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文檔簡介

1、8051引腳現(xiàn)在我們介紹8051單片機引腳及功能,8051系列各種芯片的引腳是相互兼容的,8051、8751、8031引腳均40腳雙列直插封裝形式。當然,不同芯片之間引腳也略有差異。8051單片機是高性能單片機,因受到引腳數(shù)目限制,所以不少引腳具有第二功能,各引腳功能簡要說明如下:  VCC(40腳)電源端5V    VSS(20腳)接地端365小站制作時鐘電路引腳XTAL2(18引腳)接外部晶體和微調(diào)電容。在8051片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端,振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需要采用外部時鐘電路時,該引腳輸入外時鐘脈沖要檢查8051的振蕩電路

2、是否正常工作,可用顯波器查看XTAL2端是否有脈沖輸出。時鐘電路引肢XTAL1(19)接部晶體的微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器輸入端。在采用外部時鐘時,該引腳必須接地。RST(9腳)RST是復位信號端,高電平有效。當此輸入端保持2個機器周期,即時4個時鐘振蕩周期的高電平時,就可以完成復位操作。RST引腳的第二個功能就是VPD,即備用電源輸入端。當主電源VCC發(fā)生故障,降低到規(guī)定值,就會將5V電源自動接入RST端,為RAM提供備用電源,以保證存儲在RAM中的信息不丟失,以使電源正常后能繼續(xù)工作。365小站制作ALE(30腳)地址鎖存允許端。當8051正常上電后,ALE引腳不斷向外

3、輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率FOSC的16。CPU訪問片外存儲器時,ALE輸出信號作為鎖存8位地址的控制信號。在CPU訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時,會丟失一個脈沖。平時不訪問片外存儲器時,ALE也會以16的振蕩頻率固定輸出正脈沖,因而ALE信號可以用來作定時信號。如果你想檢查一下8051的好壞,只需要用顯波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。ALE驅(qū)動能力為8個LS型TTL。此引腳第二功能是PROG,用于片內(nèi)帶有4KEPROM編程脈沖輸入端。PSEN(29腳)程序存儲器允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時,此端定時輸出脈沖作為讀片外程序存儲器的選通信號。此引腳接EPROM的OE端,PSEN端有效

4、,即允許讀出片外EPROM中的指令碼。CPU在外部EPROM取指期間,PSEN信號在每個機器周期中再次有效。PSEN端同樣可驅(qū)動8個ST型TTL。要檢查一個8051系統(tǒng)上電后CPU能否正確到EPROM中讀取指令,也可以用顯波器查看PSEN有無脈沖輸出,若有,證明基本是工作正常。EA(31腳)外部程序存儲器地址允許端。當EA引腳接高電平時,CPU訪問片內(nèi)EPROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令,但在程序計數(shù)器PC的值超過OFFFH時,將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當EA引腳接低電平時,CPU只訪問外部EPROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令,而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無片內(nèi)ROM的80

5、31,外擴EPROM必須將EA接地。如使用有片內(nèi)ROM的8051,外擴EPROM時,EA也要接地。P0口(32-39腳)P0口是一個漏極開路的8位準雙向I0口。作為漏極開路的輸出端口,每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載。當P0口作為輸入口使用時,應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0口的引腳全部浮空,可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。P1口(1-8腳)P1口是一個帶內(nèi)部上接電阻的準雙向IO口。P1的每一位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。在P1口作為輸入口使用時,應先向P1口鎖存器(地址90H)寫入全1,此時P1引腳由內(nèi)部上接電阻接成高電平。365小站制作P2口(2

6、1-28腳)P2口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向IO口。P2口每一位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3(21-28腳)P3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準雙向IO口。P3口每一位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口與其它IO口有較大區(qū)別,每個引腳還具有專門功能,關(guān)于這四個并行接口使用,我們今后再講。8051單片機I/O引腳工作原理一。P0端口的結(jié)構(gòu)及工作原理P0端口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖見下圖:下面,我們先就組成P0口的每個單元部份跟大家介紹一下:先看輸入緩沖器:在P0口中,有兩個三態(tài)的緩沖器,在學數(shù)字電路時,我們已知道,三態(tài)門有三個狀態(tài),即在其的輸出端可以是高電平。低電平,同時還有一種就是高阻狀態(tài)(

