1、MC9S12XS單片機原理單片機原理及嵌入式系統開發及嵌入式系統開發輸入輸出端口模塊及其應用實例輸入輸出端口模塊及其應用實例第5章 MC9S12XS輸入/輸出端口模塊及其應用實例l 輸入/輸出端口簡介l 輸入/輸出端口寄存器及設置l 輸入/輸出端口應用實例l 智能車系統中輸入/輸出端口的應用 5.1 輸入輸入/輸出端口簡介輸出端口簡介 MC9S12XS系列內部有非常豐富的輸入系列內部有非常豐富的輸入/輸輸出端口資源，同時也集成了多種功能模塊，出端口資源，同時也集成了多種功能模塊，其輸入其輸入/輸出引腳大多為復用引腳。輸出引腳大多為復用引腳。MC9S12XS128通用通用I/O口包括口包括POR

2、TA、PORTB、PORTE、PORTK、PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH、PORTJ以及以及PORTAD。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 通用通用I/O口通過配置相應寄存器位，可以設置輸入口通過配置相應寄存器位，可以設置輸入/輸出端口、驅輸出端口、驅動能力、內置上拉動能力、內置上拉/下拉電阻使用、中斷輸入方式等多種功能。通過下拉電阻使用、中斷輸入方式等多種功能。通過對對DDR、I/O、RDR、PE、PS和和IE等寄存器的設置，用戶可以獲得等寄存器的設置，用戶可以獲得通用通用I/O口的不同工作方式。其中，口的不同工作方式。其中，DDR（數據

3、方向寄存器）設定（數據方向寄存器）設定I/O口為輸入口為輸入/輸出端口。數據寄存器（輸出端口。數據寄存器（I/O寄存器）用于設定寄存器）用于設定I/O口的高低口的高低電平。電平。RDR（驅動控制寄存器）用于設定（驅動控制寄存器）用于設定I/O口的輸出驅動能力。口的輸出驅動能力。PE（上拉（上拉/下拉使能寄存器）用于當下拉使能寄存器）用于當I/O口為輸入口時使能內置上拉電阻口為輸入口時使能內置上拉電阻或下拉電阻的使用。或下拉電阻的使用。PS（上拉（上拉/下拉選擇寄存器）當中斷允許位置位下拉選擇寄存器）當中斷允許位置位時，用于選擇上升沿觸發或下降沿觸發中斷；當使能內置上拉時，用于選擇上升沿觸發或下

4、降沿觸發中斷；當使能內置上拉/下拉下拉電阻時，用于選擇使用上拉電阻或下拉電阻。電阻時，用于選擇使用上拉電阻或下拉電阻。IE（中斷使能寄存器）（中斷使能寄存器）用于使能用于使能I/O口的中斷功能。口的中斷功能。 5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.1 PORTA、PORTB、PORTE和和PORTK1數據寄存器（數據寄存器（Px） 數據寄存器Px中的8位對應每個端口中的相應引腳，如果某端口的引腳被定義為輸出時，寫入數據寄存器Px中的數值，則從對應引腳輸出；如果某端口的引腳被定義為輸入時，可以讀取數據寄存器Px對應引腳的電平值。 需要注意PORTE端口是一個特例，它

5、的最低兩位只能為輸入口，所以PORTE端口的數據寄存器最低兩位是只讀位。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.1 PORTA、PORTB、PORTE和和PORTK2數據方向寄存器（數據方向寄存器（DDRx） DDRx決定對應引腳配置為輸出口還是輸入口，如果某位為“0”，則對應引腳設定為輸入口；如果某位為“1”，則對應引腳設定為輸出口。MCU復位后，DDRx值為0 x00，引腳默認為輸入口。 需要注意的是，PORTE端口是一個特例，它的最低兩位只能為輸入口，所以PORTE端口的數據方向寄存器最低兩位是只讀位，讀取這兩位始終返回“0”。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器

6、及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.1 PORTA、PORTB、PORTE和和PORTK3上拉電阻控制寄存器（上拉電阻控制寄存器（PUCR） PORTA、PORTB、PORTE和PORTK端口都有內置上拉電阻，PUCR有4位分別配置4個端口選擇使用內置上拉電阻，即第7、4、1和0位分別設置K、E、B和A端口。當控制位為“1”時，設定對應端口使用上拉電阻；當控制位為“0”時，禁止對應端口使用上拉電阻。MCU復位后，設定PORTK和PORTE端口使用上拉電阻，PORTB和PORTA端口禁用上拉電阻。 PUCR第6位設置BKGD引腳使用上拉電阻。當該位為“1”時，設定該端口使用上拉電阻；當控制位為“

