$ O! y- i7 Z& a) J
9 S2 j% a8 _5 ^+ B4 E引腳功能:
& _% N5 @) G7 CMCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片,引腳分布請參照----單片機引腳圖: * ~/ z& M v( b, z; p9 Z9 ^
l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線(在引腳的39~32號端子)。
% @, e$ P: b' T( t7 k. X) wl P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線(在引腳的1~8號端子)。
]: A {9 A X$ K2 vl P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線(在引腳的21~28號端子)。
# [ j! D7 d% g/ T4 H) yl P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線(在引腳的10~17號端子)。 ' o: p( Q; D* ~% `) ^1 `( u& E
這4個I/O口具有不完全相同的功能,大家可得學好了,其它書本里雖然有,但寫的太深,對于初學者來說很難理解的,我這里都是按我自已的表達方式來寫的,相信你也能夠理解的。 9 @* a2 a' g8 U! Q
P0口有三個功能:
* w, D3 I. V V5 k: p# |1 G) Q1、外部擴展存儲器時,當做數據總線(如圖1中的D0~D7為數據總線接口)
6 t) d$ ^( B! Q# V G G2、外部擴展存儲器時,當作地址總線(如圖1中的A0~A7為地址總線接口) 8 J' R+ r. V7 C1 c& K# E3 _( D
3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但內部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。
" Y. k( u( {/ @( XP1口只做I/O口使用:其內部有上拉電阻。 ; Y6 {0 p8 f U" E7 l
P2口有兩個功能:
8 i9 n" ~5 G! R8 D( k1、擴展外部存儲器時,當作地址總線使用
' I. Q/ p% G% S( o% N2、做一般I/O口使用,其內部有上拉電阻;
& n; T. O5 I$ fP3口有兩個功能:
Y6 R% ]6 T1 ^$ Y- |" ]除了作為I/O使用外(其內部有上拉電阻),還有一些特殊功能,由特殊寄存器來設置,具體功能請參考我們后面的引腳說明。
! \; v' y1 F' @$ Q! e$ R有內部EPROM的單片機芯片(例如8751),為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源,這些信號也是由信號引腳的形式提供的, # x/ G& a- @/ p' _, T0 o7 p, ?- G
即:編程脈沖:30腳(ALE/PROG)
8 B2 e9 L) z' C) q- R7 e7 ~編程電壓(25V):31腳(EA/Vpp)
1 h+ D& [& u8 s/ \& a4 v$ Z. }接觸過工業設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池,這個電池是干什么用的呢?這就是單片機的備用電源,當外接電源下降到下限值時,備用電源就會經第二功能的方式由第9腳(即RST/VPD)引入,以保護內部RAM中的信息不會丟失。
3 l, k/ g0 K$ B! b5 G8 C(注:這些引腳的功能應用,除9腳的第二功能外,在“新動力2004版”學習套件中都有應用到。) * u0 O' m+ h: A& Y7 \: _
在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個什么東東呢?他起什么作用呢?都說了是電阻那當然就是一個電阻啦,當作為輸入時,上拉電阻將其電位拉高,若輸入為低電平則可提供電流源;所以如果P0口如果作為輸入時,處在高阻抗狀態,只有外接一個上拉電阻才能有效。
% X) Q- Q( y5 y3 u; ~ ALE 地址鎖存控制信號:在系統擴展時,ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來,以實現低位地址和數據的隔離。參見圖2(8051擴展2KB EEPROM電路,在圖中ALE與4LS373鎖存器的G相連接,當CPU對外部進行存取時,用以鎖住地址的低位地址,即P0口輸出。
2 M3 c' f' g! k) x由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖,當系統中未使用外部存儲器時,ALE腳也會有六分之一的固定頻率輸出,因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。
9 Z% S2 y8 |# G* r8 z PSEN 外部程序存儲器讀選通信號:在讀外部ROM時PSEN低電平有效,以實現外部ROM單元的讀操作。
, Z0 ?" p5 g k9 m; b# V. u1、內部ROM讀取時,PSEN不動作;