7、或稱為禁止狀態(tài)),大家看上圖,上面一個是讀鎖存器的緩沖器,也就是說,要讀取D鎖存器輸出端Q的數(shù)據(jù),那就得使讀鎖存器的這個緩沖器的三態(tài)控制端(上圖中標號為讀鎖存器端)有效。下面一個是讀引腳的緩沖器,要讀取P0.X引腳上的數(shù)據(jù),也要使標號為讀引腳的這個三態(tài)緩沖器的控制端有效,引腳上的數(shù)據(jù)才會傳輸?shù)轿覀儐纹瑱C的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。D鎖存器:構(gòu)成一個鎖存器,通常要用一個時序電路,時序的單元電路在學數(shù)字電路時我們已知道,一個觸發(fā)器可以保存一位的二進制數(shù)(即具有保持功能),在51單片機的32根I/O口線中都是用一個D觸發(fā)器來構(gòu)成鎖存器的。大家看上圖中的D鎖存器,D端是數(shù)據(jù)輸入端,CP是控制端(也就是時序控制信

8、號輸入端),Q是輸出端,Q非是反向輸出端。對于D觸發(fā)器來講,當D輸入端有一個輸入信號,如果這時控制端CP沒有信號(也就是時序脈沖沒有到來),這時輸入端D的數(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端Q非的。如果時序控制端CP的時序脈沖一旦到了,這時D端輸入的數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)絈及Q非端。數(shù)據(jù)傳送過來后,當CP時序控制端的時序信號消失了,這時,輸出端還會保持著上次輸入端D的數(shù)據(jù)(即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來了)。如果下一個時序控制脈沖信號來了,這時D端的數(shù)據(jù)才再次傳送到Q端,從而改變Q端的狀態(tài)。多路開關(guān):在51單片機中,當內(nèi)部的存儲器夠用(也就是不需要外擴展存儲器時,這里講的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器及程序存儲器)時,

9、P0口可以作為通用的輸入輸出端口(即I/O)使用,對于8031(內(nèi)部沒有ROM)的單片機或者編寫的程序超過了單片機內(nèi)部的存儲器容量,需要外擴存儲器時,P0口就作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。那么這個多路選擇開關(guān)就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為數(shù)據(jù)/地址總線使用的選擇開關(guān)了。大家看上圖,當多路開關(guān)與下面接通時,P0口是作為普通的I/O口使用的,當多路開關(guān)是與上面接通時,P0口是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用的。輸出驅(qū)動部份:從上圖中我們已看出,P0口的輸出是由兩個MOS管組成的推拉式結(jié)構(gòu),也就是說,這兩個MOS管一次只能導通一個,當V1導通時,V2就截止,當V2導通時,V1截止。與門。與非門:這兩個單

10、元電路的邏輯原理我們在第四課數(shù)字及常用邏輯電路時已做過介紹,不明白的同學請回到第四節(jié)去看看。前面我們已將P0口的各單元部件進行了一個詳細的講解,下面我們就來研究一下P0口做為I/O口及地址/數(shù)據(jù)總線使用時的具體工作過程。1.作為I/O端口使用時的工作原理P0口作為I/O端口使用時,多路開關(guān)的控制信號為0(低電平),看上圖中的線線部份,多路開關(guān)的控制信號同時與與門的一個輸入端是相接的,我們知道與門的邏輯特點是“全1出1,有0出0”那么控制信號是0的話,這時與門輸出的也是一個0(低電平),與讓的輸出是0,V1管就截止,在多路控制開關(guān)的控制信號是0(低電平)時,多路開關(guān)是與鎖存器的Q非端相接的(即P

11、0口作為I/O口線使用)。P0口用作I/O口線,其由數(shù)據(jù)總線向引腳輸出(即輸出狀態(tài)Output)的工作過程:當寫鎖存器信號CP有效,數(shù)據(jù)總線的信號鎖存器的輸入端D鎖存器的反向輸出Q非端多路開關(guān)V2管的柵極V2的漏極到輸出端P0.X。前面我們已講了,當多路開關(guān)的控制信號為低電平0時,與門輸出為低電平,V1管是截止的,所以作為輸出口時,P0是漏極開路輸出,類似于OC門,當驅(qū)動上接電流負載時,需要外接上拉電阻。下圖就是由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線向P0口輸出數(shù)據(jù)的流程圖(紅色箭頭)。P0口用作I/O口線,其由引腳向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入(即輸入狀態(tài)Input)的工作過程:數(shù)據(jù)輸入時(讀P0口)有兩種情況1.讀引腳讀芯片

12、引腳上的數(shù)據(jù),讀引腳數(shù)時,讀引腳緩沖器打開(即三態(tài)緩沖器的控制端要有效),通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入,請看下圖(紅色簡頭)。2.讀鎖存器通過打開讀鎖存器三態(tài)緩沖器讀取鎖存器輸出端Q的狀態(tài),請看下圖(紅色箭頭):在輸入狀態(tài)下,從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的,但也有例外。例如,當從內(nèi)部總線輸出低電平后,鎖存器Q0,Q非1,場效應管T2開通,端口線呈低電平狀態(tài)。此時無論端口線上外接的信號是低電乎還是高電平,從引腳讀入單片機的信號都是低電平,因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如,當從內(nèi)部總線輸出高電平后,鎖存器Q1,Q非0,場效應管T2截止。如外接引腳信號為低電平,從引腳上讀入的信號就與從鎖存