7、0”時，禁止該端口使用上拉電阻。MCU復位后，該位為“1”， 引腳默認為使用內置上拉電阻。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.1 PORTA、PORTB、PORTE和和PORTK4驅動控制寄存器（驅動控制寄存器（RDR） 如果PORTA、PORTB、PORTE和PORTK端口為輸出口時，每個端口都可以設置其輸出驅動能力，RDR有4位分別設定4個端口輸出驅動能力，即第7、4、1和0位分別設置K、E、B和A端口。如果某個控制位為“1” 時，設定對應端口輸出驅動能力降低；如果某個控制位為“0”時，設定對應端口為正常驅動輸出方式。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸

8、出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 1數據寄存器（數據寄存器（PTx） 如果數據方向寄存器DDRx的對應位為“0”，即對應引腳定義為輸入時，讀取數據寄存器PTx的對應位，則為對應引腳的輸入電平值；如果DDRx的對應位為“1”，即對應引腳定義為輸出時，寫入PTx寄存器的對應位，則為對應引腳的輸出電平值。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 2輸入寄存器（輸入寄存器（PTIx） 輸入寄存器PTIx是一個只讀寄存器，如果DD

9、Rx的對應位為“0”，即對應引腳定義為輸入時，讀取PTIx總是返回引腳電平值；如果DDRx的對應位為“1”，即對應引腳定義為輸出時，利用PTIx可以監視對應引腳是否過載或短路。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 3數據方向寄存器（數據方向寄存器（DDRx） DDRx決定對應引腳配置為輸出口還是輸入口，如果某位為“0”，則對應引腳設定為輸入；如果某位為“1”，則對應引腳設定為輸出。復位后，DDRx值為0 x00，即MCU復位后引腳默認為輸入口。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端

10、口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 4驅動控制寄存器（驅動控制寄存器（RDRx） 如果端口為輸出口時，RDRx可以設置端口對應引腳的輸出驅動能力。如果RDRx某位為“1”，則對應引腳的輸出驅動能力為正常時的1/5；如果某位為“0”，則對應引腳輸出為正常驅動能力。復位后，驅動控制寄存器值為0 x00，即MCU復位后引腳默認為滿功率驅動輸出。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 5上拉上拉/下拉使能寄存器（下拉使能寄存器（PE

11、Rx） 如果端口為輸入口或者“線或”模式時，可以通過上拉/下拉使能寄存器PERx使能選擇使用內置上拉/下拉電阻。如果PERx某位為“1” 時，則對應引腳允許使用內置上拉/下拉電阻；如果某位為“0” 時，則對應引腳禁用內置上拉/下拉電阻。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 6上拉上拉/下拉選擇寄存器（下拉選擇寄存器（PPSx） 當某引腳被定義為輸入且使能內置上拉/下拉電阻時，上拉/下拉選擇寄存器PPSx用于選擇使用內置上拉或者下拉電阻。如果PPSx某位為“0”，則對應引腳使用上拉電阻；如

12、果某位為“1”，則對應引腳使用下拉電阻。 PORTP、PORTH和PORTJ三個端口都具有中斷功能，當某端口允許中斷時，PPSx還具有第二個作用，用于選擇該端口中的引腳中斷為上升沿觸發或下降沿觸發。當端口某引腳使能中斷時，當PPSx對應位為“0” 時，則該引腳中斷為下降沿觸發；當PPSx對應位為“1”，則該引腳中斷為上升沿觸發。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 7中斷使能寄存器（中斷使能寄存器（PIEx） PORTP、PORTH和PORTJ三個端口具有中斷功能，且都有中斷使能寄存器P

13、IEx，PIEx允許或者禁止相應端口的中斷請求。如果PIEx某位為“1”，則對應引腳允許中斷；如果某位為“0”，則對應引腳禁止中斷。復位后，中斷使能寄存器值為0 x00，MCU復位后關閉所有端口中斷請求。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 8中斷標志寄存器（中斷標志寄存器（PIFx） PORTP、PORTH和PORTJ三個端口具有中斷功能，且都有中斷標志寄存器PIFx。基于PPSx寄存器設置的邊沿觸發中斷方式，當端口相應引腳發生中斷，并產生有效電平時，則PIFx中的中斷引腳對應位被置位

14、。為了清除PIFx中的中斷標志位，需要向該位進行寫“1”操作。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.2 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ PORTP、PORTH和PORTJ三個端口的中斷向量地址及相關標志位、控制位如表5-2所示。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 1AD0數據寄存器數據寄存器0（PT0AD0） 當不使用AD功能時，如果AD0端口數據方向寄存器0DDR0AD0的對應位為“0”，即對應引腳定義為輸入時，

