51單片機各引腳及端口詳解

1、51單片機各引腳及端口詳解51單片機引腳功能：MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照一一單片機引腳圖：lP0口8位雙向口線（在引腳的3932號端子）。lP1口8位雙向口線（在引腳的18號端子）。lP2口8位雙向口線（在引腳的2128號端子）。lP2口8位雙向口線（在引腳的1017號端子）。這4個I/O口具有不完全相同的功能，大家可得學(xué)好了，其它書本里雖然有，但寫的太深，對于初學(xué)者來說很難理解的，我這里都是按我自已的表達(dá)方式來寫的，相信你也能夠理解的。P0口有三個功能：1、外部擴展存儲器時,當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口）2、外部擴展存儲器時,當(dāng)作地址

2、總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口）3、不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做1/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個功能：1、擴展外部存儲器時，當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個功能：除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（ALE/PR0G）編程電壓（25V）：31腳（EA/

3、Vpp）接觸過工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池這個電池是干什么用的呢這就是單片機的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時，備用電源就會經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會丟失。在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個什么東東呢他起什么作用呢都說了是電阻那當(dāng)然就是一個電阻啦,當(dāng)作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源;所以如果P0口如果作為輸入時，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。ALE地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時,ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低

4、位地址和數(shù)據(jù)的隔離。參見圖2（8051擴展2KBEEPROM電路,在圖中ALE與4LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對外部進(jìn)行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，當(dāng)系統(tǒng)中未使用外部存儲器時,ALE腳也會有六分之一的固定頻率輸出，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。PSEN外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時PSEN低電平有效,以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。1、內(nèi)部ROM讀取時,PSEN不動作；2、外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；3、外部RAM讀取時，兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出；4、外接ROM時與ROM的OE腳

5、相接。參見圖2（8051擴展2KBEEPROM電路,在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接）EA/VPP訪問和序存儲器控制信號1、接高電平時：CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ROM）擴展外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時自動讀取外部ROM。2、接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。3、8751燒寫內(nèi)部EPROM時,利用此腳輸入21V的燒寫電壓。RST復(fù)位信號：當(dāng)輸入的信號連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時,此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容;當(dāng)使用外部

6、時鐘時,用于接外部時鐘脈沖信號。VCC：電源+5V輸入VSS：GND接地。8031各端口工作原理講解并行端口P0端口總線I/O端口，雙向，三態(tài)，數(shù)據(jù)地址分時復(fù)用，該端口除用于數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，在8031單片機外接程序存儲器時,還分時地輸出/輸入地址/指令。由Po端口輸出的信號無鎖存,輸入的信息有讀端口引腳和讀端口鎖存器之分。P0端口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖見下圖：由上圖可見,P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關(guān)與相應(yīng)控制電路、場效應(yīng)管驅(qū)動電路構(gòu)成。在輸出狀態(tài)下，當(dāng)切換開關(guān)MUX向下時，從內(nèi)部總線來的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反相和場效應(yīng)管T2反相,輸出到端口引腳線上。此時，場效應(yīng)管T1關(guān)斷,因而這種輸出方式應(yīng)

7、為外接上拉電阻的漏極開路式。當(dāng)切換開關(guān)MUX向上時，一位地址/數(shù)據(jù)信號分時地輸出到端口線上。此夕卜,由T1、T2的通斷組合，形成高電平、低電平與高阻浮動三態(tài)的輸出。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(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后,鎖存器Q=0,Q=1，場效應(yīng)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(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后,鎖存器Q=1,Q=0,場效應(yīng)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器讀入的信號不同。為此,8031單片

8、機在對端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：為此,8031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。下面是幾條讀一修改-寫指令的例子。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，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-D0、低8位地址A7-AO,以及三態(tài)，用來接口存儲器、外部電路與外部設(shè)備。P

9、0端口是使用最廣泛的I/O端口。P1端口：通用I/0端口，準(zhǔn)雙向靜態(tài)口。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(yīng)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(yīng)管反相后，鎖存在端口線上，所以,P1端口是具有輸出鎖存的靜態(tài)口。由下圖可見，要正確地從引腳上讀入外部信息，必須先使場效應(yīng)管關(guān)斷,以便由外部輸入的信息確定引腳的狀態(tài)。為此在作引腳讀入前，必須先對該端口寫入丨。具有這種操作特點的輸入/輸出端口，稱為準(zhǔn)雙向I/O口。8031單片機的P1、P2、P

10、3都是準(zhǔn)雙向口。P0端口由于輸出有三態(tài)功能，輸入前,端口線已處于高阻態(tài)，無需先寫入1后再作讀操作。單片機復(fù)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(yīng)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。Pl端口是51單片機中唯一僅有的單功能I/O端口，并且沒有特定的專用功能，輸出信號鎖存在引腳上。P2端口：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(dāng)切換

11、開關(guān)MUX向左時，從內(nèi)部總線輸出的一位數(shù)據(jù)經(jīng)反相器和場效應(yīng)管反相后，輸出在端口引腳線上;當(dāng)MUX向右時，輸出的一位地址信號也經(jīng)反相器和場效應(yīng)管反相后，輸出在端口引腳線上。由于8031單片機必須外接程序存儲器才能構(gòu)成應(yīng)用電路，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端口的切換開關(guān)MUX總是在進(jìn)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，有讀引腳和讀鎖存器

