單片機(jī)2下課件

3.51單片機(jī)的輸入/輸出接口MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)，共占32根引腳。它們是特殊功能寄存器中的4個(gè)。這4個(gè)口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器(即專(zhuān)用寄存器P0～P3)、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。輸出鎖存輸入緩沖功能。結(jié)構(gòu)圖在無(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)。1.P0口P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為

地址／數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口

通用的I/O接口包括一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成1)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(mén)，將輸出上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1截止，同時(shí)使多路開(kāi)關(guān)MUX把鎖存器與輸出DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳驅(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(kāi)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。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳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(kāi)，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。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳**存在讀鎖存器方式的原因：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。現(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。**DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳P0口必須接上拉電阻；在讀信號(hào)數(shù)據(jù)之前，先要向相應(yīng)的鎖存器做寫(xiě)1操作。這種I/O口稱(chēng)為準(zhǔn)雙向口；準(zhǔn)雙向口的概念：

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(xiě)“1”，使T2截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，變?yōu)楦咦杩馆斎?。這就是所謂的準(zhǔn)雙向口。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳CPU發(fā)出控制電平“1”，打開(kāi)“與”門(mén)，又使多路開(kāi)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)。2)P0作為地址/數(shù)據(jù)總線DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳

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(xiě)“1”，“讀引腳”控制信號(hào)有效，下面的緩沖器打開(kāi)，外部數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部總線。2)P0作為地址/數(shù)據(jù)總線----真正的雙向口DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳綜上所述：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(kāi)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(xiě)“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。P0口小結(jié)

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(kāi)關(guān)MUX倒內(nèi)部地址線。此時(shí)，P2輸出高8位地址。DQCLKQMUXP2.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳地址控制VCCRTP2口引腳3.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。DQCLKQP1.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳VCCRTP1口引腳②P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一、作為通用I/O口與P1口類(lèi)似----準(zhǔn)雙向口(W=1)DQCLKQP3.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)鎖存器讀引腳VCCRTP3口引腳第二輸入功能第二輸出功能WP3.0：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(xiě)控制P3.7：RD外部讀控制P3第二功能各引腳功能定義：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(hù)專(zhuān)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)由輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r(shí),該位的鎖存器必須寫(xiě)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。P1、P2口小結(jié)：三、MCS-51系列單片機(jī)的外部引腳及片外總線1.外部引腳(1)輸入/輸出引腳(2)控制線(3)主電源引腳(4)外接晶體引腳2.片外總線結(jié)構(gòu)（1）地址總線（2）數(shù)據(jù)總線（3）控制總線(1)輸入/輸出引腳1）P0口（39~32腳）：P0.0~P0.7統(tǒng)稱(chēng)為P0口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。2）P1口（1~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱(chēng)為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對(duì)于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。3）P2口（21~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱(chēng)為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過(guò)256字節(jié)時(shí)，P2口用作高8位地址總線。4）P3口（10~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱(chēng)為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。(2)控制線1）ALE/PROG*（30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。2）PSEN*（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。

3）EA*/VPP（31腳）：EA為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳低電平時(shí)，選用片外程序存儲(chǔ)器，高電平或懸空時(shí)選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。VPP是編程電源。(3)主電源引腳VCC（40腳）：接+5V電源正端。VSS（20腳）：接地。(4)外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)引腳用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，XTAL1引腳接地，XTAL2接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻）；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻），如下頁(yè)圖所示。（a）內(nèi)部時(shí)鐘方式XTAL1XTAL2外部振蕩信號(hào)XTAL2XTAL1VccVssR（c）CHMOS工藝外接時(shí)鐘外部振蕩信號(hào)XTAL1XTAL2VccVssR（b）HMOS工藝外接時(shí)鐘2.片外總線結(jié)構(gòu)（1）地址總線地址總線寬度為16位，尋址范圍為64KB。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位（A7~A0），P2口提供高8位（A15~A8）而形成?？蓪?duì)片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址。（2）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口直接提供。（3）控制總線控制總線由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨(dú)立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用戶(hù)I/O控制總線(CB)鎖存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0地址總線數(shù)據(jù)總線(AB)(DB)VccVssVccVss外部總線結(jié)構(gòu)示意圖四、MCS-51系列單片機(jī)的工作方式1、復(fù)位方式2、程序執(zhí)行方式3、單步執(zhí)行方式4、節(jié)電方式5、編程和校驗(yàn)方式1復(fù)位方式在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。VccRSTVssMCS-51VccRSTVssMCS-511k1k200（a）上電復(fù)位電路（b）按鈕復(fù)位電路2程序執(zhí)行方式是單片機(jī)最基本的工作方式是復(fù)位后單片機(jī)從0000H地址開(kāi)始運(yùn)行程序的方式3單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行，是指一條一條地執(zhí)行指令，每執(zhí)行一條指令后暫停。它通常用于調(diào)試程序、跟蹤程序執(zhí)行和了解程序執(zhí)行過(guò)程。4節(jié)電方式“綠色電子”是電子產(chǎn)品的趨勢(shì)51系列具有掉電保護(hù)功能

CHMOS芯片能提供更低功耗5編程和校驗(yàn)方式不同類(lèi)型的芯片具體操作不同新型芯片提供較安全的加密操作五、MCS-51系列單片機(jī)的時(shí)序1、機(jī)器周期和指令周期2、單機(jī)器周期指令的時(shí)序3、雙機(jī)器周期指令的時(shí)序1機(jī)器周期和指令周期指令周期：計(jì)算機(jī)取一條指令至執(zhí)行完該指令需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期不同的指令，指令周期的組成不同。MCS-51系列單片機(jī)中，大多數(shù)指令的指令周期由1個(gè)機(jī)器周期或2個(gè)機(jī)器周期組成，乘法、除法指令為4個(gè)機(jī)器周期指令。機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)的基本操作周期每個(gè)機(jī)器周期包含S1、S2、、S6共6個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)包含2拍P1和P2，每一拍為一個(gè)時(shí)鐘周期（振蕩周期）。因此，1個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期。依次可表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。S1P1P2S2P1P2