1截止、T2导通期间，为了对T2提供足够的基极电流，R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作，因此为了减少T2损耗，必须将集射间电压降控制在较小范围内。这样集基间电压也很小，电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大，会大幅
实验二I/O口输入、输出实验 一、实验目的 1. 学习I/O口的使用方法。 2. 学习延时子程序、查表程序的编写和使用。 二、参考程序框图 led灯 500ms DJNZ R6,DE2; DJNZ R7,DE1; RET END 2、I/O口输入输出（方法一） ORG 0000H; START : MOV P2,#00H; //初始化 MOV P0,#00H; MOV P1,#0FFH; //p1 MOV DPTR,#TABLE; // MOV 50H,#0FEH; // L0 :MOV A,P1; //按键消抖 CJNE A,#0FFH,L1; AJMP L0; L1 :MOV A,P1; CJNE A,#0FFH,LL1; AJMP L0; LL1 :CJNE A,50H,LL2; //是否与地址50h中数据相等MOV P0,A; //相等输出对应led灯 MOV A,#00H; MOVC A,@A+DPTR;
MOV P2,A; //输出表格数据到数码管 LCALL DELAY; //延时 LJMP START; //返回程序开头 LL2 :XCH A,50H; //交换数据 RL A; //左移 XCH A,50H; //再次交换，此时地址50h中数据左移一位 INC DPTR; //表格数据地址加一 LJMP LL1; //返回继续比较 DELAY : MOV R7,#01H; //延时程序 DE1 : MOV R6,#28H; DE2 : MOV R5,#5AH; DJNZ R5,$; DJNZ R6,DE2; DJNZ R7,DE1; RET TABLE : ;//DB 0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H; DB 06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH; //表格数据 END 程序二（方法二） ORG 0000H MOV P2,#00H; //I./O口初始化 MOV P1,#0FFH; //P1口赋FFH初值 MOV P0,#00H; START : MOV P2,#00H; //P2清0； MOV P0,#00H; //P0清0； MOV R1 ,P1; MOV A,R1; //读P1口 CJNE A,#0FFH,L1; //是否有数据输入 AJMP START; //无输入则跳转，继续查询 LCALL DELAY; L1 : MOV R1,P1; //消除按键抖动 MOV A,R1; CJNE A, #0FFH,LL1; AJMP START; LL1 : CJNE A,#0FEH,LL2; //是否按键1输入 MOV P2,#06H; //是则P2输出相应的按键号码 CPL A; //A取反 MOV P0,A; //输出到P0口 LCALL DELAY; //延迟 AJMP LP; //跳转到LP LL2 : CJNE A,#0FDH,LL3; //是否按键2输入 MOV P2,#5BH; //以下同上 CPL A;
电子信息工程系实验报告 课程名称：单片机原理与接口 实验项目名称：实验1实验系统编程应用 实验时间：2011-9-29 班级： 电信091 姓名：陈俊伟 学号：910706123 一、实 验 目 的： 熟悉使用keil 仿真软件编写C51单片机程序的编写过程以及调试运行步骤。熟悉在C51中各种类型 变量的定义方法，以及各种常用程序结构的编写方法。学习编写基本的单片机程序。 二、实 验 设 备 与 器 件： 微机，KEIL C51单片机仿真调试软件。 三、实 验 原 理： 1、C51变量的定义： C51定义的任何数据类型必须以一定的存储类型定位，在8051的某一存储区中。说明的一般格式： <数据类型> <存储类型> 变量名 C51对单片机的不同存储区域定义了不同的存储类型，它们的关系表1： 表1 C51的变量存储类型 全部的特殊功能寄存器和其中可以单独使用的大部分位都已经在REG51.H 这个头文件中定义了。 除 了P0 P1 P2 P3 中的每个位，若要使用这些位则 sbit P10=P1^0。 3、绝对地址引用法： 利用绝对地址访问头文件absacc.h 可对不同的存储区的存储单元进行访问。该头文件的函数有： CBYTE (访问code 区字符型) CWORD (访问code 区int 型) DBYTE (访问data 区字符型) DWODE (访问data 区int 型) XBYTE (访问xdata 或I/O 区字符型) XWODE (访问xdata 区int 型) 4、指针定义的方法和含义： 指针变量说明格式中的[ ]为可选项 ，则指针定义为通用型，指针变量则存放在默认存贮区或者在data 区。 * 号不可少，它表示变量为指针变量。 四、实 验 内 容 及 结 果： 1、19805×24503的编程： 打开KEIL 软件，点击project 创建新的项目（图1），选择单片机类型为C51，再点击FILE 新建文件，
实验二 I/O 口输入、输出实验 一、实验目的 1. 学习I/O 口的使用方法。 2. 学习延时子程序、查表程序的编写和使用。 二、参考程序框图 三、程序设计 1、P0口循环点亮程序 ORG 0030H START : MOV P2,#00H; O 口初始化 MOV P1,#0FFH; //P1口赋FFH 初值 MOV P0,#00H; 开始 延时 设置初始值 数据输出 左移一位 开始 读入P1口值 置计数初值=0 P1口置1 将读入的值输出到P0 P1=0FFH? Y N 输入值右移1位到Cy Cy=0? N 计数值+1 Y 以计数值查段码表 段码输出到P2
START : MOV P2,#00H; //P2清0； MOV P0,#00H; //P0清0； MOV R1 ,P1; MOV A,R1; //读P1口 CJNE A,#0FFH,L1; //是否有数据输入 AJMP START; //无输入则跳转，继续查询 LCALL DELAY; L1 : MOV R1,P1; //消除按键抖动 MOV A,R1; CJNE A, #0FFH,LL1; AJMP START; LL1 : CJNE A,#0FEH,LL2; //是否按键1输入 MOV P2,#06H; //是则P2输出相应的按键号码 CPL A; //A取反 MOV P0,A; //输出到P0口 LCALL DELAY; //延迟 AJMP LP; //跳转到LP LL2 : CJNE A,#0FDH,LL3; //是否按键2输入 MOV P2,#5BH; //以下同上 CPL A; MOV P0,A; LCALL DELAY; AJMP LP; LL3 : CJNE A,#0FBH,LL4; //判断按键3是否按下 MOV P2,#4FH; CPL A; MOV P0,A; LCALL DELAY; AJMP LP; LL4 : CJNE A,#0F7H,LL5; //判断按键4是否按下 MOV P2,#66H; CPL A; MOV P0,A; LCALL DELAY; AJMP LP; LL5 : CJNE A,#0EFH,LL6; //判断按键5是否按下 MOV P2,#6DH; CPL A; MOV P0,A; LCALL DELAY; AJMP LP; LL6 : CJNE A,#0DFH,LL7; //判断按键6是否按下 MOV P2,#7DH;
