單片機2下課件

3.51單片機的輸入/輸出接口MCS-51系列單片機有4個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。每個端口都是8位準，共占32根引腳。它們是特殊功能寄存器中的4個。這4個口，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。每個端口都包括一個鎖存器(即專用寄存器P0～P3)、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。輸出鎖存輸入緩沖功能。結(jié)構(gòu)圖在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這4個端口的每一位都可以作為準雙向通用I/O端口使用。在具有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口分時作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。51單片機4個I/O端口線路設(shè)計的非常巧妙，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，而且會給設(shè)計單片機外圍邏輯電路有所啟發(fā)。1.P0口P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為

地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口

通用的I/O接口包括一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動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CPU發(fā)出控制電平“0”封鎖“與”門，將輸出上拉場效應(yīng)管T1截止，同時使多路開關(guān)MUX把鎖存器與輸出DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳驅(qū)動場效應(yīng)管T2柵極接通。故內(nèi)部總線與P0口同相。由于輸出驅(qū)動級是漏極開路電路，若驅(qū)動NMOS或其它拉流負載時，需要外接上拉電阻。P0的輸出級可驅(qū)動8個LSTTL負載。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳②輸入時----分讀引腳或讀鎖存器讀引腳：由傳送指令(MOV)實現(xiàn)；

下面一個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，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)過緩沖器讀入到內(nèi)部總線。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳**存在讀鎖存器方式的原因：如果此時該端口的負載恰是一個晶體管基極，且原端口輸出值為1，那么導(dǎo)通了的PN結(jié)會把端口引腳高電平拉低；若此時直接讀端口引腳信號，將會把原輸出的“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端信號而設(shè)，讀輸出鎖存器可避免上述可能發(fā)生的錯誤。**DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳P0口必須接上拉電阻；在讀信號數(shù)據(jù)之前，先要向相應(yīng)的鎖存器做寫1操作。這種I/O口稱為準雙向口；準雙向口的概念：

從圖中可以看出，在讀入端口數(shù)據(jù)時，由于輸出驅(qū)動FET并接在引腳上，如果T2導(dǎo)通，就會將輸入的高電平拉成低電平，產(chǎn)生誤讀。所以在端口進行輸入操作前，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?。這就是所謂的準雙向口。DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳CPU發(fā)出控制電平“1”，打開“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FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負載能力大大增強。2)P0作為地址/數(shù)據(jù)總線DQCLKQMUXP0.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)控制VCCT1T2P0口引腳

P0引腳輸出地址/輸入數(shù)據(jù)輸入信號是從引腳通過輸入緩沖器進入內(nèi)部總線。此時，CPU自動使MUX向下，并向P0口寫“1”，“讀引腳”控制信號有效，下面的緩沖器打開，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，特別是作為輸出時，輸出級屬于開漏電路，必須外接上拉電阻才會有高電平輸出；如果作為輸入，必須先向相應(yīng)的鎖存器寫“1”，才不會影響輸入電平。當(dāng)CPU內(nèi)部控制信號為“1”時，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用，這時，P0口就無法再作為I/O口使用了。P0口小結(jié)

2)P2口作為地址總線在系統(tǒng)擴展片外程序存儲器擴展數(shù)據(jù)存儲器且容量超過256B(用MOVX@DPTR指令)時，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，P2輸出高8位地址。DQCLKQMUXP2.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫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)它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成----準雙向口。DQCLKQP1.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳VCCRTP1口引腳②P3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一、作為通用I/O口與P1口類似----準雙向口(W=1)DQCLKQP3.n讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳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定時器0外部輸入P3.5：T1定時器1外部輸入P3.6：WR外部寫控制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位準雙向I/O口,具有通用輸入/輸出功能,每一位都能獨立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)由輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r,該位的鎖存器必須寫入“1”,然后才能進入輸入操作。

P2口是8位準雙向I/O口。外接I/O設(shè)備時,可作為擴展系統(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)稱為P0口。在不接片外存儲器與不擴展I/O口時，作為準雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴展I/O口時，P0口分時復(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)稱為P1口，可作為準雙向I/O口使用。對于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。3）P2口（21~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O口使用；在接有片外存儲器或擴展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用作高8位地址總線。4）P3口（10~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準雙向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）：地址鎖存信號輸出端。ALE在每個機器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。2）PSEN*（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。

3）EA*/VPP（31腳）：EA為片外程序存儲器選用端。該引腳低電平時，選用片外程序存儲器，高電平或懸空時選用片內(nèi)程序存儲器。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)使用單片機內(nèi)部振蕩電路時，這兩個引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，XTAL1引腳接地，XTAL2接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻）；對于CHMOS單片機，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻），如下頁圖所示。（a）內(nèi)部時鐘方式XTAL1XTAL2外部振蕩信號XTAL2XTAL1VccVssR（c）CHMOS工藝外接時鐘外部振蕩信號XTAL1XTAL2VccVssR（b）HMOS工藝外接時鐘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ζ獬绦虼鎯ζ骱推鈹?shù)據(jù)存儲器尋址。（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、編程和校驗方式1復(fù)位方式在時鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)2個機器周期（24個時鐘周期）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)行方式是單片機最基本的工作方式是復(fù)位后單片機從0000H地址開始運行程序的方式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)行過程。4節(jié)電方式“綠色電子”是電子產(chǎn)品的趨勢51系列具有掉電保護功能

CHMOS芯片能提供更低功耗5編程和校驗方式不同類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系列單片機的時序1、機器周期和指令周期2、單機器周期指令的時序3、雙機器周期指令的時序1機器周期和指令周期指令周期：計算機取一條指令至執(zhí)行完該指令需要的時間稱為指令周期不同的指令，指令周期的組成不同。MCS-51系列單片機中，大多數(shù)指令的指令周期由1個機器周期或2個機器周期組成，乘法、除法指令為4個機器周期指令。機器周期：機器周期是單片機的基本操作周期每個機器周期包含S1、S2、、S6共6個狀態(tài)，每個狀態(tài)包含2拍P1和P2，每一拍為一個時鐘周期（振蕩周期）。因此，1個機器周期包含12個時鐘周期。依次可表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。S1P1P2S2P1P2