3 k8 Y+ [4 W7 ]; c) P0 [3 S
; E8 V7 t* x7 E, h# h引脚功能:
4 K4 q3 ]0 N6 `/ ZMCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚分布请参照----单片机引脚图:
5 K. O4 K0 O% Jl P0.0~P0.7 P0口8位双向口线(在引脚的39~32号端子)。 , t; i) j/ _; W( ]# n3 C9 h2 q
l P1.0~P1.7 P1口8位双向口线(在引脚的1~8号端子)。
0 O# G) o1 e& D) X$ Dl P2.0~P2.7 P2口8位双向口线(在引脚的21~28号端子)。
% R* } ^4 V4 ll P3.0~P3.7 P2口8位双向口线(在引脚的10~17号端子)。
: t9 u7 A' R$ I3 B8 a& \这4个I/O口具有不完全相同的功能,大家可得学好了,其它书本里虽然有,但写的太深,对于初学者来说很难理解的,我这里都是按我自已的表达方式来写的,相信你也能够理解的。
m5 L0 u; Q5 c, TP0口有三个功能: " Z" x g" p! w# w9 E( @
1、外部扩展存储器时,当做数据总线(如图1中的D0~D7为数据总线接口) 1 L$ t$ _- H$ h4 h9 U
2、外部扩展存储器时,当作地址总线(如图1中的A0~A7为地址总线接口)
3 d' t8 a# ?) X6 Y3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 , S8 _. ?; R& q+ _& A' Y
P1口只做I/O口使用:其内部有上拉电阻。
1 ]$ Z6 a$ d3 A" K# CP2口有两个功能: / P4 V/ f/ O, ~# _
1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用
3 c0 k/ D) J2 r" {+ w5 D7 x/ y2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;
- }9 {8 d6 N+ j% PP3口有两个功能: ! y8 a' ^; e7 f) y
除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。
1 P- a6 G$ {! L8 }( w( G有内部EPROM的单片机芯片(例如8751),为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚的形式提供的,
# l \0 j! b6 ?) V/ D6 J即:编程脉冲:30脚(ALE/PROG) " B5 |, O' R" P( g% w: n9 [( }) X7 }
编程电压(25V):31脚(EA/Vpp)
K5 s" D. [! x2 H; r% O. q接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池,这个电池是干什么用的呢?这就是单片机的备用电源,当外接电源下降到下限值时,备用电源就会经第二功能的方式由第9脚(即RST/VPD)引入,以保护内部RAM中的信息不会丢失。
8 s/ H7 A1 }0 U i" l(注:这些引脚的功能应用,除9脚的第二功能外,在“新动力2004版”学习套件中都有应用到。)
0 R! G- ~. @: u5 d在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢?他起什么作用呢?都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口如果作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。
) @+ N+ N" [7 ]$ y ALE 地址锁存控制信号:在系统扩展时,ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。参见图2(8051扩展2KB EEPROM电路,在图中ALE与4LS373锁存器的G相连接,当CPU对外部进行存取时,用以锁住地址的低位地址,即P0口输出。 # K! u9 y7 w. ~
由于ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲,当系统中未使用外部存储器时,ALE脚也会有六分之一的固定频率输出,因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
4 q) [. E; }% m PSEN 外部程序存储器读选通信号:在读外部ROM时PSEN低电平有效,以实现外部ROM单元的读操作。 / V% l2 u1 v8 d% M, Y
