单片机2下课件

3.51单片机的输入/输出接口MCS-51系列单片机有4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。每个端口都是8位准，共占32根引脚。它们是特殊功能寄存器中的4个。这4个口，既可以作输入，也可以作输出，既可按8位处理，也可按位方式使用。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0～P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。输出锁存输入缓冲功能。结构图在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。51单片机4个I/O端口线路设计的非常巧妙，学习I/O端口逻辑电路，不但有利于正确合理地使用端口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。1.P0口P0口是一个三态双向口，可作为

地址／数据分时复用口

通用的I/O接口包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成1)P0口作为普通I/O口①输出时CPU发出控制电平“0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚②输入时----分读引脚或读锁存器读引脚：由传送指令(MOV)实现；

下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚**存在读锁存器方式的原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。**DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚P0口必须接上拉电阻；在读信号数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作。这种I/O口称为准双向口；准双向口的概念：

从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚CPU发出控制电平“1”，打开“与”门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。2)P0作为地址/数据总线DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚

P0引脚输出地址/输入数据输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。2)P0作为地址/数据总线----真正的双向口DQCLKQMUXP0.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址/数据控制VCCT1T2P0口引脚综上所述：当P0作为I/O口使用时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果作为输入，必须先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入电平。当CPU内部控制信号为“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。P0口小结

2)P2口作为地址总线在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B(用MOVX@DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关MUX倒内部地址线。此时，P2输出高8位地址。DQCLKQMUXP2.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚地址控制VCCRTP2口引脚3.P1口、P3口的内部结构

①P1口的一位的结构它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成----准双向口。DQCLKQP1.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP1口引脚②P3的内部结构第一、作为通用I/O口与P1口类似----准双向口(W=1)DQCLKQP3.n读锁存器内部总线写锁存器读引脚VCCRTP3口引脚第二输入功能第二输出功能WP3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0定时器0外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制P3第二功能各引脚功能定义：P1、P2和P3口为准双向口,在内部差别不大,但使用功能有所不同。P1口是用户专用8位准双向I/O口,具有通用输入/输出功能,每一位都能独立地设定为输入或输出。当由输出方式变为输入方式时,该位的锁存器必须写入“1”,然后才能进入输入操作。

P2口是8位准双向I/O口。外接I/O设备时,可作为扩展系统的地址总线,输出高8位地址,与P0口一起组成16位地址总线。对于8031而言,P2口一般只作为地址总线使用,而不作为I/O线直接与外部设备相连。P1、P2口小结：三、MCS-51系列单片机的外部引脚及片外总线1.外部引脚(1)输入/输出引脚(2)控制线(3)主电源引脚(4)外接晶体引脚2.片外总线结构（1）地址总线（2）数据总线（3）控制总线(1)输入/输出引脚1）P0口（39~32脚）：P0.0~P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。2）P1口（1~8脚）：P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。3）P2口（21~28脚）：P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。4）P3口（10~17脚）：P3.0~P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。(2)控制线1）ALE/PROG*（30脚）：地址锁存信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。2）PSEN*（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。

3）EA*/VPP（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚低电平时，选用片外程序存储器，高电平或悬空时选用片内程序存储器。VPP是编程电源。(3)主电源引脚VCC（40脚）：接+5V电源正端。VSS（20脚）：接地。(4)外接晶体引脚XTAL1、XTAL2（19、18脚）：当使用单片机内部振荡电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻）；对于CHMOS单片机，XTAL2引脚接地，XTAL1接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻），如下页图所示。（a）内部时钟方式XTAL1XTAL2外部振荡信号XTAL2XTAL1VccVssR（c）CHMOS工艺外接时钟外部振荡信号XTAL1XTAL2VccVssR（b）HMOS工艺外接时钟2.片外总线结构（1）地址总线地址总线宽度为16位，寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供低8位（A7~A0），P2口提供高8位（A15~A8）而形成。可对片外程序存储器和片外数据存储器寻址。（2）数据总线数据总线宽度为8位，由P0口直接提供。（3）控制总线控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。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用户I/O控制总线(CB)锁存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0地址总线数据总线(AB)(DB)VccVssVccVss外部总线结构示意图四、MCS-51系列单片机的工作方式1、复位方式2、程序执行方式3、单步执行方式4、节电方式5、编程和校验方式1复位方式在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式：上电复位和按钮复位。VccRSTVssMCS-51VccRSTVssMCS-511k1k200（a）上电复位电路（b）按钮复位电路2程序执行方式是单片机最基本的工作方式是复位后单片机从0000H地址开始运行程序的方式3单步执行方式单步执行，是指一条一条地执行指令，每执行一条指令后暂停。它通常用于调试程序、跟踪程序执行和了解程序执行过程。4节电方式“绿色电子”是电子产品的趋势51系列具有掉电保护功能

CHMOS芯片能提供更低功耗5编程和校验方式不同类型的芯片具体操作不同新型芯片提供较安全的加密操作五、MCS-51系列单片机的时序1、机器周期和指令周期2、单机器周期指令的时序3、双机器周期指令的时序1机器周期和指令周期指令周期：计算机取一条指令至执行完该指令需要的时间称为指令周期不同的指令，指令周期的组成不同。MCS-51系列单片机中，大多数指令的指令周期由1个机器周期或2个机器周期组成，乘法、除法指令为4个机器周期指令。机器周期：机器周期是单片机的基本操作周期每个机器周期包含S1、S2、、S6共6个状态，每个状态包含2拍P1和P2，每一拍为一个时钟周期（振荡周期）。因此，1个机器周期包含12个时钟周期。依次可表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。S1P1P2S2P1P2