引言 随着微电子技术和计算机技术的发展，原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合，具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。在很多场合，已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。属于存储程序控制的单片机，其控制功能通过软件指令来实现，其硬件配置也可变、易变。因此，一旦生产过程有所变动，就不必重新设计线路连线安装，有利于产品的更新换代和订单式生产。 传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入／输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关，操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。 1 输入电路设计 一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，以工程经验来看，开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多，如图1如示。当按下开关Sl时，发出的指令信号为低电平，而平时不按下开关S1时，输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声能力。 若考虑到由于TTL电平电压较低，在长线传输中容易受到外界干扰，可以将输人信号提高到+24 V，在单片机入口处将高电压信号转换成TTL信号。这种高电压传送方式不仅提高了耐噪声能力，而且使开关的触点接触良好，运行可靠，如图2所示。其中，D1为保护二极管，反向电压≥50 V。
为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚，可以在输入端增加防脉冲的二极管，形成电阻双向保护电路，如图3所示。二极管D1、D2、D3的正向导通压降UF≈0．7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，无论输入端出现何种极性的破坏电压，保护电路都能把浚电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即：VI～VCC出现正脉冲时，D1正向导通；V1～VCC出现负脉冲时，D2反向击穿；VI与地之间出现正脉冲时，D2反向击穿；V1与地之间出现负脉冲时，D3正向导通，二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5～2.5kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于t，则输入端承受的有效电压将远低于其幅度；若时间较长，则D1导通。电流在RS上形成一定的压降，从而减小输入电压值。 此外，一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。如图4所示，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流限制在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了完全隔离。同时，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界干扰源的内阻一般较高，根据分压原理，干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小，不会产生地线干扰或其他串扰，增强了电路的抗干扰能力。 在满足功能的前提下，提高单片机输入端可靠性最简单的方案是：在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。 2 输出电路设计 单片机输出端口受驱动能力的限制，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别，但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。 2.1 直接耦合 在采用直接耦合的输出电路中，要避免出现图5所示的电路。
一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。 下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为‘读锁存器’端）有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。 D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。大家看上图中的D锁存器，D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。 多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用
8051单片机I/O口的工作原理 一、P0端口的结构及工作原理 P0端口8位中的一位结构图见下图： 由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与 门及场效应管驱动电路构成。 下面，先分析组成P0口的各个部分： 先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），上面一个是读锁存器的缓冲器，下面一个是读引脚的缓冲器，读取P0.X引脚上的数据，要使这个三态缓冲器有效，引脚上的数据才会传输到内部数据总线上。 D锁存器：在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。D端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q是输出端，Q非是反向输出端。 多路开关：在51单片机中，不需要外扩展存储器时，P0口可以作为通用的输入输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通