5 i1 Z+ H) p5 V5 w8 X2、外部ROM讀取時,在每個機器周期會動作兩次;
. L- V6 g" M* A& |7 {3、外部RAM讀取時,兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出;
. `' }$ P" y# H. u! |! O4、外接ROM時,與ROM的OE腳相接。 9 y' y6 E: _5 I& b
參見圖2—(8051擴展2KB EEPROM電路,在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接)
c( H) K) X8 i3 _ EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號
, h8 s8 Q5 M! }4 V" \0 f1、接高電平時: 9 x# ?9 Y/ e1 M4 ^* c
CPU讀取內部程序存儲器(ROM) / ]/ `9 p" B c+ Z- p. O
擴展外部ROM:當讀取內部程序存儲器超過0FFFH(8051)1FFFH(8052)時自動讀取外部ROM。 7 f- [7 A8 Q2 i. w* c9 P
2、接低電平時:CPU讀取外部程序存儲器(ROM)。 0 Y( X! C) L8 \* r% k% C5 W
3、8751燒寫內部EPROM時,利用此腳輸入21V的燒寫電壓。
2 M# c8 n5 l4 O9 M5 t& |1 k RST 復位信號:當輸入的信號連續2個機器周期以上高電平時即為有效,用以完成單片機的復位初始化操作。 + k! w% S4 p7 Z4 P9 N- n
XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片內部時鐘時,此二引腳用于外接石英晶體和微調電容;當使用外部時鐘時,用于接外部時鐘脈沖信號。
VCC:電源+5V輸入
; v* l1 \5 r0 c% t+ j VSS:GND接地。
1 u W8 q5 r4 Y$ p各端口工作原理講解 6 O# h& o* K: h3 Q1 U, T( p
并行端口 2 f2 E" w! A; p+ O' k1 A
P0端口 " I: t( l Z% }0 }) x" Y3 F, Y6 \
總線I/O端口,雙向,三態,數據地址分時復用,該端口除用于數據的輸入/輸出外,在8031單片機外接程序存儲器時,還分時地輸出/輸入地址/指令。由Po端口輸出的信號無鎖存,輸入的信息有讀端口引腳和讀端口鎖存器之分。P0端口8位中的一位結構圖見下圖: 2 Z1 X% u8 R3 B- i' P( m- O
6 `0 V0 c" `1 K5 u2 T
) H+ v& a. S/ ~9 V* W9 i 由上圖可見,P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關與相應控制電路、場效應管驅動電路構成。 在輸出狀態下,當切換開關MUX向下時,從內部總線來的數據經鎖存器反相和場效應管T2反相,輸出到端口引腳線上。此時,場效應管T1關斷,因而這種輸出方式應為外接上拉電阻的漏極開路式。當切換開關MUX向上時,一位地址/數據信號分時地輸出到端口線上。此外,由T1、T2的通斷組合,形成高電平、低電平與高阻浮動三態的輸出。 在輸入狀態下,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Q=0,Q=1,場效應管T2開通,端口線呈低電平狀態。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Q=1,Q=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,8031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。 - ` ^2 t8 R, |# c- l3 N3 L S; @
# z* P$ V5 \8 Y' `" q- }% Z
) I) b$ @# X( a, {
5 M% Q) |2 u u# |ANL P0,#立即數 |
+ ]' N8 @; Z2 @2 n# ]$ Z, J 0→立即數P0 | ' m6 ^- v5 K) D9 E' `
* h- E7 F. w& v
ORL P0,A |
8 h# M) l% `* M( i5 E 0→AP0 | / F- g# z9 q) M
; r: M) o5 j+ B9 l: ?/ tINC P1 | + ?' q9 |( K& R+ ~4 H: c
1+1→P1 |
% x, [, y6 G" J
: a s6 W* O5 w, m. U& SDEC P3 | ( J7 ?: B6 G7 X& V. _1 \
;P3-1→P3 |
8 g# \6 D/ ^, d! G' O. p
6 K7 v. F* q" v3 f6 l+ TCPL P2 |
6 ]! `9 I! J: Z6 R. ?! Y# l;P2→P2 |
6 R2 c* `; D. O4 x' y3 G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,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原因而使原端口的狀態被讀錯。 P0端口是8031單片機的總線口,分時出現數據D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三態,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I/O端口。
