51單片機的P0口工作原理詳細講解

1、51單片機的P0口工作原理詳細講解時間：2013-07-15 17:51:25 來源： 作者：三態(tài)門：三態(tài)門緩沖器：51單片機P0口輸入緩沖器P0口的輸出驅(qū)動：兩個 MO磨組成的推拉式結構P0口作為IO線輸入狀態(tài)時：讀引腳；讀鎖存器；P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口P0口作為IO線輸出時，只能輸出低電平、高阻態(tài)，需要外接上拉電阻，使高阻態(tài)變?yōu)?輸出高電平（對比AVR單片機的推挽輸出結構）一、P0端口的結構及工作原理沖器地址/數(shù)據(jù)+VCCP0端口 8位中的一位結構圖見下圖：瀆鎖存器內(nèi)部總統(tǒng)寫鎖存器讀引腳由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關、一個與非門、一個與門及場效應管驅(qū)動電路構成。再看

2、圖的右邊，標號為P0.X引腳的圖標，也就是說 P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在 P0口有8個與上圖相同的電路組成。下面，我們先就組成 P0口的每個單元部份跟大家介紹一下：先看輸入緩沖器：在 P0口中，有兩個三態(tài)的緩沖器，在學數(shù)字電路時，我們已知道， 三態(tài)門有三個狀態(tài)，即在其的輸出端可以是高電平、低電平，同時還有一種就是高阻狀態(tài) （或稱為禁止狀態(tài)），大家看上圖，上面一個是讀鎖存器的緩沖器，也就是說，要讀取 D鎖存器 輸出端Q的數(shù)據(jù)，那就得使讀鎖存器的這個緩沖器的三態(tài)控制端（上圖中標號為讀鎖存器端）有效。下面一個是讀引腳的緩沖器，要讀取P0.X引腳上的數(shù)據(jù)，也要使標號為讀引腳的

3、這個三態(tài)緩沖器的控制端有效，引腳上的數(shù)據(jù)才會傳輸?shù)轿覀儐纹瑱C的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。D鎖存器：構成一個鎖存器，通常要用一個時序電路，時序的單元電路在學數(shù)字電路時 我們已知道，一個觸發(fā)器可以保存一位的二進制數(shù)（即具有保持功能），在51單片機的32根I/O 口線中都是用一個 D觸發(fā)器來構成鎖存器的。大家看上圖中的D鎖存器，D端是數(shù)據(jù)輸入端，CP是控制端（也就是時序控制信號輸入端 ），Q是輸出端，Q非是反向輸出端。對于D觸發(fā)器來講，當D輸入端有一個輸入信號， 如果這時控制端 CP沒有信號（也就是 時序脈沖沒有到來），這時輸入端D的數(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)捷敵龆?Q及反向輸出端Q非的。如果時序控制端CP的時序脈沖一

4、旦到了，這時 D端輸入的數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)?Q及Q非端。數(shù)據(jù) 傳送過來后，當 CP時序控制端的時序信號消失了，這時，輸出端還會保持著上次輸入端D的數(shù)據(jù)（即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來了 ）。如果下一個時序控制脈沖信號來了， 這時D端的數(shù)據(jù) 才再次傳送到Q端，從而改變 Q端的狀態(tài)。多路開關：在51單片機中，當內(nèi)部的存儲器夠用（也就是不需要外擴展存儲器時，這里講的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器及程序存儲器）時，P0口可以作為通用的輸入輸出端口（即I/O）使用，對于8031（內(nèi)部沒有ROM）勺單片機或者編寫的程序超過了單片機內(nèi)部的存儲器容量， 需要外擴存儲器時，P0口就作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。那么這個多路選擇開關就是用于

5、 選擇是做為普通I/O 口使用還是作為數(shù)據(jù)/地址總線使用的選擇開關了。大家看上圖， 當多路開關與下面接通時，P0口是作為普通的I/O 口使用的，當多路開關是與上面接通時，P0口是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用的。輸出驅(qū)動部份：從上圖中我們已看出，P0 口的輸出是由兩個 MOSf組成的推拉式結構，也就是說，這兩個 MO磨一次只能導通一個，當V1導通時，V2就截止，當V2導通時，V1截止。與門、與非門：這兩個單元電路的邏輯原理我們在第四課數(shù)字及常用邏輯電路時已做過 介紹，不明白的同學請回到第四節(jié)去看看。前面我們已將P0口的各單元部件進行了一個詳細的講解，下面我們就來研究一下P0口做為I/O 口及地址/數(shù)據(jù)

6、總線使用時的具體工作過程。1、作為I/O端口使用時的工作原理P0口作為I/O端口使用時，多路開關的控制信號為0（低電平），看上圖中的線線部份，多路開關的控制信號同時與與門的一個輸入端是相接的，我們知道與門的邏輯特點是“全1出1,有0出0”那么控制信號是0的話，這時與門輸出的也是一個 0（低電平），與讓的輸出是0, V1管就截止，在多路控制開關的控制信號是0（低電平）時，多路開關是與鎖存器的Q非端相接的（即P0口作為I/O 口線使用）。P0口用作I/O 口線，其由數(shù)據(jù)總線向引腳輸出 （即輸出狀態(tài)Output）的工作過程：當寫 鎖存器信號CP有效，數(shù)據(jù)總線的信號鎖存器的輸入端A鎖存器的反向輸出 Q

