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第4章 并行I/O端口 单片机内部集成了并行I/O接口电路，用于与外界设备交换信息。单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的何种控制，都是通过I/O口进行的。本章首先介绍I/O端口P0~P3的结构、其次介绍P0~P3端口常用方式，然后介绍I/O直接输入输出实例、并行I/O口扩展和简单I/O口扩展实例，最后介绍常用的输入输出电路。 4.1 并行I/O端口的基本概念 51系列单片机的每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器（即专用寄存器P0～P3）、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0~P3。在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。 1、I/O端口的作用 （1）实现与不同外设的速度匹配。 （2）改变数据传输方式。 （3）改变信号的性质和电平。 2、外部设备的编址 （1）外设端口的单独编址 （2）外设端口和存储器统一编址 （3）I/O口数据的4种传送方式 ①同步传送 ②异步传送 ③中断传送 ④DMA传送 4.1.1 P0口结构 P0口是由8个相同结构的引脚组成的，对于P0口的某一个P0.n(n=0~7)引脚结构如图5.1.1所示。P0口内部包含一个输出锁存器、一个输出驱动电路、一个输出控制电路、多路开关和两个三态缓冲器，其中输出驱动电路由一对场效应管（FET）组成，整个端口的工作状态受控于输出控制电路。 1、输入缓冲器 在P0口中，有两个三态的缓冲器，三态门有三个状态，即在其输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态。 2、D锁存器 一个D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。 3、多路开关 4、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T1导通时，T2就截止；当T2导通时，T1截止。 P0口既可以作为I/O用，也可以作为8位地址/数据线用。 4.1.2 P1口结构 4.1.3 P2口结构 4.1.4 P3口结构 P3口的特殊功能 4.2 并行I/O口的应用 51单片机的P0，P1，P2，P3口均可以进行字节操作和位操作，既可以8位一组进行输入、输出操作，也可以逐位分别定义各口线为输入线或输出线。每个并行I/O口均有两种“读”方式：读锁存器和读引脚。P0端口除了作为8位I/O口外，在扩展外部程序存储器和数据存储器时，P0口要作为低8位地址总线和8位数据总线用，在这种情况下，P0口不能做I/O口用，要先作为地址总线对外传送低8位地址，然后作为数据总线对外交换数据。P1口只能作为I/O口（除了P1.0 、P1.1以外），没有其他的功能。P2口除了作为普通I/O口之外，在扩展外围设备时，要作为高8位地址线用。P3口除了作为普通I/O口之外，由于其每个引脚都有第二功能，所以其还可以作为第二功能用，而此时它就不能作为8位I/O口用。 4.3 I/O口直接输入输出实例4.3.1 设计要求 P2口既作为输入口也作为输出口，通过四个开关，分别控制四个LED的亮与灭。 4.3.2 硬件设计  4.3.3 软件设计 4.3.4 联合调试与运行 联合调试与运行过程可参见附录1。 4.3.5 程序分析 由于电路中用P2口既做输入也做输出使用，P2.0~P2.3做输入，P2.4~P2.7输出。所以程序：P2=0xff，将P2口置高电平，做输入准备。当I/O做输入时常常将其置高电平，防止其输入出错。 当P2.0~P2.3读入开关状态时，要将其电平输出到P2.4~P2.7口，所以对其进行移位：P2=P24，将P2.0~P2.3的值对应移到了P2.4~P2.7中。 4.4 并行I/O口的扩展实例 51系列的单片机虽然提供了4个8位并行的I/O口用于和外部设备进行数据通信及控制，但这些I/O口一般不能完全用于输入输出操作，例如当我们需要扩展外部存储器时，P0，P2口便用做地址总线和数据总线，此时能用的I/O口就只有P1、P3口。如果再使用串行通信时，I/O就有点显得不够用了，因此，在单片机系统中常常需要扩展I/O口。 并行I/O口扩展方式有两种： ①采用普通的锁存器、三态门等芯片如：74LS373、74LS244来进行简单的I/O口扩展。本例采用74LS373与74LS244进行I/O扩展。 ②采用可编程的I/O芯片来扩展，例如8255、8155等，后面的章节将会给大家介绍8255A的用法。 4.4.1