' I; T9 {! {4 s- D1 i, LP1端口: ( A; A; b7 @3 q4 B `
通用I/0端口,準雙向靜態口。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據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口。 由下圖可見,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。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。8031單片機的P1、P2、P3都是準雙向口。P0端口由于輸出有三態功能,輸入前,端口線已處于高阻態,無需先寫入l后再作讀操作。 J5 I* D4 V- W5 g5 Q: ]
 3 o( ?0 C {" t, G0 H }0 Z3 I
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。 Pl端口是803l單片機中唯一僅有的單功能I/O端口,并且沒有特定的專用功能,輸出信號鎖存在引腳上,故又稱為通用靜態口。 ! k- t2 p; l- G/ \) g
P2端口: P2端口的一位結構見下圖: : D0 Z$ i$ U! Q4 Q2 j) c
 ( K# E# h9 D- \; y
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。這主要表現在輸出功能上,當切換開關MUX向左時,從內部總線輸出的一位數據經反相器和場效應管反相后,輸出在端口引腳線上;當MUX向右時,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。 由于8031單片機必須外接程序存儲器才能構成應用電路,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端口的切換開關MUX總是在進行切換,分時地輸出從內部總線來的數據和從地址信號線上來的地址。因此P2端口是動態的I/O端口。輸出數據雖被鎖存,但不是穩定地出現在端口線上。其實,這里輸出的數據往往也是一種地址,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。 可見,P2端口的主要特點包括: ①不能輸出靜態的數據; ②自身輸出外部程序存儲器的高8位地址; ②執行MOVX指令時,還輸出外部RAM的高位地址,故稱P2端口為動態地址端口。 P3端口: 雙功能靜態I/O口P3端口的一位結構見下圖。

; _( ?0 @% m. s8 F% b' r/ J7 f由上圖可見,P3端口和Pl端口的結構相似,區別僅在于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端口為靜態雙功能端口。 7 ?8 c1 `1 Y1 A: a
P3口的特殊功能(即第二功能):
( M, d5 q: P* ?: I+ C" U9 j, u p! R/ c, t, J. _5 _% G/ i& z* u
( n0 m; ]6 Z1 E1 |7 s
?7 W8 ]$ o" N0 E$ G
$ n; A4 c" Y5 b" e. A, E 口線 | " @* Q5 _- x. a4 S& {& `6 z9 E
, {/ l# R1 b1 {& P9 F
第二功能 | - U' K n R3 h1 A4 ?+ Y1 N
- d# M' F( y5 l4 D* ?) Q. k" f 信號名稱 |
2 \5 W+ w, |3 b& Z2 v# z4 y# J x/ v) e s8 n6 |6 M' m. O$ Q# ?
) H! h, F |6 v9 f
P3.0 |
6 ], D4 d# b, R( t. ~RXD | - ^; j% q" c) G' _; d
串行數據接收 | 6 b k6 t0 {9 Q
$ a4 G9 |- n" b1 }# P
$ W3 B" m' ]2 E3 J) O
P3.1
| 5 {- V. p% B6 t# J4 D$ m+ n+ P
TXD |
1 B& f, h1 @4 j& ]串行數據發送 |
9 ~5 j! n z8 n7 b
4 E8 O1 t/ S& t7 Z: F3 T: }5 l2 }! l: S9 R7 j( N! r
P3.2
| ( [7 [# B& O* H! Z9 ^ s# W
INT0 |
4 v6 R+ I, H1 S9 w外部中斷0申請 |
$ c; Y; q5 T5 f( D% _" M$ ~
& c' p0 z5 P. S( h* O, C Y
( z8 P$ d# g* ~) ?" D P3.3
|
8 D' U) n* |7 |INT1 |
+ v% z" Q8 [- p外部中斷1申請 | ( G% Z' `& p! b2 v0 C4 k' T; G
9 F5 U2 \: K: x
9 b8 |1 M1 ?2 v" @+ {2 t+ o2 N P3.4
| 5 B; p$ N7 S3 F; ?