15、讀取PT0AD0的對應位，則為對應引腳的輸入電平值；如果DDR0AD0的對應位為“1”，即對應引腳定義為輸出時，寫入PT0AD0寄存器的對應位，則為對應引腳的輸出電平值。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 2AD0數據寄存器數據寄存器1（ PT1AD0） 當不使用AD功能時，如果AD0端口數據方向寄存器1DDR1AD0的對應位為“0”，即對應引腳定義為輸入時，讀取PT1AD0的對應位，則為對應引腳的輸入電平值；如果DDR1AD0的對應位為“1”，即對應引腳定義為輸出時，寫入PT1AD0

16、寄存器的對應位，則為對應引腳的輸出電平值。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 3AD0數據方向寄存器數據方向寄存器0（DDR0AD0） DDR0AD0決定AN00AN07對應引腳為輸出口還是輸入口，如果某位為“0”，則對應引腳設定為輸入口；如果某位為“1”，則對應引腳設定為輸出口。如果希望設置AD0端口為通用I/O口功能，ATD0DIEN（數字輸入使能）寄存器必須設置為“1”，關于ATD0DIEN寄存器的詳細介紹，請參閱第8章。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置

17、 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 4AD0數據方向寄存器數據方向寄存器1（DDR1AD0） DDR1AD0決定AN08AN15對應引腳為輸出口還是輸入口，如果某位為“0”，則對應引腳設定為輸入口；如果某位為“1”，則對應引腳設定為輸出口。如果希望設置AD0端口為通用I/O口功能，ATD0DIEN寄存器必須設置為“1”，關于ATD0DIEN寄存器的詳細介紹，請參閱第8章。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 5AD0驅動控制寄存器驅動控

18、制寄存器0（RDR0AD0） 如果端口為輸出口時，RDR0AD0可以設置端口對應引腳的輸出驅動能力。如果RDR0AD0某位為“1”，則對應引腳的輸出驅動能力為正常時的1/5；如果某位為“0”，則對應引腳輸出為正常驅動能力。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 6AD0驅動控制寄存器驅動控制寄存器1（RDR1AD0） 如果端口為輸出口時，RDR1AD0可以設置端口對應引腳的輸出驅動能力。如果RDR1AD0某位為“1”，則對應引腳的輸出驅動能力為正常時的1/5；如果某位為“0”，則對應引腳輸

19、出為正常驅動能力。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 7AD0上拉使能寄存器上拉使能寄存器0（PER0AD0） 如果端口為輸入口時，可以通過PER0AD0使能選擇使用內置上拉電阻。如果PER0AD0某位為“1” 時，則對應引腳允許使用內置上拉電阻；如果某位為“0” 時，則對應引腳禁用內置上拉電阻。5.2 輸入輸入/輸出端口寄存器及設置輸出端口寄存器及設置 5.2.3 PORTT、PORTS、PORTM、PORTP、PORTH和和PORTJ 8AD0上拉使能寄存器上拉使能寄存器1（PER

20、1AD0） 如果端口為輸入口時，可以通過PER1AD0使能選擇使用內置上拉電阻。如果PER1AD0某位為“1”時，則對應引腳允許使用內置上拉電阻；如果某位為“0” 時，則對應引腳禁用內置上拉電阻。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.1 控制輸出設備控制輸出設備LED實例實例 典型LED有陽極和陰極兩個引腳，LED在正向偏置的狀態下能夠發光，通過通用I/O口控制LED一個引腳，LED另外一個引腳接固定電平，即可實現LED的點亮控制。 本應用實例硬件連接如圖5.21所示，PORTB端口連接8只LED，通過編程實現LED流水燈操作。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應

21、用實例 5.3.1 控制輸出設備控制輸出設備LED實例實例 由電路圖可知，使用MC9S12XS128的PORTB端口控制8只LED，PORTB端口輸出低電平點亮相應LED。本例中流水燈的流動速度沒有實現精確控制，即延時時間沒有精確計算，本書后面章節會論述如何實現精確定時。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.1 控制輸出設備控制輸出設備LED實例實例流水燈應用實例程序清單如下所示。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.1 控制輸出設備控制輸出設備LED實例實例5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.2 讀取輸入設備撥碼開關狀態實例

