代码收藏家技术教程 2024-03-26

STC8H系列单片机GPIO基础知识入门教程（一）

一、I/O口工作模式

IO口即输入输出口，STC8H系列单片机支持四种工作模式，即准双向口、推挽输出、高阻输入、开漏输出，每个IO通过两个寄存器进行配置，如下图所示，注：n = 0,1,2,3,4,5,6,7。

PnM1	PnM0	I/O口工作模式
0	0	准双向口（弱上拉），灌电流可达20mA，拉电流150-270uA
0	1	推挽输出，强上拉输出，可达20mA，需加限流电阻
1	0	高阻输入，电流既不能流入也不能流出
1	1	开漏输出，内部上拉电阻断开

PnM1和PnM0各一个字节八个bit，对应Pn.0 – Pn.7。

例：P0M0的第0位和P0M1的第0位组合起来配置P0.0口的模式。

1.1、准双向口

准双向口即可作为输入也可作为输出，一般用于按键检测、IO口时序控制等等。

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

1.2、推挽输出

推挽输出驱动电流可达20mA，一般用于驱动LED灯、蜂鸣器等。

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

1.3、高阻输入

当I/O口配置为高阻输入工作模式时，没有片内上拉MOSFET、上拉电阻和下拉MOSFET，I/O端口引脚处于完全悬空状态。该工作模式最大好处是：把I/O口配置为高阻输入模式时，其消耗的输入电流主要由外置的上拉电阻确定，可以做的仅可能的低功耗，单片机自身I/O口处于高阻输入工作模式，消耗电流非常小。

当STC8系列单片机I/O口配置为高阻输入工作模式时，一定在对应I/O端口引脚上外置上拉电阻，保证I/O口输入电平的稳定。

高阻态情况下，IO口输入电阻很大，不容易干扰那些输出电阻较大、驱动能力弱的装置输出到IO口上的电平。

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

1.4、开漏输出

该工作模式与准双向口和推挽输出工作模式最大的不同是：其无上拉MOSFET，即MOS管漏极处于断开状态；开漏输出的好处就是可以方便调节输出电平，需要外接上拉电阻，调节上拉电阻的大小进而调节驱动电流大小；

开漏输出的这一特性另一个好处在于可以实现“线与”功能，所谓的“线与”指的是多个信号线直接连接在一起，只有当所有信号全部为高电平时，合在一起的总线为高电平；只要有任意一个或者多个信号为低电平，则总线为低电平。而推挽输出就不行，如果高电平和低电平连在一起，会出现电流倒灌，损坏器件；

一般IIC总线上挂接多个从机，需要线与进行仲裁，所以IIC常常采用开漏输出，需要外接上拉电阻；IIC不同通信速率上升沿有不同的要求，调节上拉电阻大小进而改变上升沿的时间。

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

二、发光二极管

发光二极管通常称为LED，不同颜色的LED正向导通电压不一样，如下为常规参考数据，实际以不同型号LED技术手册为准。

LED限流电阻计算方法：限流电阻 =（供电电压-正向电压）/正向电流，即R=(VCC-VF)/IF。

例：红色直插LED的正向电压为2.0V，正向电流为20mA，电源电压为5V，则 R=(5-2.0)/0.02=150Ω ，P=I*I*R=0.02*0.02*150=0.06 W< 0.25W (0805封装电阻功率) 所以采用150Ω/0805 电阻即可。

三、发光二极管控制电路

1、LED1、LED2、LED3、LED4均接3.3V单片机IO口；

2、采用推挽输出控制，高电平点亮LED，低电平熄灭LED；

3、为了降低LED的亮度，因此这里采用1K限流电阻，降低亮度。

四、3.3V/5V不同电压IO互连处理

1、单片机工作在3.3V，需要直连5V外部器件，如果对应的I/O口作为输入，可在I/O口上串接一个隔离二极管，隔离高压部分，状态逻辑如下： a、当外部信号电压高于单片机工作电压二极管处于截止状态，I/O因内部上拉到高电平，所以单片机读取到I/O口状态为高电平； b、当外部信号电压为低时二极管导通，因为硅二极管导通压降一般为0.5-0.7V，I/O被钳位在0.5V-0.7V，小于0.8V时，单片机读取到I/O口状态为高电平；

参考电路如下：

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

2、单片机工作在3.3V，需要直连5V外部器件，如果对应的I/O口作为输出，可用一个NPN三极管隔离，参考电路如下：

摘自STC8H系列单片机技术参考手册

五、示例代码

#include "STC8H.h" //头文件，包含单片机寄存器和特殊寄存器地址的声明

#define	LED1	P41 //宏定义，预处理命令，相当于给指定的字符串起一个别名
#define	LED2	P73 //宏定义
#define	LED3	P72 //宏定义
#define	LED4	P71 //宏定义

/*主函数*/
void main(void)
{
	/*
	1字节=8位(1 byte = 8bit)，c语言中这样表示进制：
	二进制前缀 0b或者0B
	十六进制前缀 0X或者0X
	如0x11 = 0b00010001
	*/
	P4M1 = 0X00; P4M0 = 0X02; //将P41设置为推挽输出模式
	P7M1 = 0X00; P7M0 = 0X0E; //将P71、P72、P73设置为推挽输出模式
	LED1 = 1; //P41设置为高电平，点亮LED1
	LED2 = 1; //P73设置为高电平，点亮LED2
	LED3 = 1; //P72设置为高电平，点亮LED3
	LED4 = 1; //P71设置为高电平，点亮LED4	
	while(1);
	/*
	while(1);的作用：
	大部分还是为了防止程序跑飞，因为很多时候执行完某段程序后单片机的
	程序指针PC（就是程序指针）并不会停止，仍然会继续从ROM中读取指令
	并执行，这样一来可能会出现程序跑飞的情况，进而出现不确定的结果，
	我们加个while(1)就能让程序在执行完后在原地循环，相当于停在原地，
	防止跑飞。
	*/
}