T0 |
% J* w4 t# G+ |9 [ {/ P定時器/計數器0計數輸入 | n- K8 D/ g* i [" I: f
( Z- ~6 a _0 ~' D7 k- F% {
j; N, [3 v7 R' \4 U: v
P3.5
|
, T, o# K% E8 ^' H- M7 TT1 |
$ R+ w; F- ^5 x定時器/計數器1計數輸入 |
, h/ X% c( B* d) V5 s3 w
3 l8 C6 t3 z3 r) c. c( A2 i0 N/ v# V0 w4 P" Y( j
P3.6
|
1 a8 X1 g( u/ R+ B& R2 d" W: SWR |
* Z- D3 m T; v4 D# H外部RAM寫選通 |
, B5 H, g6 \; A( O7 z. t5 Y3 B0 u& b) G3 `+ z; P5 f
) t% K2 L) | @6 k3 F5 d P3.7
| $ Y* K$ D# a$ o2 J: @2 k
RD | 7 a2 c O7 B0 T# F* o% h
外部RAM讀選通 |
: ?1 z* s4 l& o) H使P3端品各線處于第二功能的條件是: * \0 A8 S! n1 P1 i7 Y
1\串行I/O處于運行狀態(RXD,TXD); . f( _& I8 \- u; S! [2 P
2\打開了處部中斷(INT0,INT1); 9 U4 Z! q6 P0 B9 Z; o; u& W* N
3\定時器/計數器處于外部計數狀態(T0,T1) % E; R+ b/ q) I
4\執行讀寫外部RAM的指令(RD,WR)
" `7 w! q# \' X! y n( g, Q在應用中,如不設定P3端口各位的第二功能(WR,RD信叼的產生不用設置),則P3端口線自動處于第一功能狀態,也就是靜態I/O端口的工作狀態。在更多的場合是根據應用的需要,把幾條端口線設置為第二功能,而另外幾條端口線處于第一功能運行狀態。在這種情況下,不宜對P3端口作字節操作,需采用位操作的形式。
) R$ W* N5 b! I: h" N8 E
端口的負載能力和輸入/輸出操作:
4 G% _; X7 x$ |. z+ w0 M% rP0端口能驅動8個LSTTL負載。如需增加負載能力,可在P0總線上增加總線驅動器。P1,P2,P3端口各能驅動4個LSTTL負載。 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,所以對這些端口寄存器的讀/寫就實現了信息從相應端口的輸入/輸出。例如: MOV A, P1 ;把Pl端口線上的信息輸入到A MoV P1, A ;把A的內容由P1端口輸出 MOV P3, #0FFH ;使P3端口線各位置l
7 V6 y& s3 D6 \8 `+ M8 h串行端口: MCS-51系列單片機片內有一個串行I/O端口,通過引腳RXD(P3.0)和TXD(P3.1)可與外設電路進行全雙工的串行異步通信。 4 Z& V& e& ~- o
1.串行端口的基本特點 8031單片機的串行端口有4種基本工作方式,通過編程設置,可以使其工作在任一方式,以滿足不同應用場合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以擴展單片機的I/O電路;方式1多用于雙機之間或與外設電路的通信;方式2,3除有方式l的功能外,還可用作多機通信,以構成分布式多微機系統。 串行端口有兩個控制寄存器,用來設置工作方式、發送或接收的狀態、特征位、數據傳送的波特率(每秒傳送的位數)以及作為中斷標志等。 串行端口有一個數據寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節地址為99H),該寄存器為發送和接收所共同。發送時,只寫不讀;接收時,只讀不寫。在一定條件下,向陽UF寫入數據就啟動了發送過程;讀SBUf就啟動了接收過程。 串行通信的波特率可以程控設定。在不同工作方式中,由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器Tl的定時溢出時間確定,使用十分方便靈活。
