單片機(jī)學(xué)習(xí)第三課--------理論學(xué)習(xí) 

對(duì)單片機(jī)的控制，其實(shí)就是對(duì)I/O口的控制，無(wú)論單片機(jī)對(duì)外界進(jìn)行何種控制，或接受外部的何種控制，都是通過(guò)I/O口進(jìn)行的。51單片機(jī)總共有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位雙向輸入輸出端口，每個(gè)端口都有鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。4個(gè)I/O端口都能作輸入輸出口用，其中P0和P2通常用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。

51系列單片機(jī)有4個(gè)I/O端口，每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器(即專用寄存器P0～P3)、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。通常把4個(gè)端口籠統(tǒng)地表示為P0～P3。

在無(wú)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每一位都可以作為準(zhǔn)雙向通用I/O端口使用。在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口分時(shí)作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。

51單片機(jī)4個(gè)I/O端口線路設(shè)計(jì)的非常巧妙，學(xué)習(xí)I/O端口邏輯電路，不但有利于正確合理地使用端口，而且會(huì)給設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍邏輯電路有所啟發(fā)。

下面簡(jiǎn)單介紹一下輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)。

1.P0口和P2的結(jié)構(gòu)

1.1 P0口的結(jié)構(gòu)：下圖為P0口的某位P0.n(n=0~7)結(jié)構(gòu)圖，它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制電路組成。從圖中可以看出，P0口既可以作為I/O用，也可以作為地址/數(shù)據(jù)線用。

1.2 P0口作為普通I/O口:

①輸出時(shí),CPU發(fā)出控制電平“0”封鎖“與”門，將輸出上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1截止，同時(shí)使多路開關(guān)MUX把鎖存器與輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管T2柵極接通。故內(nèi)部總線與P0口同相。由于輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)是漏極開路電路，若驅(qū)動(dòng)NMOS或其它拉流負(fù)載時(shí)，需要外接上拉電阻。P0的輸出級(jí)可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。

② 輸入時(shí)----分讀引腳或讀鎖存器

讀引腳：由傳送指令(MOV)實(shí)現(xiàn)；

   下面一個(gè)緩沖器用于讀端口引腳數(shù)據(jù)，當(dāng)執(zhí)行一條由端口輸入的指令時(shí)，讀脈沖把該三態(tài)緩沖器打開，這樣端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)緩沖器讀入到內(nèi)部總線。

讀鎖存器：有些指令 如：ANL P0，A稱為“讀-改-寫”  指令，需要讀鎖存器。上面一個(gè)緩沖器用于讀端口鎖存器數(shù)據(jù)。

**原因：如果此時(shí)該端口的負(fù)載恰是一個(gè)晶體管基極，且原端口輸出值為1，那么導(dǎo)通了的PN結(jié)會(huì)把端口引腳高電平拉低；若此時(shí)直接讀端口引腳信號(hào)，將會(huì)把原輸出的“1”電平誤讀為“0”電平?，F(xiàn)采用讀輸出鎖存器代替讀引腳，圖中，上面的三態(tài)緩沖器就為讀鎖存器Q端信號(hào)而設(shè)，讀輸出鎖存器可避免上述可能發(fā)生的錯(cuò)誤。**

說(shuō)明：

n       P0口必須接上拉電阻；

n       在讀信號(hào)之前數(shù)據(jù)之前，先要向相應(yīng)的鎖存器做寫1操作的I/O口稱為準(zhǔn)雙向口；

n       三態(tài)輸入緩沖器的作用：

n       （ANL P0，A）

準(zhǔn)雙向口：

    從圖中可以看出，在讀入端口數(shù)據(jù)時(shí)，由于輸出驅(qū)動(dòng)FET并接在引腳上，如果T2導(dǎo)通，就會(huì)將輸入的高電平拉成低電平，產(chǎn)生誤讀。所以在端口進(jìn)行輸入操作前，應(yīng)先向端口鎖存器寫“1”，使T2截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，變?yōu)楦咦杩馆斎搿＿@就是所謂的準(zhǔn)雙向口。   

2、P0作為地址/數(shù)據(jù)總線

在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，P0端口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，分為：

（1） P0引腳輸出地址/數(shù)據(jù)信息： CPU發(fā)出控制電平“1”，打開“與”門，又使多路開關(guān)MUX把CPU的地址/數(shù)據(jù)總線與T2柵極反相接通，輸出地址或數(shù)據(jù)。由圖上可以看出，上下兩個(gè)FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負(fù)載能力大大增強(qiáng)。

P0作為地址/數(shù)據(jù)總線----真正的雙向口

（2）P0引腳輸出地址/輸入數(shù)據(jù)： 輸入信號(hào)是從引腳通過(guò)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。此時(shí)，CPU自動(dòng)使MUX向下，并向P0口寫“1”，“讀引腳”控制信號(hào)有效，下面的緩沖器打開，外部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部總線。

二、P2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 .P2口作為普通I/O口：CPU發(fā)出控制電平“0” ，使多路開關(guān)MUX倒向鎖存器

輸出Q端，構(gòu)成一個(gè)準(zhǔn)雙向口。其功能與P1相同。

2．2 .P2口作為地址總線： 在系統(tǒng)擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器且容量超過(guò)256B (用MOVX @DPTR指令)時(shí)，CPU發(fā)出控制電平“1”，使多路開關(guān)MUX倒內(nèi)部地址線。此時(shí)，P2輸出高8位地址。

三．P1口、P3口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①P1口的一位的結(jié)構(gòu)

    它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路組成----準(zhǔn)雙向口。

②P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

一、作為通用I/O口與P1口類似----準(zhǔn)雙向口(W=1)

二、P3第二功能(Q=1)

此時(shí)引腳部分輸入(Q=1、W=1) ,部分輸出(Q=1、W輸出) 。

P3第二功能各引腳功能定義：

P3.0：RXD串行口輸入

P3.1：TXD串行口輸出

P3.2：INT0外部中斷0輸入

P3.3：INT1外部中斷1輸入

P3.4：T0定時(shí)器0外部輸入

P3.5：T1定時(shí)器1外部輸入

P3.6：WR外部寫控制

P3.7：RD外部讀控制

綜上所述：當(dāng)P0作為I/O口使用時(shí)，特別是作為輸出時(shí)，輸出級(jí)屬于開漏電路，必須外接上拉電阻才會(huì)有高電平輸出；如果作為輸入，必須先向相應(yīng)的鎖存器寫“1”，才不會(huì)影響輸入電平。

當(dāng)CPU內(nèi)部控制信號(hào)為“1”時(shí)，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，這時(shí)，P0口就無(wú)法再作為I/O口使用了。

P1、P2 和P3 口為準(zhǔn)雙向口, 在內(nèi)部差別不大, 但使用功能有所不同。 

    P1口是用戶專用 8 位準(zhǔn)雙向I/O口, 具有通用輸入/輸出功能, 每一位都能獨(dú)立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)有輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r(shí), 該位的鎖存器必須寫入“1”, 然后才能進(jìn)入輸入操作。

    P2口是 8 位準(zhǔn)雙向I/O口。外接I/O設(shè)備時(shí), 可作為擴(kuò)展系統(tǒng)的地址總線, 輸出高8位地址, 與P0 口一起組成 16 位地址總線。 對(duì)于 8031 而言, P2 口一般只作為地址總線使用, 而不作為I/O線直接與外部設(shè)備相連。

下一課將實(shí)際動(dòng)手操作IO，最簡(jiǎn)單的是控制LED和KEY，理論學(xué)習(xí)一定要努力哦。。。