1、内部ROM读取时,PSEN不动作; . h H' P5 Z7 ?$ w/ y3 v1 A4 o
2、外部ROM读取时,在每个机器周期会动作两次; , v; ]7 Q$ |$ v- ^
3、外部RAM读取时,两个PSEN脉冲被跳过不会输出; % _7 O: k' q. w2 i) p3 _
4、外接ROM时,与ROM的OE脚相接。 / [* E5 U0 I% r$ K8 d1 i; y
参见图2—(8051扩展2KB EEPROM电路,在图中PSEN与扩展ROM的OE脚相接) 3 h3 E+ I: m; \, G1 M2 B+ z4 f
EA/VPP 访问和序存储器控制信号
) C+ F9 t9 T2 B! m) h- N% ]1、接高电平时: : T+ t/ V) Z, x' v8 c/ [
CPU读取内部程序存储器(ROM) * m- ~: G$ G# o
扩展外部ROM:当读取内部程序存储器超过0FFFH(8051)1FFFH(8052)时自动读取外部ROM。 & @# ^2 K' _# W1 D \7 W6 s
2、接低电平时:CPU读取外部程序存储器(ROM)。
6 u& Q2 T8 c% v. H* N. y3、8751烧写内部EPROM时,利用此脚输入21V的烧写电压。
7 j! \$ M7 d0 M" Q& x& |
RST 复位信号:当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。 4 S6 s* B5 ]% U$ ^
XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时,此二引脚用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
VCC:电源+5V输入
: G h- n) ?7 t2 Q+ K VSS:GND接地。
e5 _9 t) o( N' w2 W% E
各端口工作原理讲解
: S( T$ s! R$ ~+ D5 [并行端口 1 Y# r2 T3 a# I9 X L
P0端口
: _; e- F9 o; \7 ^( B2 G总线I/O端口,双向,三态,数据地址分时复用,该端口除用于数据的输入/输出外,在8031单片机外接程序存储器时,还分时地输出/输入地址/指令。由Po端口输出的信号无锁存,输入的信息有读端口引脚和读端口锁存器之分。P0端口8位中的一位结构图见下图:
9 Z# N9 j* k( [
; H2 @2 F1 h1 s4 ?" J 1 }$ k* ~6 F t, y8 g! W
由上图可见,P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关与相应控制电路、场效应管驱动电路构成。 在输出状态下,当切换开关MUX向下时,从内部总线来的数据经锁存器反相和场效应管T2反相,输出到端口引脚线上。此时,场效应管T1关断,因而这种输出方式应为外接上拉电阻的漏极开路式。当切换开关MUX向上时,一位地址/数据信号分时地输出到端口线上。此外,由T1、T2的通断组合,形成高电平、低电平与高阻浮动三态的输出。 在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q=0,Q=1,场效应管T2开通,端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q=1,Q=0,场效应管T2截止。如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定:为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定:凡属于读-修改-写方式的指令,从锁存器读入信号,其它指令则从端口引脚线上读入信号。 读-修改-写指令的特点是,从端口输入(读)信号,在单片机内加以运算(修改)后,再输出(写)到该端口上。下面是几条读--修改-写指令的例子。 9 u1 a1 _) W9 y1 ~ [; u: ~8 \
: m9 B: n) {; H6 X! \# p' I3 L; x: ?" I/ `
. M9 M, n' r1 P2 _( R! v0 ^8 u
ANL P0,#立即数 |
! n/ N1 Z1 G4 J1 R# l6 d0→立即数P0 |
. R+ S; v- E% n$ |% S
8 J9 i6 Y$ d! iORL P0,A |
. y; g1 c2 C# k5 u0→AP0 |
. O3 X* B) O. V9 s- ^# q1 k: p$ v7 L
INC P1 | & B& ~- C( T/ F) \
1+1→P1 | ( Y% A( O: J6 X6 [
1 U/ C3 m6 w: ]+ Z
DEC P3 | 7 A/ m- I! p5 l$ P% U
;P3-1→P3 | * c( z, |2 z1 H, x ^' B1 \+ W
" b5 o. l- s. c' ?
