MCS-51單片機IO口詳解

1、單片機IO 口結(jié)構(gòu)及上拉電阻MCS-51 有 4組 8位 I/O 口： PCX P1、P2和 P3 口，P1、P2和 P3為準雙向口,P0 口則為雙向三態(tài)輸入輸出口，下面我們分別介紹這幾個口線。一、P0 口和 P2 口圖1和圖2為P0 口和P2 口其中一位的電路圖。由圖可見，電路中包含一 個數(shù)據(jù)輸出鎖存器（D觸發(fā)器）和兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器，另外還有一個數(shù)據(jù) 輸出的驅(qū)動（T1和T2）和控制電路。這兩組口線用來作為 CPUW外部數(shù)據(jù)存儲 器、外部程序存儲器和I/O擴展口，而不能象P1、P3直接用作輸出口。它們一 起可以作為外部地址總線，P0 口身兼兩職，既可作為地址總線，也可作為數(shù)據(jù) 總線。讀鎖

2、存器內(nèi)部信鰻寫讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制 Vw網(wǎng)口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu)圖1單片機P0 口內(nèi)部一位結(jié)構(gòu)圖讀鎖存器內(nèi)部總踐寫讀引腳F2 口或存器和沖器結(jié)構(gòu)圖2單片機P0 口內(nèi)部一位結(jié)構(gòu)圖P2 口作為外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器的地址總線的高8位輸出口AB8-AB15 P0 口由ALE選通作為地址總線的低 8位輸出口 AB0-AB7外部的程 序存儲器由PSEM言號選通，數(shù)據(jù)存儲器則由 WF RD讀寫信號選通，因為 2A16=64k，所以MCS-51最大可外接64kB的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。二、P1 口圖3為P1 口其中一位的電路圖，P1 口為8位準雙向口，每一位均可單獨定 義為輸入或輸出口，當(dāng)作為輸入口時，

3、1寫入鎖存器，Q（非）=0 , T2截止，內(nèi)上 拉電阻將電位拉至"1",此時該口輸出為1,當(dāng)0寫入鎖存器，Q（非）=1,T2導(dǎo)通, 輸出則為0。讀鎖存器內(nèi)部總錢寫讀引腳F2 口或存器和爆沖器結(jié)構(gòu)圖3單片機P2 口內(nèi)部一位結(jié)構(gòu)圖作為輸入口時，鎖存器置1, Q（非）=0 , T2截止，此時該位既可以把外部電路拉成低電平，也可由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平，正因為這個原因，所以 P1 口 常稱為準雙向口。需要說明的是，作為輸入口使用時，有兩種情況1. 首先是讀鎖存器的內(nèi)容，進行處理后再寫到鎖存器中，這種操作即讀一修改一寫操作，象JBC（邏輯判斷）、CPL敞反）、INC（遞增）、DEC瘞

4、減）、ANL« 邏輯）和ORL程輯或）指令均屬于這類操作。2. 讀P1 口線狀態(tài)時，打開三態(tài)門 G2,將外部狀態(tài)讀入CPU三、P3 口P3 口的電路如圖4所示，P3 口為準雙向口，為適應(yīng)引腳的第二功能的需要, 增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。由 于第二功能信號有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。讀鎖存器Vcc第二輸出功能f內(nèi)部總房一一寫一一讀引腳第二輸入功能F3 口筑謖輯電路圖<圖4單片機P0 口內(nèi)部一位結(jié)構(gòu)圖P3 口的輸入輸出及P3 口鎖存器、中斷、定時/計數(shù)器、串行口和特殊功能 寄存器有關(guān)，P3 口的第一功能和P1 口一樣可作為輸入輸出端

5、口，同樣具有字節(jié) 操作和位操作兩種方式，在位操作模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。我們著重討論P3 口的第二功能，P3 口的第二功能各管腳定義如下:-P3.0 串行輸入口（RXD）-P3.1串行輸出口 （TXD）-P3.2外中斷 0(INT0)-P3.3外中斷 1(INT1)-P3.4 定時/計數(shù)器0的外部輸入口 (T0)-P3.5 定時/計數(shù)器1的外部輸入口 (T1)-P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(WR)-P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(RD)對于第二功能為輸出引腳，當(dāng)作I/O 口使用時，第二功能信號線應(yīng)保持高 電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出口數(shù)據(jù)輸出通路暢通無阻。而當(dāng)作 第二功能口

6、線使用時，該位的鎖存器置高電平，使與非門對第二功能信號的輸 出是暢通的，從而實現(xiàn)第二功能信號的輸出。對于第二功能為輸入的信號引腳， 在口線上的輸入通路增設(shè)了一個緩沖器，輸入的第二功能信號即從這個緩沖器 的輸出端取得。而作為I/O 口線輸入端時，取白三態(tài)緩沖器的輸出端。這樣， 不管是作為輸入口使用還是第二功能信號輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第 二功能輸出信號線均應(yīng)置“ 1”。四、IO 口工作原理1. P0 作為地址數(shù)據(jù)總線時，T1和T2是一起工作的，構(gòu)成推挽結(jié)構(gòu)。高電 平時，T1打開，T2截止；低電平時，T1截止，T2打開。這種情況下不用外接 上拉電阻.而且，當(dāng)T1打開,T2截止，輸出高電平的