7、非端多路開關V2管的柵極V2的漏極到輸出端 P0.X。前面我們已講了，當多路開關的控制信號 為低電平0時，與門輸出為低電平，V1管是截止的，所以作為輸出口時，P皖漏極開路輸出，類似于OCH,當驅(qū)動上接電流負載時，需要外接上拉電阻。下圖就是由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線向P0 口輸出數(shù)據(jù)的流程圖（紅色箭頭）。讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳P0 口由內(nèi)部數(shù)據(jù)忠線向司腳輸出時扣流程圖lUZa.a7ffP0口用作I/O 口線，其由引腳向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入（即輸入狀態(tài)Input）的工作過程：數(shù)據(jù)輸入時（讀P0口 ）有兩種情況1、讀引腳讀芯片引腳上的數(shù)據(jù)，讀引腳數(shù)時，讀引腳緩沖器打開（即三態(tài)緩沖器的控制端要有效）,讀鎖存器

8、地址/數(shù)據(jù)控制信耳（0,內(nèi)部總線，寫頌存器一讀引腳P0,）（腳鎖存器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入，請看下圖（紅色簡頭）。P0 口諉月I腳時的沛程國2、讀鎖存器Q的狀態(tài)，請看下圖（紅色箭頭）:通過打開讀鎖存器三態(tài)緩沖器讀取鎖存器輸出端讀鎖存器內(nèi)部總線寫俄存器讀引腳輸入At沖票地址/數(shù)據(jù)+vccV,控制信號0. I）PO 口讀鎖有器 時的 流程圖在輸入狀態(tài)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(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q=O, Q非=1,場效應管T2開通，端口線呈低電平狀態(tài)。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

9、入端口引腳上的信號。又如，當從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器Q=1,Q非=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 P卜P3的輸入操作上，有如下約定：為此，8051 單片機在對端口 P卜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(nèi)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。ANL P0,#立即數(shù);P0r立即數(shù) P0ORL P0,A ;P0 AP0INC P

10、1 ;P1 + 1 r P1DEC P3 ;P3- 1 P3CPL P2 ;P2 r P2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(tài)，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(tài)被讀錯。P0端口是8031單片機的總線口，分時出現(xiàn)數(shù)據(jù) D7 Dd低8位地址A7 AQ以及三態(tài)， 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。2、作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時的工作原理在訪問外部存儲器時 P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用。這時多路開關控制信號為1','與門解鎖，與門輸出信號電平由“地址/數(shù)據(jù)”線信號決定；多路開關與反相

11、器的輸出端相連，地址信號經(jīng)“地址/數(shù)據(jù)”線反相器V誦效應管柵極V2®極輸出。例如：控制信號為1,地址信號為“ 0”時，與門輸出低電平，V1管截止；反相器輸出高電平，V2管導通，輸出引腳的地址信號為低電平。請看下圖（蘭色字體為電平）：倒負存器寫鎖存器耐JUP0口作為地批線，技制信號為1 地址恰號為。時的工作流程圖I電孑網(wǎng)反之，控制信號為“ 1”、地址信號為“ 1”，“與門”輸出為高電平，V1管導通；反相器輸出低電平，V2管截止，輸出引腳的地址信號為高電平。請看下圖（蘭色字體為電平）：讀我存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳地址/數(shù)據(jù)+VCCP0口作為地址線控制信號為1.地*t信號為1時的工作流程

12、圖可見，在輸出“地址/數(shù)據(jù)”信息時，VI、V2!是交替導通的，負載能力很強，可以直 接與外設存儲器相連，無須增加總線驅(qū)動器。P0口又作為數(shù)據(jù)總線使用。在訪問外部程序存儲器時，P0口輸出低8位地址信息后，將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線，以便讀指令碼（輸入）。在取指令期間，“控制”信號為“ 0”，V1管截止，多路開關也跟著轉向鎖存器反相輸出端Q非;CPU自動將0FFH（11111111,即向D鎖存器寫入一個高電平1'）寫入 P0口鎖存器,讀鎖存器PO.X腳鎖存器沖器地址/數(shù)據(jù)+VCC11控制信號（0、1）松VIjHvifiiiji內(nèi)部總線輸出為高電芋1使V2管截止，在讀引腳信號控制下，通過讀引腳三態(tài)門電路將指令碼讀到內(nèi)部總線。請看 下圖寫鎖存器讀引腳P0 口作為數(shù)據(jù)總線，棗指期間工V幗沆德國如果該指令是輸出數(shù)據(jù)，如 MOVX DPTRA（將累加器的內(nèi)容通過 P0口數(shù)據(jù)總線傳送到 外部RA"）,則多路開關“控制”信號為1', “與門”解鎖，與輸出地址信號的工作流 程類似，數(shù)據(jù)據(jù)由“地址/數(shù)據(jù)”線反相器V誦效應管柵極V2®極輸出。如果該指令是輸入數(shù)據(jù)（讀外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器 ），如MOVX A DPTR任外部 RA說一存儲單元內(nèi)容通過