CPL P2 | 9 b1 j C2 ?: f1 ?; ]% a% s$ W
;P2→P2 |
8 J* Q5 c2 b" c2 P, c& L" T这样安排的原因在于读-修改-写指令需要得到端口原输出的状态,修改后再输出,读锁存器而不是读引脚,可以避免因外部电路的原因而使原端口的状态被读错。 P0端口是8031单片机的总线口,分时出现数据D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三态,用来接口存储器、外部电路与外部设备。P0端口是使用最广泛的I/O端口。 1 T" F, B O0 a1 Q+ o
P1端口:
# j! W; K/ Z$ `! H9 Y* s通用I/0端口,准双向静态口。输出的信息有锁存,输入有读引脚和读锁存器之分。P1端口的一位结构见下图. 由图可见,P1端口与P0端口的主要差别在于,P1端口用内部上拉电阻R代替了P0端口的场效应管T1,并且输出的信息仅来自内部总线。由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后,锁存在端口线上,所以,P1端口是具有输出锁存的静态口。 由下图可见,要正确地从引脚上读入外部信息,必须先使场效应管关断,以便由外部输入的信息确定引脚的状态。为此,在作引脚读入前,必须先对该端口写入l。具有这种操作特点的输入/输出端口,称为准双向I/O口。8031单片机的P1、P2、P3都是准双向口。P0端口由于输出有三态功能,输入前,端口线已处于高阻态,无需先写入l后再作读操作。
( X/ j; C6 b% m! L 3 s( V8 m& J8 x7 Z7 T6 s- P; S
单片机复位后,各个端口已自动地被写入了1,此时,可直接作输入操作。如果在应用端口的过程中,已向P1一P3端口线输出过0,则再要输入时,必须先写1后再读引脚,才能得到正确的信息。此外,随输入指令的不同,H端口也有读锁存器与读引脚之分。 Pl端口是803l单片机中唯一仅有的单功能I/O端口,并且没有特定的专用功能,输出信号锁存在引脚上,故又称为通用静态口。 ; S& `" _, k4 q& y# L
P2端口: P2端口的一位结构见下图:
4 B/ Y2 g+ u% [8 G- m# q+ U4 R' @
$ l" E8 i# O! f7 C! h由图可见,P2端口在片内既有上拉电阻,又有切换开关MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特点。这主要表现在输出功能上,当切换开关MUX向左时,从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上;当MUX向右时,输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上。 由于8031单片机必须外接程序存储器才能构成应用电路,而P2端口就是用来周期性地输出从外存中取指令的地址(高8位地址),因此,P2端口的切换开关MUX总是在进行切换,分时地输出从内部总线来的数据和从地址信号线上来的地址。因此P2端口是动态的I/O端口。输出数据虽被锁存,但不是稳定地出现在端口线上。其实,这里输出的数据往往也是一种地址,只不过是外部RAM的高8位地址。 在输入功能方面,P2端口与P0和H端口相同,有读引脚和读锁存器之分,并且P2端口也是准双向口。 可见,P2端口的主要特点包括: ①不能输出静态的数据; ②自身输出外部程序存储器的高8位地址; ②执行MOVX指令时,还输出外部RAM的高位地址,故称P2端口为动态地址端口。 P3端口: 双功能静态I/O口P3端口的一位结构见下图。
a8 [4 @! t" T/ x. R0 S, `/ q' T5 C
由上图可见,P3端口和Pl端口的结构相似,区别仅在于P3端口的各端口线有两种功能选择。当处于第一功能时,第二输出功能线为1,此时,内部总线信号经锁存器和场效应管输入/输出,其作用与P1端口作用相同,也是静态准双向I/O端口。当处于第二功能时,锁存器输出1,通过第二输出功能线输出特定的内含信号,在输入方面,即可以通过缓冲器读入引脚信号,还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。由于输出信号锁存并且有双重功能,故P3端口为静态双功能端口。 / u- ?; s0 @& V+ s. E! P$ R8 L' u( A) T
P3口的特殊功能(即第二功能): 7 L" q- I2 r1 ^; {
# H9 y( s1 _: w( B {5 Z" ^, |) ~
, t( I9 \0 M4 c7 s6 ]( M% ]5 G! e% w* L$ E1 z" s( L/ t
$ [ e9 |1 R, ~6 `# g* v2 A' K
口线 | * m" i5 N; h- Q0 u5 R- |! {' c: d
, K) ^- ]$ w0 U8 y" J3 _7 d' S* _ 第二功能 | ; V# z; [; Y% b9 s6 a3 n6 C
7 F/ h& ?6 i) h. N, T( s0 I7 ? 信号名称 |
