單片機的引腳原理圖及說明

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上一、P0端口的結構及工作原理P0端口8位中的一位結構圖見下圖：由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關、一個與非門、一個與門及場效應管驅動電路構成。再看圖的右邊，標號為P0.X引腳的圖標，也就是說P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8個與上圖相同的電路組成。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)（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

2、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的內部數(shù)據(jù)總線上。D鎖存器：構成一個鎖存器，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

3、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：在51單片機中，當內部的存儲器夠用（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，P0口可以作為通用的輸入輸出端口（即I/O）使用，對于8031（內部沒有

4、ROM）的單片機或者編寫的程序超過了單片機內部的存儲器容量，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了。大家看上圖，當多路開關與下面接通時，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管組成的推拉式結構，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

5、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，多路開關的控制信號為0（低電平），看上圖中的線線部份，多路開關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，在多路控制開關的控制信號是0（低電平）時，多路開關是與鎖存器的Q非端相接的（即P0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（

6、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，當驅動上接電流負載時，需要外接上拉電阻。下圖就是由內部數(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（

7、讀P0口）有兩種情況1、讀引腳    讀芯片引腳上的數(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，當從內部總線輸出高電平后，鎖存器

8、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。   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

9、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；多路開關與反相器的輸出端相連，地址信號經“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

10、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）。

11、0;   在取指令期間，“控制”信號為“0”，V1管截止，多路開關也跟著轉向鎖存器反相輸出端Q非；CPU自動將0FFH（，即向D鎖存器寫入一個高電平1）寫入P0口鎖存器，使V2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（將累加器的內容通過P0口數(shù)據(jù)總線傳送到外部RAM中），則多路開關“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

12、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，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端口的結構及工作原理   P1口的結構最簡單，用途也單一，僅作為數(shù)據(jù)

13、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端口的一位結構見下圖.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部總線。由內部總線輸出的數(shù)據(jù)經鎖存器反相和場效應管反相后，鎖存在端口線上，所以，P1端口是具有輸出鎖存的靜態(tài)口。    由上圖可見，要正確地從引腳上讀入外部信息，必須先使場效應管關斷，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l。具有這種操作特點的輸入/輸出端口，稱為準雙向I/O口。8051單片機的P1、P2、P

14、3都是準雙向口。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l后再作讀操作。    P1口的結構相對簡單，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端口的結構及工作原理:P2

15、端口的一位結構見下圖：由圖可見，P2端口在片內既有上拉電阻，又有切換開關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，當切換開關向下接通時，從內部總線輸出的一位數(shù)據(jù)經反相器和場效應管反相后，輸出在端口引腳線上；當多路開關向上時，輸出的一位地址信號也經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端口的多路開關總是在進行切換，分時地輸出從內部總線來的數(shù)據(jù)和從地址信號線上來的地址。因此P2端口是動

16、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之分，并且P2端口也是準雙向口?？梢姡琍2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

17、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”，多路開關轉向鎖存器同相輸出端Q，輸出信號經內部總線鎖存器同相輸出端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，輸入信息經讀引腳三態(tài)門電路到內部數(shù)據(jù)總線。2、作為地址總線使用時的工作過程 &#

18、160; P2口作為地址總線時，“控制”信號為1，多路開關車向地址線（即向上接通），地址信息經反相器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端口的結構及工作原理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端口的一位結構見下圖。由上圖可見，P3端口和Pl端口的結構相似，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，內部總線信號經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，鎖存器輸出1，通過第二輸出功能線輸出特定的內含信號，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