數(shù)碼管譯碼芯片驅(qū)動和單片機IO口介紹

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