的I/O口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为‘地址/数据’总线使用的。 输出驱动部份：P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。 P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0（低电平），V1管截止，多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0口作为I/O口线使用）。作为地址/数据线使用时，多路开关的控制信号为1，V1管由地址/数据线决定，多路开关与地址/数据线连接。 输出过程： 1、I/O输出工作过程：当写锁存器信号CP有效，数据总线的信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2的漏极到输出端P0.X。这时多路开关的控制信号为低电平0，V1管是截止的，所以作为输出口时，P0是漏极开路输出，类似于OC门，当驱动上接电流负载时，需要外接上拉电阻。 下图就是由内部数据总线向P0口输出数据的流程图（红色箭头）。 2、地址输出过程
输入输出接口参考题答案 1、什么是接口？什么是端口？接口有哪些功能？接口中传送的信息有哪几类？ ①I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 ②接口中那些CPU可直接访问的寄存器又被称为I/O端口(Port)、外设端口或端口。一个接口中包含多个端口，如数据端口、状态端口和控制端口。一般数据端口可被CPU进行读写操作，而状态端口则只能读，控制端口只能写。 ③1.寻址功能2.输入/输出功能3.联络功能4.数据输入缓冲和输出锁存功能 ④1.数据信息，一般由外设通过接口传递给系统的。2.状态信息，由外设通过接口往CPU传送的。3.控制信息，是CPU通过接口传送给外设的。 2、I/O端口的寻址方式有哪些？在8086/8088微机系统中，CPU是如何实现对I/O端口寻址的？ ①I/O端口的编址方式有两种：I/O端口和存储器统一编址，I/O端口独立编址。 ②Intel 8086就是采用的独立编址方式，访问存储器用MOV指令，而输入输出则使用专用的I/O指令：从I/O端口输入用IN，向端口输出用OUT。 3、CPU与外设之间的输入输出数据传输方式有哪几种？何谓程序控制方式？它有哪几种基本方式？ ①程序控制方式和DMA方式 ②程序控制方式是指CUP依靠执行一定的指令代码完成与外设间的输入输出。程序控制方式包括无条件传送方式、状态查询传送方式和中断传送方式。 4、有一外设接口，其数据端口地址为100H，状态端口地址为101H端口的D7位表示输入设备的状态。当D7=1 时，表示外设数据已经准备好。用状态查询方式实现从外设输入数据。 WAIT: MOV DX, 101H IN AL, DX TEST AL, 80H JZ WAIT MOV DX, 100H IN AL, DX
单片机的常见输入输出电路介绍
精品资料 单片机的常见输入输出电路介绍 引言 传统电气设备采用的各种控制信号，必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号，如限位开关，操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，能方便实际控制系统使用。 1 输入电路设计 一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中，以工程经验来看，开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多，。其中，D1为保护二极管，反向电压 ≥50V。 为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚，可以在输入端增加防脉冲的二极管，形成电阻双向保护电路，。二极管D1、D2、D3的正向导通压降UF≈0.7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，无论输入端出现何种极性的破坏电压，保护电路都能把浚电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即：VI～VCC出现正脉冲时，D1正向导通; V1～VCC 出现负脉冲时，D2反向击穿;VI与地之间出现正脉冲时，D2反向击穿;V1与地之间出现负脉冲时，D3正向导通，二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5～2.5kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于t，则输入端承受的有效电压将远低于其幅度;若时间较长，则D1导通。电流在RS上形成一定的压降，从而减小输入电压值。 此外，一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流限制在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了完全隔离。同时，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界干扰源的内阻一般较高，根据分压原理，干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小，不会产生地线干扰或其他串扰，增强了电路的抗干扰能力。 在满足功能的前提下，提高单片机输入端可靠性最简单的方案是：在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。 2 输出电路设计 单片机输出端口受驱动能力的限制，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别，但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。 2.1 直接耦合 在采用直接耦合的输出电路中，要避免出现图5所示的电路。 T1截止、T2导通期间，为了对T2提供足够的基极电流，R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作，因此为了减少T2损耗，必须将集射间电压降控制在较小范围内。这样集基间电压也很小，电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大，会大幅 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
单片机复位电路汇总 复位电路的作用 在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU呆持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操 作，也可以提高电磁兼容性能。 无论用户使用哪种类型的单片机, 总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏, 直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后, 在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。 基本的复位方式 单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并 从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特 触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一 个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位 1、手动按钮复位 手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电 平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮呆持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。
