第四次课（共2学时）一、授课题目：单片机的并行I/0口和时钟复位电路二、教学目标和任务：1.掌握STC15F2K60S2单片机的并行I/0口的工作方式及其设置方法。2.理解单片机的带负载能力，掌握STC15F2K60S2单片机工作于准双向口模式下的带负载能力。3.掌握强推挽模式、开漏模式的主要应用场合。4.掌握典型发光二极管驱动电路。5.掌握单片机的时钟设置方法和外部时钟电路。6.掌握上电复位和按键复位电路、掌握复位后主要SFR的值。三、教学重难点：重点：STC15F2K60S2单片机的并行I/O口的工作方式及其设置方法、典型发光二极管驱动电路、外部时钟电路和复位电路。难点：理解单片机的带负载能力。四、授课过程：回顾：利用五分钟时间简要回顾上节课的主要知识点，运算器和控制器的结构、累加器的结构、存储结构图、RAM的组成和其中重要的存储单元、程序Flash中重要的存储单元等。0. 引入该部分向同学们强调STC15系列芯片在STC89系列芯片1
1 第四次课（共 2 学时） 一、授课题目：单片机的并行 I/O 口和时钟复位电路 二、教学目标和任务： 1.掌握 STC15F2K60S2 单片机的并行 I/O 口的工作方式及 其设置方法。 2.理解单片机的带负载能力，掌握 STC15F2K60S2 单片机 工作于准双向口模式下的带负载能力。 3.掌握强推挽模式、开漏模式的主要应用场合。 4.掌握典型发光二极管驱动电路。 5.掌握单片机的时钟设置方法和外部时钟电路。 6.掌握上电复位和按键复位电路、掌握复位后主要 SFR 的 值。 三、教学重难点： 重点：STC15F2K60S2 单片机的并行 I/O 口的工作方式及 其设置方法、典型发光二极管驱动电路、外部时钟电路和复位 电路。 难点：理解单片机的带负载能力。 四、授课过程： 回顾：利用五分钟时间简要回顾上节课的主要知识点，运 算器和控制器的结构、累加器的结构、存储结构图、RAM 的组 成和其中重要的存储单元、程序 Flash 中重要的存储单元等。 0.引入 该部分向同学们强调 STC15 系列芯片在 STC89 系列芯片
的基础上对于I/0口的改进：1.STC89系列芯片共四组32个并行I/O口，STC15系列芯片除了电源引脚均可作为并行1/0口，共六组38~42个。2.STC15系列芯片的P1口用作AD转换通道，超多引脚有第二功能。1.工作模式及其设置方法STC15F2K60S2单片机每个I/O口均有以下四种工作模式：准双向、强推挽、仅输入和开漏。需要向同学们强调的是，这是宏晶科技所作的创新性设计，89系列的芯片仅作为准双向口。STC15F2K60S2的I/O口工作模式设置方法如图1所示，一个端口需要两位来设置工作模式，一组8个端口需要2SFR来决定工作模式。共有六组I/O口，因此需要12个SFR来确定工作模式。分别是POM1，POMO，P1M1，P1MO，P2M1，P2MO，P3M1，P3MO，P4M1，P4MO，P5M1，P5MO。具体参数为：00：准双向口，01强推模式，10仅输入，11开漏模式。PO.0~PO.7POM1POMO图1STC15F2K60S2的I/0口工作模式设置方法示意图例1：P2M1=23H，P2MO=56H时，P2.0～~P2.7分别工作在什么模式？分析：P2M1=23H=00100011，P2M0=56H=01010110，2
2 的基础上对于 I/O 口的改进： 1. STC89 系列芯片共四组 32 个并行 I/O 口，STC15 系列 芯片除了电源引脚均可作为并行 I/O 口，共六组 38~42 个。 2. STC15 系列芯片的 P1 口用作 AD 转换通道，超多引脚 有第二功能。 1. 工作模式及其设置方法 STC15F2K60S2 单片机每个 I/O 口均有以下四种工作模式： 准双向、强推挽、仅输入和开漏。需要向同学们强调的是，这 是宏晶科技所作的创新性设计，89 系列的芯片仅作为准双向 口。 STC15F2K60S2 的 I/O 口工作模式设置方法如图 1 所示， 一个端口需要两位来设置工作模式，一组 8 个端口需要 2SFR 来决定工作模式。共有六组 I/O 口，因此需要 12 个 SFR 来确 定工作模式。分别是 P0M1，P0M0，P1M1，P1M0，P2M1，P2M0， P3M1，P3M0，P4M1，P4M0，P5M1，P5M0。具体参数为： 00：准双向口，01 强推挽模式，10 仅输入，11 开漏模式。 图 1 STC15F2K60S2 的 I/O 口工作模式设置方法示意图 例 1：P2M1=23H，P2M0=56H 时，P2.0~ P2.7 分别工作在什么模式？ 分析：P2M1=23H=0010 0011，P2M0=56H=0101 0110