13、器讀入的信號不同。為此,8031單片機在對端口P0一P3的輸入操作上,有如下約定:為此,8051單片機在對端口P0一P3的輸入操作上,有如下約定:凡屬于讀-修改-寫方式的指令,從鎖存器讀入信號,其它指令則從端口引腳線上讀入信號。讀-修改-寫指令的特點是,從端口輸入(讀)信號,在單片機內(nèi)加以運算(修改)后,再輸出(寫)到該端口上。下面是幾條讀-修改-寫指令的例子。ANL P0,#立即數(shù);P0立即數(shù)P0ORL P0,A;P0AP0INC P1;P1+1P1DEC P3;P3-1P3CPL P2;P2P2這樣安排的原因在于讀-修改-寫指令需要得到端口原輸出的狀態(tài),修改后再輸出,讀鎖存器而不是讀引腳,

14、可以避免因外部電路的原因而使原端口的狀態(tài)被讀錯。P0端口是8031單片機的總線口,分時出現(xiàn)數(shù)據(jù)D7一D0.低8位地址A7一AO,以及三態(tài),用來接口存儲器。外部電路與外部設備。P0端口是使用最廣泛的IO端口。2.作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時的工作原理在訪問外部存儲器時P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用。這時多路開關(guān)控制信號為1,與門解鎖,與門輸出信號電平由“地址/數(shù)據(jù)”線信號決定;多路開關(guān)與反相器的輸出端相連,地址信號經(jīng)“地址/數(shù)據(jù)”線反相器V2場效應管柵極V2漏極輸出。例如:控制信號為1,地址信號為“0”時,與門輸出低電平,V1管截止;反相器輸出高電平,V2管導通,輸出引腳的地址信號為低電平。請看下

15、圖(蘭色字體為電平):反之,控制信號為“1”。地址信號為“1”,“與門”輸出為高電平,V1管導通;反相器輸出低電平,V2管截止,輸出引腳的地址信號為高電平。請看下圖(蘭色字體為電平):可見,在輸出“地址/數(shù)據(jù)”信息時,V1.V2管是交替導通的,負載能力很強,可以直接與外設存儲器相連,無須增加總線驅(qū)動器。P0口又作為數(shù)據(jù)總線使用。在訪問外部程序存儲器時,P0口輸出低8位地址信息后,將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線,以便讀指令碼(輸入)。在取指令期間,“控制”信號為“0”,V1管截止,多路開關(guān)也跟著轉(zhuǎn)向鎖存器反相輸出端Q非;CPU自動將0FFH(11111111,即向D鎖存器寫入一個高電平1)寫入P0口鎖存器,使V

16、2管截止,在讀引腳信號控制下,通過讀引腳三態(tài)門電路將指令碼讀到內(nèi)部總線。請看下圖如果該指令是輸出數(shù)據(jù),如MOVX DPTR,A(將累加器的內(nèi)容通過P0口數(shù)據(jù)總線傳送到外部RAM中),則多路開關(guān)“控制”信號為1,“與門”解鎖,與輸出地址信號的工作流程類似,數(shù)據(jù)據(jù)由“地址/數(shù)據(jù)”線反相器V2場效應管柵極V2漏極輸出。如果該指令是輸入數(shù)據(jù)(讀外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器),如MOVX A,DPTR(將外部RAM某一存儲單元內(nèi)容通過P0口數(shù)據(jù)總線輸入到累加器A中),則輸入的數(shù)據(jù)仍通過讀引腳三態(tài)緩沖器到內(nèi)部總線,其過程類似于上圖中的讀取指令碼流程圖。通過以上的分析可以看出,當P0作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時,

17、在讀指令碼或輸入數(shù)據(jù)前,CPU自動向P0口鎖存器寫入0FFH,破壞了P0口原來的狀態(tài)。因此,不能再作為通用的I/O端口。大家以后在系統(tǒng)設計時務必注意,即程序中不能再含有以P0口作為操作數(shù)(包含源操作數(shù)和目的操作數(shù))的指令。二。P1端口的結(jié)構(gòu)及工作原理P1口的結(jié)構(gòu)最簡單,用途也單一,僅作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口使用。輸出的信息有鎖存,輸入有讀引腳和讀鎖存器之分。P1端口的一位結(jié)構(gòu)見下圖。由圖可見,P1端口與P0端口的主要差別在于,P1端口用內(nèi)部上拉電阻R代替了P0端口的場效應管T1,并且輸出的信息僅來自內(nèi)部總線。由內(nèi)部總線輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反相和場效應管反相后,鎖存在端口線上,所以,P1端口是具有輸

