LED流水灯实验：并口使用

实验目的

（1）了解单片机C语言程序的编写与调试。

（2）掌握多灯驱动连接和驱动方式。

（3）掌握51单片机的4组I/O口的使用。

实验仪器

单片机开发试验仪、稳压电源、计算机。

实验原理

1.51单片机I/O口介绍

89C51单片机有4组I/O端口分别为P0、P1、P2、P3，每个端口有8个引脚，分别对应8个位0～7，每个端口的引脚都可以输入/输出。

P1、P2、P3口的位结构都有一个上拉电阻，因而被称为“准双向口”。正是因为此上拉电阻的存在，所以有些时候P1、P2、P3端口的引脚的外部上拉电阻可以省略，P0端口的引脚某些时候需要考虑使用外部上拉电阻。

（1）P0口没有内部上拉电阻，是一个真正的双向口，引脚内部结构为一个开漏结构，其内部结构如实验图2-1所示。

实验图2-1　P0口内部结构图

（2）P2口有内部集成上拉电阻，单管驱动，其内部结构如实验图2-2所示。

（3）在使用外部存储器时，P2端口用来访问外部总线的高8位地址，P0端口用来分时访问外部总线低8位地址和8位数据，其连接图如实验图2-3所示。

（4）P3端口除了具备基本的I/O功能外，还有复用功能，比如串口和外部中断功能等，其内部结构如实验图2-4所示。

（5）P1端口为完全的基本I/O端口。

I/O口总结：

实验图2-2　P2口内部结构图

实验图2-3　总线型“三总线”连接关系

实验图2-4　P3口内部结构图

（1）单片机每一个I/O口都可以独立地作为输入或输出口使用，但P0和P2在访问外部存储器时作地址/数据总线，此时它们将不能再作为I/O口使用。

（2）当I/O口作为输入口时，必须通过程序输出1使内部开关管截止，这样从“引脚Px.x”输入的信号才能在“读引脚”信号的帮助下被正确读走。

（3）P1、P2、P3因为内部存在上拉电阻而被称为“准双向口”。它们在作输入口时，上拉电阻将“引脚Px.x”拉高并在外设输入低电平时向外输出电流。(www.xing528.com)

（4）P0口没有内部上拉电阻，是一个真正的双向口。它作输入口时，引脚因开漏结构而浮地。由于P0口自身没有集成上拉电阻，因此它作为输出口使用时，如果需要输出逻辑“1”，则必须外接上拉电阻。

2.流水灯工作原理

流水灯硬件电路由发光二极管、单片机并口、限流电阻等组成。发光二极管组可以连接成共阴极结构或者共阳极结构。为了减轻单片机的负载，一般为共阳极结构。发光二极管点亮的条件是：阳极接高电平、各阴极接低电平。因此，二极管公共端接电源，然后再按一定规则从某I/O口输出数据，发光二极管就会点亮。本实验案例采用共阴极设计。

3.LED发光二极管八段数码管共阳极和共阴极的区别

（1）指代不同。

共阴极：把所有LED的阴极连接到共同接点COM，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。

共阳极：将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的LED灯组。

（2）原理不同。

共阴极：当某个发光二极管的阳极为高电平时，该发光二极管点亮，相应的灯被点亮。

共阳极：将公共极COM接到+5 V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮；当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

（3）应用不同。

共阴极：对于非51系列单片机控制器输出初始为低电位控制电路显示，一般采用共阴极数码管，防止上电数码管全部点亮。家电领域应用极为广泛。

共阳极：对于51系列单片机控制类电气设备的显示，初始化时端口为高电位。共阳极显示可以完成正确的显示任务。

（4）LED发光二极管共阴极、共阳极接线方法不同。

共阳极公共端接阳极，低电平有效（灯亮），共阳极数码管内部发光二极管的阳极（正极）都连在一起，此类数码管阳极（正极）在外部只有一个引脚。

共阴极公共端接阴极，高电平有效（灯亮），共阴极数码管内部发光二极管的阴极（负极）都连在一起，此类数码管阴极（负极）在外部只有一个引脚。

实验源程序

实验仿真电路（实验图2-5）

实验图2-5　LED流水灯（并口的使用）实验仿真图

思考题

1.什么是共阳极、共阴极二极管？共阳极、共阴极结构的特点和驱动方式各是什么？

2.简述51单片机4组I/O口的使用异同。