6 m9 _+ I1 j7 y ?2 x/ U2 |. ~2.串行端口的工作方式 ①方式0 8位移位寄存器輸入/輸出方式。多用于外接移位寄存器以擴展I/O端口。波特率固定為fosc/12。其中,fosc為時鐘頻率。 在方式0中,串行端口作為輸出時,只要向串行緩沖器SBUF寫入一字節數據后,串行端口就把此8位數據以等的波特率,從RXD引腳逐位輸出(從低位到高位);此時,TXD輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖。數據發送前,僅管不使用中斷,中斷標志TI還必須清零,8位數據發送完后,TI自動置1。如要再發送,必須用軟件將TI清零。 串行端口作為輸入時,RXD為數據輸入端,TXD仍為同步信號輸出端,輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖,使外部數據逐位移入RxD。當接收到8位數據(一幀)后,中斷標志RI自動置。如果再接收,必須用軟件先將RI清零。 串行方式0發送和接收的時序過程見下圖。 ②方式1
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1 H& M; m. B; N7 ?& H2 E10位異步通信方式。其中,1個起始位(0),8個數據位(由低位到高位)和1個停止位(1)。波特率由定時器T1的溢出率和SMOD位的狀態確定。 一條寫SBUF指令就可啟動數據發送過程。在發送移位時鐘(由波特率確定)的同步下,從TxD先送出起始位,然后是8位數據位,最后是停止位。這樣的一幀10位數據發送完后,中斷標志TI置位。 在允許接收的條件下(REN=1),當RXD出現由1到O的負跳變時,即被當成是串行發送來的一幀數據的起始位,從而啟動一次接收過程。當8位數據接收完,并檢測到高電乎停止位后,即把接收到的8位數據裝入SBUF,置位RI,一幀數據的接收過程就完成了。 方式1的數據傳送波特率可以編程設置,使用范圍寬,其計算式為: 波特率=2SMOD/32×(定時器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兩種狀態。顯然,當SMOD=0時,波特率=1/32(定時器Tl溢出率),而當SMOD=1時,波特率=1/16(定時器T1溢出率)。所謂定時器的溢出率,就是指定時器一秒鐘內的溢出次數。波特率的算法,以及要求一定波特率時定時器定時初值的求法,后面將詳細討論。 · 串行方式1的發送和接收過程的時序見下圖。 ③方式2,3 11位異步通信方式。其中,1個起始位(0),8個數據位(由低位到高位),1個附加的第9位和1個停止住(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的發送、接收時序見下圖。 由圖可見,方式2和方式3與方式l的操作過程基本相同,主要差別在于方式2,3有第9位數據。
$ S& T6 z' P7 F( ?% ]7 L( c: E
4 k$ Q3 b% c% j" U9 p7 c 發送時,發送機的這第9位數據來自該機SCON中的TB8,而接收機將接收到的這第9位數據送入本機SCON中的RB8。這個第9位數據通常用作數據的奇偶檢驗位,或在多機通信中作為地址/數據的特征位。 方式2和方式3的波特率計算式如下: 方式2的波特率=2SMOD/64×fosc 方式3的波特率=2SMOD/32×定時器T1的溢出率 由此可見,在晶振時鐘頻率一定的條件下,方式2只有兩種波特率,而方式3可通過編程設置成多種波特率,這正是這兩種方式的差別所在。 3.串行端口的控制寄存器 串行端口共有2個控制寄存器SCON和PCON,用以設置串行端口的工作方式、接收/發送的運行狀態、接收/發送數據的特征、波特率的大小,以及作為運行的中斷標志等。
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