+ _' z* j, X; e: ~9 _! ?& x/ j' |
9 W2 ^0 b* f! E* [* X$ p* d$ K/ H# ~ X
P3.0 | 6 D9 K" I5 R& V# H( Y8 k' G
RXD |
; ^& a% S; }( o& a4 \! A串行数据接收 |
% Q& [/ [. `2 H1 Z: U
4 y+ v+ q0 a& G3 Z! R; W! Z: f( I0 e9 d2 R% r2 P- \1 B& y
P3.1
| 0 C: t5 z6 r: F: Q1 Y
TXD | ! h# @$ O1 X6 ~! U0 J0 ^
串行数据发送 |
4 i8 c; D4 D! N |+ d0 n' L Q9 \# P: v* f4 l
4 _: D s5 Y& b1 N
P3.2
|
; u9 g) X0 `, ^# G" ?* N& B* k' iINT0 | ) b/ F! `2 _- P3 h$ R% V
外部中断0申请 | ( ]' j# e' `2 S3 ^9 S; K+ g
& U, w( S g% D$ {) I
2 M$ d: T- k O) |+ Q- N P3.3
|
# T) g9 W( f8 N G+ NINT1 |
, ^3 ~0 g" H3 |* n7 C外部中断1申请 |
/ l' {5 x. Q2 K' e9 M/ O( X6 L! k# V$ r
1 s) t& E: u5 {7 z7 ^+ A4 x4 S) V; F P3.4
| 5 S+ u! p- d' C/ |3 C; W' G
T0 |
z0 Y' H; w) D, u定时器/计数器0计数输入 | # O6 o/ F: y- k- q0 p
1 C6 B% U8 r; }
/ L/ a" A( n5 U
P3.5
| ( i5 B8 F4 Z& B
T1 |
+ \# o: j6 E: \) c! W0 P6 g1 G定时器/计数器1计数输入 | 4 h) q. k, d$ `) a1 N
* x. R ^- G$ q% o" [! O
! d5 D5 p) @/ l" ^3 t P3.6
|
; F2 P8 _3 |9 t2 U( `( YWR |
. s9 }% e0 I. ?+ a外部RAM写选通 | & u6 ~) i3 g2 P- L
2 Q; S' x/ I @% g# Q. y
/ ~5 T4 I1 F7 L# p! a. c/ V P3.7
|
( _0 g& H2 Y1 H! s; e: NRD |
+ Y, ^' l- e* S& @# d+ B# ^0 \外部RAM读选通 | q* W! a$ I( ~) A, V
使P3端品各线处于第二功能的条件是:
$ \. j4 g2 l3 ^7 @( O$ {7 u1\串行I/O处于运行状态(RXD,TXD);
0 b, K8 @6 W) \( [' A# P( D/ d2\打开了处部中断(INT0,INT1);
3 x8 M( G- c: `) V% C3\定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1) , w* z) V! H' f0 | H- r0 B" Y
4\执行读写外部RAM的指令(RD,WR) 6 J2 e y! z9 D, ~4 |. {
在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能(WR,RD信叼的产生不用设置),则P3端口线自动处于第一功能状态,也就是静态I/O端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要,把几条端口线设置为第二功能,而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下,不宜对P3端口作字节操作,需采用位操作的形式。
) B; ]# S( X! H7 j" `
端口的负载能力和输入/输出操作:
$ W. z4 |; k& |0 f5 hP0端口能驱动8个LSTTL负载。如需增加负载能力,可在P0总线上增加总线驱动器。P1,P2,P3端口各能驱动4个LSTTL负载。 前已述及,由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0一P3端口寄存器,所以对这些端口寄存器的读/写就实现了信息从相应端口的输入/输出。例如: MOV A, P1 ;把Pl端口线上的信息输入到A MoV P1, A ;把A的内容由P1端口输出 MOV P3, #0FFH ;使P3端口线各位置l / T& e, G9 ]3 U# N
串行端口: MCS-51系列单片机片内有一个串行I/O端口,通过引脚RXD(P3.0)和TXD(P3.1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