答：P2.0~P2.7分别工作分别工作于：仅输入、开漏、强推挽、准双向、强推挽、仅输入、强推挽、准双向模式。2.电流驱动能力CMOS器件中O、1信号需要用电平高低来表示，作为输出时，当电压在Vcc-0.2~Vcc时，可看作高电平，低于0.5V可看作低电平。作为输入时电压0.7Vcc~Vcc时，可看作高电平，低于0.3Vcc可看作低电平。常用I/0口电路示意图如图2所示。输入高电平时，T1导通，T2截止，输出高电平，Uo=VcC-UDS1。带负载时，随着电流的增加UDS增大，Uo逐渐降低，当低于Uohmin时，不能算作输出1，拉电流一般为零点几毫安。输入低电平时，T2导通，T1截止，输出低电平，Uo=UDS2。带负载时，随着电流增加，UDS增加，高于UOLmax时，不能算作输出为0，灌电流最大为几十毫安。DTGT1SDGT2S图2常用I/0口示意图STC89C51的5V单片机的PO口的灌电流最大为12mA，其他I/0口的灌电流最大为6mA。拉电流零点几mA。STC15系列单片机灌电流每个I/0口为20mA，准双向口模3
3 答：P2.0~ P2.7 分别工作分别工作于：仅输入、开漏、强推挽、 准双向、强推挽、仅输入、强推挽、准双向模式。 2.电流驱动能力 CMOS 器件中 0、1 信号需要用电平高低来表示，作为输出 时，当电压在 Vcc-0.2~Vcc 时，可看作高电平，低于 0.5V 可 看作低电平。作为输入时电压 0.7Vcc~Vcc 时，可看作高电平， 低于 0.3Vcc 可看作低电平。常用 I/O 口电路示意图如图 2 所 示。 输入高电平时，T1 导通，T2 截止，输出高电平，Uo=VccUDS1。带负载时，随着电流的增加 UDS 增大，Uo 逐渐降低，当 低于 Uohmin 时，不能算作输出 1，拉电流一般为零点几毫安。 输入低电平时，T2 导通，T1 截止，输出低电平，Uo=UDS2。 带负载时，随着电流增加，UDS 增加，高于 U0Lmax 时，不能算 作输出为 0，灌电流最大为几十毫安。 图 2 常用 I/O 口示意图 STC89C51 的 5V 单片机的 P0 口的灌电流最大为 12mA,其 他 I/0 口的灌电流最大为 6mA。拉电流零点几 mA。 STC15 系列单片机灌电流每个 I/0 口为 20mA，准双向口模
式下拉电流120uA，在强推挽输出模式下，拉电流甚至可以有20mA。整片灌电流能力为120mA。强推挽输出模式是STC15系列单片机在基础机型上的改进。强推挽输出适合于PWM电路。3.典型发光二极管驱动电路通过I/0口驱动发光二极管共两种接法，如图3所示，在准I/0口模式下，如用高电平驱动，拉电流很小，驱动二极管时，需要外加三极管放大电流。因此驱动器件的时候最好采用灌电流模式，即引脚低电平驱动。LEDR1P01阳极驱动IKLED1入RIPO阴极驱动vcChIK图3典型发光二极管驱动电路4.不同模式的典型应用开漏模式用于3V/5V器件互联、推挽模式用于PWM、复位后PnMO，PnM1均为0，除了P2.0可选择为高低电平，其余引脚均为高电平。5.时钟电路和复位电路STC15F2K60S2的时钟共有内部RC振荡器、外接晶振时钟、外部振荡三种。是否使用内部时钟，RC振荡器可以在下载程序的时候通过页面选择是否使用和振荡频率。需要掌握的是外接晶振时钟电路。4
4 式下拉电流 120uA，在强推挽输出模式下，拉电流甚至可以有 20mA。整片灌电流能力为 120mA。 强推挽输出模式是 STC15 系列单片机在基础机型上的改 进。强推挽输出适合于 PWM 电路。 3. 典型发光二极管驱动电路 通过 I/O 口驱动发光二极管共两种接法，如图 3 所示，在 准 I/O 口模式下，如用高电平驱动，拉电流很小，驱动二极管 时，需要外加三极管放大电流。因此驱动器件的时候最好采用 灌电流模式，即引脚低电平驱动。 图 3 典型发光二极管驱动电路 4. 不同模式的典型应用 开漏模式用于 3V/5V 器件互联、推挽模式用于 PWM、复位 后 PnM0，PnM1 均为 0，除了 P2.0 可选择为高低电平，其余引 脚均为高电平。 5. 时钟电路和复位电路 STC15F2K60S2 的时钟共有内部 RC 振荡器、外接晶振时钟、 外部振荡三种。是否使用内部时钟，RC 振荡器可以在下载程 序的时候通过页面选择是否使用和振荡频率。需要掌握的是外 接晶振时钟电路
AT89S52XTAL130pFC11.0592MHz三广晶振EC30 pFXTAL2至内部时钟电路图4外接晶振时钟电路单片机的初始化操作，给复位脚RST加上大于24个时钟振荡周期+20μ的高电平就使STC15F2K60S2复位。典型的复位电路如图5所示，共有上电复位和按键复位两种模式。c+5VRSTKRRsAT89S52山Rk图5典型复位电路复位后典型SFR的值为：PC=0000H，（0000H~0002H的三个字节为无条件转移指令）PO=P1=P2=P3=P4=P5=0FFH（P2.0可在程序下载过程中选择为低电平）SP=07HAcc=0PSW=0B=05