18、出鎖存的靜態(tài)口。P1口的結(jié)構(gòu)相對簡單,前面我們已詳細的分析了P0口,只要大家認真的分析了P0口的工作原理,P1口我想大家都有能力去分析,這里我就不多論述了。單片機復位后,各個端口已自動地被寫入了1,此時,可直接作輸入操作。如果在應用端口的過程中,已向P1一P3端口線輸出過0,則再要輸入時,必須先寫1后再讀引腳,才能得到正確的信息。此外,隨輸入指令的不同,H端口也有讀鎖存器與讀引腳之分。三。P2端口的結(jié)構(gòu)及工作原理:P2端口的一位結(jié)構(gòu)見下圖:由圖可見,P2端口在片內(nèi)既有上拉電阻,又有切換開關(guān)MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特點。這主要表現(xiàn)在輸出功能上,當切換開關(guān)向下接通時,從

19、內(nèi)部總線輸出的一位數(shù)據(jù)經(jīng)反相器和場效應管反相后,輸出在端口引腳線上;當多路開關(guān)向上時,輸出的一位地址信號也經(jīng)反相器和場效應管反相后,輸出在端口引腳線上。對于8031單片機必須外接程序存儲器才能構(gòu)成應用電路(或者我們的應用電路擴展了外部存儲器),而P2端口就是用來周期性地輸出從外存中取指令的地址(高8位地址),因此,P2端口的多路開關(guān)總是在進行切換,分時地輸出從內(nèi)部總線來的數(shù)據(jù)和從地址信號線上來的地址。因此P2端口是動態(tài)的I/O端口。輸出數(shù)據(jù)雖被鎖存,但不是穩(wěn)定地出現(xiàn)在端口線上。其實,這里輸出的數(shù)據(jù)往往也是一種地址,只不過是外部RAM的高8位地址。在輸入功能方面,P2端口與P0和H端口相同,有讀

20、引腳和讀鎖存器之分,并且P2端口也是準雙向口。可見,P2端口的主要特點包括:不能輸出靜態(tài)的數(shù)據(jù);自身輸出外部程序存儲器的高8位地址;執(zhí)行MOVX指令時,還輸出外部RAM的高位地址,故稱P2端口為動態(tài)地址端口。即然P2口可以作為I/O口使用,也可以作為地址總線使用,下面我們就不分析下它的兩種工作狀態(tài)。1.作為I/O端口使用時的工作過程當沒有外部程序存儲器或雖然有外部數(shù)據(jù)存儲器,但容易不大于256B,即不需要高8位地址時(在這種情況下,不能通過數(shù)據(jù)地址寄存器DPTR讀寫外部數(shù)據(jù)存儲器),P2口可以I/O口使用。這時,“控制”信號為“0”,多路開關(guān)轉(zhuǎn)向鎖存器同相輸出端Q,輸出信號經(jīng)內(nèi)部總線鎖存器同相

21、輸出端Q反相器V2管柵極V2管9漏極輸出。由于V2漏極帶有上拉電阻,可以提供一定的上拉電流,負載能力約為8個TTL與非門;作為輸出口前,同樣需要向鎖存器寫入“1”,使反相器輸出低電平,V2管截止,即引腳懸空時為高電平,防止引腳被鉗位在低電平。讀引腳有效后,輸入信息經(jīng)讀引腳三態(tài)門電路到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。2.作為地址總線使用時的工作過程P2口作為地址總線時,“控制”信號為1,多路開關(guān)車向地址線(即向上接通),地址信息經(jīng)反相器V2管柵極漏極輸出。由于P2口輸出高8位地址,與P0口不同,無須分時使用,因此P2口上的地址信息(程序存儲器上的A15A8)功數(shù)據(jù)地址寄存器高8位DPH保存時間長,無須鎖存。四。P3端口的結(jié)構(gòu)及工作原理P3口是一個多功能口,它除了可以作為I/O口外,還具有第二功能,P3端口的一位結(jié)構(gòu)見下圖。由上圖可見,P3端口和Pl端口的結(jié)構(gòu)相似,區(qū)別僅在于P3端口的各端口線有兩種功能選擇。當處于第一功能時,第二輸出功能線為1,此時,內(nèi)部總線信號經(jīng)鎖存器和場效應管輸入/輸出,其作用與P1端口作用相同,也是靜態(tài)準雙向I/O端口。當處于第二功能時,鎖存器

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