12、之分，并且P2端口也是準(zhǔn)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。(這是針對8031說的，P2端口的描述與8051的不同。8051有內(nèi)部的ROM,無需外加ROM,所以8051的P2可以輸出靜態(tài)的數(shù)據(jù)。也可以作為外部存儲器的地址總線。)P3端口：雙功能靜態(tài)I/O口P3端口的一位結(jié)構(gòu)見下圖。由上圖可見,P3端口和P1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(dāng)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(yīng)管輸入/輸出，其作用與

13、P1端口作用相同，也是靜態(tài)準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)處于第二功能時，鎖存器輸出1,通過第二輸出功能線輸出特定的內(nèi)含信號在輸入方面，即可以通過緩沖器讀入引腳信號還可以通過替代輸入功能讀入片內(nèi)的特定第二功能信號。由于輸出信號鎖存并且有雙重功能,故P3端口為靜態(tài)雙功能端口。P3口的特殊功能(即第二功能)：使P3端品各線處于第二功能的條件是：1串行I/O處于運行狀態(tài)(RXD,TXD);2打開了處部中斷(INT0,INT1);3定時器/計數(shù)器處于外部計數(shù)狀態(tài)(T0,T1)4執(zhí)行讀寫外部RAM的指令(RD,WR)在應(yīng)用中，如不設(shè)定P3端口各位的第二功能(WR,RD信號的產(chǎn)生不用設(shè)置)，則P3端口線自動處于第一功

14、能狀態(tài)，也就是靜態(tài)I/O端口的工作狀態(tài)。在更多的場合是根據(jù)應(yīng)用的需要，把幾條端口線設(shè)置為第二功能，而另外幾條端口線處于第一功能運行狀態(tài)。在這種情況下，不宜對P3端口作字節(jié)操作，需采用位操作的形式。端口的負(fù)載能力和輸入/輸出操作：P0端口能驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。如需增加負(fù)載能力，可在P0總線上增加總線驅(qū)動器OP1,P2,P3端口各能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。前已述及，由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0P3端口寄存器,所以對這些端口寄存器的讀/寫就實現(xiàn)了信息從相應(yīng)端口的輸入/輸出。例如：MOVA,P1;把Pl端口線上的信息輸入到AMoVP1,A;把人的內(nèi)容由P1端口輸出MOVP3,#

15、0FFH;使卩3端口線各位置丨串行端口：MCS-51系列單片機片內(nèi)有一個串行I/O端口，通過引腳RXD（P3.0）和TXD（P3.1）可與外設(shè)電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信。1. 串行端口的基本特點8031單片機的串行端口有4種基本工作方式,通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應(yīng)用場合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴展單片機的I/O電路;方式1多用于雙機之間或與外設(shè)電路的通信;方式2,3除有方式1的功能外，還可用作多機通信,以構(gòu)成分布式多微機系統(tǒng)。串行端口有兩個控制寄存器，用來設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率（每秒傳送的位數(shù)）以及作為中斷標(biāo)志等

16、。串行端口有一個數(shù)據(jù)寄存器SBUF（在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H），該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時，只寫不讀;接收時，只讀不寫。在一定條件下，向陽UF寫入數(shù)據(jù)就啟動了發(fā)送過程;讀SBUf就啟動了接收過程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器Tl的定時溢出時間確定，使用十分方便靈活。2. 串行端口的工作方式 方式08位移位寄存器輸入/輸出方式。多用于外接移位寄存器以擴展I/O端口。波特率固定為fosc/12。其中，fosc為時鐘頻率。在方式0中，串行端口作為輸出時，只要向串行緩沖器SBUF寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)后,串行端口就把此8位數(shù)據(jù)以等的波特率

17、，從RXD引腳逐位輸出（從低位到高位）；此時,TXD輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖。數(shù)據(jù)發(fā)送前，僅管不使用中斷，中斷標(biāo)志TI還必須清零,8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后,TI自動置1。如要再發(fā)送,必須用軟件將TI清零。串行端口作為輸入時,RXD為數(shù)據(jù)輸入端,TXD仍為同步信號輸出端，輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖,使外部數(shù)據(jù)逐位移入RxD。當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)（一幀）后，中斷標(biāo)志RI自動置。如果再接收，必須用軟件先將RI清零。串行方式0發(fā)送和接收的時序過程見下圖。 方式110位異步通信方式。其中,1個起始位（0）,8個數(shù)據(jù)位（由低位到高位）和1個停止位（1）。波特率由定時器T1的溢出率和SMOD位

18、的狀態(tài)確定。一條寫SBUF指令就可啟動數(shù)據(jù)發(fā)送過程。在發(fā)送移位時鐘（由波特率確定）的同步下，從TxD先送出起始位，然后是8位數(shù)據(jù)位,最后是停止位。這樣的一幀10位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，中斷標(biāo)志TI置位。在允許接收的條件下（REN=1），當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到O的負(fù)跳變時,即被當(dāng)成是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動一次接收過程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電乎停止位后，即把接收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF,置位RI,幀數(shù)據(jù)的接收過程就完成了。方式1的數(shù)據(jù)傳送波特率可以編程設(shè)置，使用范圍寬，其計算式為：波特率=2SMOD/32X（定時器T1的溢出率）其中,SMOD是控制寄存器PCON中的一位程控位，其取值有0和丨兩種狀態(tài)。