8 X: v) s' q: u* n- Q9 A: i, L. Q1.串行端口的基本特点 8031单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同应用场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I/O电路;方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2,3除有方式l的功能外,还可用作多机通信,以构成分布式多微机系统。 串行端口有两个控制寄存器,用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。 串行端口有一个数据寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字节地址为99H),该寄存器为发送和接收所共同。发送时,只写不读;接收时,只读不写。在一定条件下,向阳UF写入数据就启动了发送过程;读SBUf就启动了接收过程。 串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中,由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。
5 ~4 S( J, _' }/ s9 V2.串行端口的工作方式 ①方式0 8位移位寄存器输入/输出方式。多用于外接移位寄存器以扩展I/O端口。波特率固定为fosc/12。其中,fosc为时钟频率。 在方式0中,串行端口作为输出时,只要向串行缓冲器SBUF写入一字节数据后,串行端口就把此8位数据以等的波特率,从RXD引脚逐位输出(从低位到高位);此时,TXD输出频率为fosc/12的同步移位脉冲。数据发送前,仅管不使用中断,中断标志TI还必须清零,8位数据发送完后,TI自动置1。如要再发送,必须用软件将TI清零。 串行端口作为输入时,RXD为数据输入端,TXD仍为同步信号输出端,输出频率为fosc/12的同步移位脉冲,使外部数据逐位移入RxD。当接收到8位数据(一帧)后,中断标志RI自动置。如果再接收,必须用软件先将RI清零。 串行方式0发送和接收的时序过程见下图。 ②方式1 1 b% p& s/ j6 G( k0 Y5 U4 o
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10位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位)和1个停止位(1)。波特率由定时器T1的溢出率和SMOD位的状态确定。 一条写SBUF指令就可启动数据发送过程。在发送移位时钟(由波特率确定)的同步下,从TxD先送出起始位,然后是8位数据位,最后是停止位。这样的一帧10位数据发送完后,中断标志TI置位。 在允许接收的条件下(REN=1),当RXD出现由1到O的负跳变时,即被当成是串行发送来的一帧数据的起始位,从而启动一次接收过程。当8位数据接收完,并检测到高电乎停止位后,即把接收到的8位数据装入SBUF,置位RI,一帧数据的接收过程就完成了。 方式1的数据传送波特率可以编程设置,使用范围宽,其计算式为: 波特率=2SMOD/32×(定时器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l两种状态。显然,当SMOD=0时,波特率=1/32(定时器Tl溢出率),而当SMOD=1时,波特率=1/16(定时器T1溢出率)。所谓定时器的溢出率,就是指定时器一秒钟内的溢出次数。波特率的算法,以及要求一定波特率时定时器定时初值的求法,后面将详细讨论。 · 串行方式1的发送和接收过程的时序见下图。 ③方式2,3 11位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位),1个附加的第9位和1个停止住(1)。方式2和方式3除波特率不同外,其它性能完全相同。方式2,3的发送、接收时序见下图。 由图可见,方式2和方式3与方式l的操作过程基本相同,主要差别在于方式2,3有第9位数据。 ! i" q/ k- d- O% P
1 O! c! g/ [- M0 B9 l 发送时,发送机的这第9位数据来自该机SCON中的TB8,而接收机将接收到的这第9位数据送入本机SCON中的RB8。这个第9位数据通常用作数据的奇偶检验位,或在多机通信中作为地址/数据的特征位。 方式2和方式3的波特率计算式如下: 方式2的波特率=2SMOD/64×fosc 方式3的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率 由此可见,在晶振时钟频率一定的条件下,方式2只有两种波特率,而方式3可通过编程设置成多种波特率,这正是这两种方式的差别所在。 3.串行端口的控制寄存器 串行端口共有2个控制寄存器SCON和PCON,用以设置串行端口的工作方式、接收/发送的运行状态、接收/发送数据的特征、波特率的大小,以及作为运行的中断标志等。 ( A- q2 E$ y, `) a# n& ?) b
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