7、時候，因為內(nèi)部電源直接通過 T1輸出到P0口線上，因此驅(qū)動能力(電流)可以很大，這就是為什么教科書上說可 以"驅(qū)動8個TTL負載"的原因。2. P0 作為一般端口時，T1就永遠的截止，T2根據(jù)輸出數(shù)據(jù)0導(dǎo)通和1截止，導(dǎo)通時拉地，當(dāng)然是輸出低電平；要輸出高電平，T2就截止，P0 口就沒有輸出了，（注意，這種情況就是所謂的高阻浮空狀態(tài)），如果加上外部上拉電阻， 輸出就變成了高電平1。3. 其他端口 P1、P2和P3,在內(nèi)部直接將P1 口中的T1換成了上拉電阻，所 以不用外接，但內(nèi)部上拉電阻太大，電流太小，有時因為電流不夠，也會再并一個上拉電阻。4. 在某個時刻，P0 口上輸出的

8、是作為總線的地址數(shù)據(jù)信號還是作為普通I/O 口的電平信號，是依靠多路開關(guān)MUX切換的。而MU油切換，又是根據(jù)單片 機指令來區(qū)分的。當(dāng)指令為外部存儲器/IO 口讀/寫時，比如MOVXA,DPTRMUX 是切換到地址/數(shù)據(jù)總線上；而當(dāng)普通 MO戲送指令操作P0 口時,MUX是切換到 內(nèi)部總線上的。5. P0 、P1、P2、P3 口用于輸入時，需要寫1使IO下拉的MO翦截止，以免MO翦導(dǎo)通將輸入拉底為0,當(dāng)一直用于輸入時不用置1 （先使用該IO輸出， 該IO鎖存器里可能是0,再用該IO輸入則會使MO翦導(dǎo)通），將IO寫1后， 該IO鎖存器不會變了，所以再一直用于輸入不用置1。p0用于地址數(shù)據(jù)線時輸入不

9、用寫1,因為MU滋和鎖存器相連。PS:Because Ports 1,2, and 3 have fixed internal pullups, they are sometimes called “quasbidirectional ” ports.因為端口 1、2、3有固定的內(nèi)部上拉，所以有時候他們被稱為"準雙向"口tfional，becdiirse whenPort 0, on the other hand, is considered configured as an input it floats.端口 0,從另外一方面來說，就被 認為是"真正的&quo

10、t;雙向，因為當(dāng)它被設(shè)置為 輸入的時候是浮空（高阻態(tài)）的。五、P0 口上拉電阻選擇如果是驅(qū)動led，那么用1K左右的就行了。如果希望亮度大一些，電阻可 減小，最小不要小于200歐姆，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可 增大，增加到多少呢，主要看亮度情況，以亮度合適為準，一般來說超過3K以上時，亮度就很弱了，但是對于超高亮度的 LED有時候電阻為10K時覺得亮度 還能夠用。我通常就用1k的。對于驅(qū)動光耦合器，如果是高電位有效，即耦合器輸入端接端口和地之間， 那么和LED的情況是一樣的；如果是低電位有效，即耦合器輸入端接端口和 VCC 之間，那么除了要串接一個1 4.7k之間的電阻以外，同時

11、上拉電阻的阻值 就可以用的特別大，用100k500K之間的都行，當(dāng)然用10K的也可以，但是考 慮到省電問題，沒有必要用那么小的。對于驅(qū)動晶體管，又分為 PN牙日NP澹兩種情況：對于NPN毫無疑問NPN 管是高電平有效的，因此上拉電阻的阻值用 2K20K之間的，具體的大小還要看 晶體管的集電極接的是什么負載，對于 LED類負載，由于發(fā)管電流很小，因此 上拉電阻的阻值可以用20k的，但是對于管子的集電極為繼電器負載時，由于 集電極電流大，因此上拉電阻的阻值最好不要大于4.7K,有時候甚至用2K的。對于PN窄，毫無疑問PN窄是低電平有效的，因此上拉電阻的阻值用 100K以 上的就行了，且管子的基極必須串接一個 110K的電阻，阻值的大小要看管子 集電極的負載是什么，對于LED類負載，由于發(fā)光電流很小，因此基極串接的 電阻的阻值可以用20k的，但是對于管子的集電極為繼電器負載時，由于集電 極電流大，因此基極電阻的阻值最好不要大于 4.7K。對于驅(qū)動TTL集成電路，上拉電阻的阻值要用 110K之間的，有時候電阻