lEluk <1\L> 2、上电复位 AT89C5啲上电复位电路如图2所示，只要在RS1复位输入引脚上接一电容至 Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMO型单片机，由于在RST端内部有一个 下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1卩F。上电复位的工作过程是 在加电时，复位电路通过 电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充 电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证 系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc 的上升时间约为10ms而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为 10MHz起振时间为1ms;晶振频率为1MHz起振时间则为10ms在图2的复位电 路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“ I”态。如果系统在上电时得不到 有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一 个未被定义的位置开始执行程序。
51单片机IO端口的四种输入输出模式(by wuleisly) 单片机I O口的使用对所有单片机玩家来说都是“家常便饭”，但是你真的了解I O 口吗？你真的能按你的需要配置I O口吗？ 一、准双向口输出 准双向口输出类型可用作输出和输入功能而不需重新配置 口线输出状态。这是因为当口线 输出为1时驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低。当引脚输出为低时，它的驱动能力很强， 可吸收相当大的电流。（准双向口有3个上拉晶体管适应不同的需要） 准双向口读外部状态前,要先锁存为…1?,才可读到外部正确的状态. 二、强推挽输出 推挽输出配置的下拉结构与开漏输出以及准双向口的下拉 结构相同，但当锁存器为1时提供持续的强上拉。推挽模式一般用于需要更大驱动电流的情况。 三、仅为输入（高阻） 输入口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。 四、开漏输出配置(若外加上拉电阻，也可读) 当口线锁存器为0时，开漏输出关闭所有上拉晶体管。当作为一个逻辑输出时，这种配置方式必须有外部上拉，一般通过电阻外接到V c c。如果外部有上拉电阻，开漏的I/O口还可读外部状态，即此时被配置为开漏模式的I/O口还可作为输入I/O口。这种方式的下拉与准双向口相同。 开漏端口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。 关于I/O口应用注意事项： 1.有些是I/O口由低变高读外部状态时,读不对,实际没有损坏,软件处理一下即可。 因为1T的8051单片机速度太快了,软件执行由低变高指令后立即读外部状态,此时由于实际输出还没有变高,就有可能读不
对,正确的方法是在软件设置由低变高后加1到2个空操作指令延时,再读就对了. 有些实际没有损坏,加上拉电阻就O K了 有些是外围接的是NP N三极管,没有加上拉电阻,其实基极串多 大电阻,I/O口就应该上拉多大的电阻,或者将该I/O口设置为强 推挽输出. 2.驱动L E D发光二极管没有加限流电阻,建议加1K以上的限流电阻,至少也要加470欧姆以上 做行列矩阵按键扫描电路时,实际工作时没有加限流电阻,实际工作时可能出现2个I/O口均输出为低,并且在按键按下时,短接在一起,我们知道一个C MO S电路的2个输出脚不应该直接短接在一起,按键扫描电路中,此时一个口为了读另外一个口的状态,必须先置高才能读另外一个口的状态,而8051单?片机的弱上 拉口在由0变为1时,会有2时 钟的强推挽高输出电流输出到另外一个输出为低的I/O口,就有 可能造成I/O口损坏.建议在其中的一侧加1K限流电阻,或者在 软件处理上,不要出现按键两端的I/O口同时为低. 一种典型三极管控制电路: 如果用弱上拉控制，建议加上拉电阻R1(3.3K～10K)，如果不加上拉电阻R1(3. 3K～10K)， 建议R2的值在15K以上，或用强推挽输出。 典型发光二极管控制电路:
摘要 本文以STC89C51单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生 器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统可以 产生最高频率798.6HZ的波形。该信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定、功能齐全的优点。 关键词:低频信号发生器;单片机;D /A转换;
1设计选题及任务 设计题目：基于单片机的信号发生器的设计与实现 任务与要求： 设计一个由单片机控制的信号发生器。运用单片机系统控制产生多种波形，这些波形包括方波、三角波、锯齿波、正弦波等。信号发生器所产生的波形的频率、幅度均可调节。并可通过软件任意改变信号的波形。 基本要求： 1. 产生三种以上波形。如正弦波、三角波、矩形波等。 2.最大频率不低于500Hz。并且频率可按一定规律调节，如周期按1T,2T,3T,4T 或1T，2T，4T，8T变化。 3.幅度可调，峰峰值在0——5V之间变化。 扩展要求：产生更多的频率和波形。 2系统概述 2.1方案论证和比较 2．1．1总体方案： 方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。 方案三：使用集成信号发生器发生芯片，例如AD9854,它可以生成最高几十MHZ的波形。但是该方案也不能产生任意波形（例如梯形波），并且价格昂贵。 方案四：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，加上一个低通滤波器，生成的波形比较纯净。它的特点是可产生任意波形，频率容易调节，频率能达到设计的500HZ以上。性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 经比较，方案四既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案.