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本章内容主要通过一些实践例程，来提高编程的熟练度，并且进行一些算法和技巧上的积累。介绍单片机IO口结构、上下拉电阻、蜂鸣器和继电器，数据类型转换、中断响应调整、位操作技巧、以及PWM等。在学习本章内容的时候，还是那句话，一定要能够达到不看教材，能够独立把程序做出来的效果，那样才能基本上掌握相关知识点和内容。 9.1单片机I/O口的结构上节课提到了单片机I/O口其中一种“准双向I/O”的内部结构，实际上单片机I/O口还有另外三种状态，分别是开漏、推挽、高阻态，通过图9-1来分析下另外这三种状态。 图9-1 单片机I/O结构示意图 前边介绍“准双向I/O”的时候是用三极管来说明的，出于严谨的态度，这里按照实际用MOS管示意。实际上三极管是靠电流导通，而MOS管是靠电压导通的，具体缘由和它们的内部构造有关系。在单片机I/O口状态这一块内容上，可以把MOS管当三极管来理解。在图9-1中，T1相当于一个PNP三极管，T2相当于一个NPN三极管。 准双向I/O口原理已经讲过了，开漏输出和准双向I/O的唯一区别，就是开漏输出把内部的上拉电阻去掉了。开漏输出如果要输出高电平时，T2关断，I/O电平要靠外部的上拉电阻才能拉成高电平，如果没有外部上拉电阻I/O电平就是一个不确定态。标准51单片机的P0口默认就是开漏输出，如果要用的时候外部需要加上拉电阻。而强推挽输出就是有比较强的驱动能力，如图9-1中第三张小图，当内部输出一个高电平时，通过MOS管直接输出电流，没有电阻的限流，电流输出能力也比较大；如果内部输出一个低电平，那反向电流也可以很大，强推挽的一个特点就是驱动能力强。 单片机I/O还有一种状态叫高阻态。通常用来做输入引脚的时候，可以将I/O口设置成高阻态，高阻态引脚本身如果悬空，用万用表测量的时候可能是高可能是低，它的状态完全取决于外部输入信号的电平，高阻态引脚对GND的等效电阻很大（理论上相当于无穷大，但实际上总是有限值而非无穷大），所以称之为高阻。 9.2上下拉电阻前边很多次提到了上拉电阻，下拉电阻，具体到底什么样的电阻算是上下拉电阻，上下拉电阻都有何作用呢？上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻拉到高电平，同时此电阻也起到一个限流作用，下拉就是下拉到低电平。 比如I/O设置为开漏输出高电平或者是高阻态时，默认的电平就是不确定的，外部经一个电阻接到VCC，也就是上拉电阻，那么相应的引脚就是高电平；经一个电阻到GND，也就是下拉电阻，那么相应的引脚就是一个低电平。 上拉电阻应用很多，都可以起到什么作用呢？主要先了解最常用的以下4点。 1、OC门要输出高电平，必须外部加上拉电阻才能正常使用，其实OC门就相当于单片机I/O的开漏输出，其原理可参照图9-1中的开漏电路。 2、加大普通I/O口的驱动能力。标准51单片机的内部I/O口的上拉电阻，一般都是在几十K欧，比如STC89C52内部是20K的上拉电阻，所以最大输出电流是250uA，因此外部加个上拉电阻，可以形成和内部上拉电阻的并联结构，增大高电平时电流的输出能力。 3、在电平转换电路中，比如前边讲的5V转12V的电路中，上拉电阻其实起到的是限流电阻的作用，可以回顾一下图3-8。 4、单片机中未使用的引脚，比如总线引脚，引脚悬空时，容易受到电磁干扰而处于紊乱状态，虽然不会对程序造成什么影响，但通常会增加单片机的功耗，加上一个对VCC的上拉电阻或者一个对GND的下拉电阻后，可以有效的抵抗电磁干扰。 那么在进行电路设计的时候，又该如何选择合适的上下拉电阻的阻值呢？ 1、从降低功耗的方面考虑应当足够大，因为电阻越大，电流越小。 2、从确保足够的引脚驱动能力考虑应当足够小，电阻小了，电流才能大。 3、在开漏输出时，过大的上拉电阻会导致信号上升沿变缓。实际电平的变化都是需要时间的，虽然很小，但永远都达不到零，而开漏输出时上拉电阻的大小就直接影响了这个上升过程所需要的时间，如图9-2所示。想一下，如果电阻很大，而信号频率又很快的话，最终将导致信号还没等上升到高电平就又变为低了，于是信号就无法正确传送了。 图9-2 上拉电阻阻值对波形的影响 综合考虑各种情况，常用的上下拉电阻值大多选取在1K到10K之间，具体到底多大通常要根据实际需求来选，通常情况下在标准范围内就可以，不一定是一个固定的值。
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