5 图 4 外接晶振时钟电路 单片机的初始化操作，给复位脚 RST 加上大于 24 个时钟 振荡周期+20μ的高电平就使 STC15F2K60S2 复位。典型的复位 电路如图 5 所示，共有上电复位和按键复位两种模式。 图 5 典型复位电路 复位后典型 SFR 的值为： PC=0000H，（0000H~0002H 的三个字节为无条件转移指令） PO=P1=P2=P3=P4=P5=0FFH（P2.0 可在程序下载过程中选 择为低电平） SP=07H Acc=0 PSW=0 B=0
DPL=DPH=0五、作业1、I/0口有哪几种工作模式，如何设置工作模式。共需要几个SFR设置工作模式。P1M1=1OH，P1MO=56H，P1.0P1.7分别工作在什么模式？P3M1=33H，P3MO=55H，P3.0~P3.7分别工作在什么模式？2、单片机上电复位时，I/0口默认为代么工作模式？除了P2.0可以设置以外，其余均为高电平还是低电平？3、准双向口模式下漏电流为？拉电流为？强推挽模式下，漏电流为？拉电流为？4、PWM输出时采用代么模式？5v到3V器件电平切换采用什么模式？5、掌握典型发光二极管驱动电路。6、单个I/0口的驱动能力为？40引脚芯片整个芯片驱动能力为？7、请画出外部晶振时钟电路和外部复位电路。8、复位后主要SFR的值为：SP=，PC=PO=P1=P2=P3=。P2.0和其他引脚有什么不同点？六、参考文献1.丁向荣编，单片机微机原理与接口技术（第2版），北京：电子工业出版社，20182.张毅刚编，单片机原理及应用：C51编程+Proteus仿真（第2版），北京：高等教育出版社，20163.丁元杰编，单片微机原理及应用（第三版），北京：机械工业出6
6 DPL=DPH=0 五、作业 1、I/O 口有哪几种工作模式，如何设置工作模式。共需要 几个 SFR 设置工作模式。P1M1=10H，P1M0=56H，P1.0~P1.7 分 别工作在什么模式？P3M1=33H，P3M0=55H，P3.0~P3.7 分别工 作在什么模式？ 2、单片机上电复位时，I/O 口默认为什么工作模式？除 了 P2.0 可以设置以外，其余均为高电平还是低电平？ 3、准双向口模式下漏电流为？拉电流为？强推挽模式下， 漏电流为？拉电流为？ 4、PWM 输出时采用什么模式？5v 到 3V 器件电平切换采用 什么模式？ 5、掌握典型发光二极管驱动电路。 6、单个 I/O 口的驱动能力为？40 引脚芯片整个芯片驱动 能力为？ 7、请画出外部晶振时钟电路和外部复位电路。 8、复位后主要 SFR 的值为：SP= ，PC= ， P0=P1=P2=P3= 。P2.0 和其他引脚有什么不同点？ 六、参考文献 1. 丁向荣编，单片机微机原理与接口技术（第 2 版），北京：电子 工业出版社，2018. 2. 张毅刚编, 单片机原理及应用：C51编程+Proteus仿真（第2版）， 北京：高等教育出版社，2016. 3. 丁元杰编，单片微机原理及应用（第三版），北京：机械工业出
版社，20114.郭文川编，MCS-51单片机原理接口及应用，北京：电子工业出版社，20135.周航慈编，单片机应用程序设计技术（修订版），北京：北京航天航空大学出版社，20026.严洁编，单片机原理及其接口技术，北京，机械工业出版社，2010.七、课后记1.并行I/0口部分主要为记忆性知识点，可多次强调并提问加深同学们的掌握。2.并行口工作模式的控制为难点和重点，需要通过例题使得学生们充分掌握。3.带负载方式和负载电流的理解，虽然不是重点，但对学生理解硬件工作非常重要，需要耐心讲解，保证学生们充分理解。4.LED驱动电路、外部时钟电路、复位电路需要理解加掌握。7
7 版社，2011. 4. 郭文川编，MCS-51 单片机原理接口及应用，北京：电子工业出 版社，2013. 5. 周航慈编, 单片机应用程序设计技术（修订版），北京：北京航 天航空大学出版社，2002. 6. 严洁编, 单片机原理及其接口技术，北京，机械工业出版社， 2010. 七、课后记 1.并行 I/O 口部分主要为记忆性知识点，可多次强调并提 问加深同学们的掌握。 2.并行口工作模式的控制为难点和重点，需要通过例题使 得学生们充分掌握。 3.带负载方式和负载电流的理解，虽然不是重点，但对学 生理解硬件工作非常重要，需要耐心讲解，保证学生们充分理 解。 4.LED 驱动电路、外部时钟电路、复位电路需要理解加掌 握