22、讀取輸入設備撥碼開關狀態實例 通過讀取通用I/O口引腳的輸入電平值，可以獲悉輸入設備撥碼開關的狀態。本應用實例硬件連接如圖5.22所示。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.2 讀取輸入設備撥碼開關狀態實例讀取輸入設備撥碼開關狀態實例 由電路圖可知，通過MC9S12XS128的PORTA端口可以讀取8位撥碼開關狀態。本例依然使用圖5.21所示的控制LED電路，使用MC9S12XS128的PORTB端口控制8只LED燈，考慮通過8只LED燈的亮滅反映8位撥碼開關狀態的設置情況。5.3 輸入輸入/輸出端口應用實例輸出端口應用實例 5.3.2 讀取輸入設備撥碼開關狀態實例讀取輸

23、入設備撥碼開關狀態實例實例程序清單如下所示。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計 鍵盤多由多個按鍵組成，一般將其排列成陣列式，如圖5.23所示。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計 當沒有鍵按下時，行和列線之間是不相連的，若第N行第M列的鍵被按下，那么第N行與第M列的線就被接通。如果在列線上加上信號，根據行線的狀態，便可得知是否有鍵按下。如果在列線上逐行加上一個掃描信號，就可以判斷按鍵的位置。 根據上述原理，利用MC9S12XS128的一個或兩個端口就能

24、方便地實現擴展鍵盤接口。圖5.24給出了用MC9S12XS128的PORTA端口擴展44的鍵盤。PORTA端口的低4位作為行線，高4位作為列線。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計 PORTA端口的低4位設置為輸入、高4位設置為輸出（即DDRA=0 xF0）。通過PORTA的高4位逐列輸出低電平，同時讀取PORTA的低4位，將高4位的輸出狀態與讀取的低4位的狀態相“與”，然后查詢保存在RAM中的表就能判斷被按下鍵的位置

25、。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計 當然如果系統中的I/O端口資源緊張，也可以采用專用芯片來擴展鍵盤。在此介紹一款數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7289B。 ZLG7289B是廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片，可直接驅動8位共陰式數碼管（或64只獨立LED），同時還可以掃描管理多達64只按鍵。ZLG7289B內部含有譯碼器，可直接接收BCD碼或16進制碼，并同時具有兩種譯碼方式。此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 ZLG7289B采用SPI串行總

26、線與微控制器接口，僅占用少數幾根I/O口線。利用片選信號，ZLG7289B還可以并接在一起使用，能夠方便地實現多于8位的顯示或多于64只按鍵的應用。ZLG7289B的引腳如圖5.25所示。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.1 鍵盤接口設計鍵盤接口設計本節僅敘述使用ZLG7289B實現鍵盤擴展，將在5.4.2節介紹如何采用ZLG7289B擴展顯示功能。用ZLG7289B擴展44鍵盤的方案如圖5.26所示。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.2 鍵盤接口設計鍵盤接口設計本節僅敘述使用ZLG7289B實現鍵盤擴

27、展，將在5.4.2節介紹如何采用ZLG7289B擴展顯示功能。用ZLG7289B擴展44鍵盤的方案如圖5.26所示。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.2 LED顯示接口設計顯示接口設計LED（Light Emitting Diode）顯示是用發光二極管顯示字段的顯示器，也稱為數碼管，其外形結構如圖5.27所示，它由8個發光二極管構成，通過不同的組合可用來顯示09、AF及小數點。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.2 LED顯示接口設計顯示接口設計LED顯示器一般分為共陰極和共陽極兩種，共陰極是將8個發光二

28、極管陰極連接在一起作為公共端，而共陽極則是將8個發光二極管的陽極連接在一起作為公共端。以下敘述都以共陰極為例。數碼管的公共端相當于一個位選開關，一般稱為位碼開關。當該位處于高電平時，數碼管全滅；當該位處于低電平時，根據二極管陽極（一般稱為段碼或字形碼）的電平狀態，確定段碼是否點亮。段碼高電平時，該段碼亮；段碼低電平時，該段碼不亮。輸出相應的段碼值就可以控制LED顯示器的字形，表5-3中給出了段碼與字形的關系，假定段碼a、b、c、d、e、f、g、dp分別對應8位數字位D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.2 LED顯示接口設計顯示接口設計5.4 智能車系統中輸入智能車系統中輸入/輸出端口的應用輸出端口的應用 5.4.2 LED顯示接口設計顯示接口設計LED顯示接口一般采用靜態驅動和動態掃描兩種驅動方式。靜態驅動方式工作原理是每個LED顯示器用一個I/O端口驅動，亮度較高，功耗也較大，占用I/O端口多，顯示位數多時很少采用；動態掃描驅動方式工作原理是將多個顯示器的段碼同名端連接在一起，位碼分別控制，利用眼睛的余輝暫留效應實現顯示。只要保證一定的顯示刷新頻