51單片機(jī)各引腳及端口詳解

1、51單片機(jī)各引腳及端口詳解51單片機(jī)引腳功能：MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照一一單片機(jī)引腳圖：lP0口8位雙向口線（在引腳的3932號(hào)端子）。lP1口8位雙向口線（在引腳的18號(hào)端子）。lP2口8位雙向口線（在引腳的2128號(hào)端子）。lP2口8位雙向口線（在引腳的1017號(hào)端子）。這4個(gè)I/O口具有不完全相同的功能，大家可得學(xué)好了，其它書本里雖然有，但寫的太深，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)很難理解的，我這里都是按我自已的表達(dá)方式來(lái)寫的，相信你也能夠理解的。P0口有三個(gè)功能：1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0D7為數(shù)據(jù)總線接口）2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),當(dāng)作地址

2、總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口）3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做1/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能：1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻；P3口有兩個(gè)功能：除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置，具體功能請(qǐng)參考我們后面的引腳說(shuō)明。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)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(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（ALE/PR0G）編程電壓（25V）：31腳（EA/

3、Vpp）接觸過(guò)工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會(huì)看到有些印刷線路板上會(huì)有一個(gè)電池這個(gè)電池是干什么用的呢這就是單片機(jī)的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會(huì)經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會(huì)丟失。在介紹這四個(gè)I/O口時(shí)提到了一個(gè)“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個(gè)什么東東呢他起什么作用呢都說(shuō)了是電阻那當(dāng)然就是一個(gè)電阻啦,當(dāng)作為輸入時(shí)，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(shí)，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個(gè)上拉電阻才能有效。ALE地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低

4、位地址和數(shù)據(jù)的隔離。參見(jiàn)圖2（8051擴(kuò)展2KBEEPROM電路,在圖中ALE與4LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對(duì)外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，當(dāng)系統(tǒng)中未使用外部存儲(chǔ)器時(shí),ALE腳也會(huì)有六分之一的固定頻率輸出，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效,以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。1、內(nèi)部ROM讀取時(shí),PSEN不動(dòng)作；2、外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；3、外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出；4、外接ROM時(shí)與ROM的OE腳

5、相接。參見(jiàn)圖2（8051擴(kuò)展2KBEEPROM電路,在圖中PSEN與擴(kuò)展ROM的OE腳相接）EA/VPP訪問(wèn)和序存儲(chǔ)器控制信號(hào)1、接高電平時(shí)：CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）擴(kuò)展外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過(guò)0FFFH（8051）1FFFH（8052）時(shí)自動(dòng)讀取外部ROM。2、接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM）。3、8751燒寫內(nèi)部EPROM時(shí),利用此腳輸入21V的燒寫電壓。RST復(fù)位信號(hào)：當(dāng)輸入的信號(hào)連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。XTAL1和XTAL2外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí),此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容;當(dāng)使用外部

6、時(shí)鐘時(shí),用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。VCC：電源+5V輸入VSS：GND接地。8031各端口工作原理講解并行端口P0端口總線I/O端口，雙向，三態(tài)，數(shù)據(jù)地址分時(shí)復(fù)用，該端口除用于數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，在8031單片機(jī)外接程序存儲(chǔ)器時(shí),還分時(shí)地輸出/輸入地址/指令。由Po端口輸出的信號(hào)無(wú)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(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下圖：由上圖可見(jiàn),P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關(guān)與相應(yīng)控制電路、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。在輸出狀態(tài)下，當(dāng)切換開關(guān)MUX向下時(shí)，從內(nèi)部總線來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反相和場(chǎng)效應(yīng)管T2反相,輸出到端口引腳線上。此時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管T1關(guān)斷,因而這種輸出方式應(yīng)

7、為外接上拉電阻的漏極開路式。當(dāng)切換開關(guān)MUX向上時(shí)，一位地址/數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)地輸出到端口線上。此夕卜,由T1、T2的通斷組合，形成高電平、低電平與高阻浮動(dòng)三態(tài)的輸出。在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從引腳上讀來(lái)的信號(hào)一般是一致的，但也有例外。例如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后,鎖存器Q=0,Q=1，場(chǎng)效應(yīng)管T2開通,端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電乎還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號(hào)。又如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后,鎖存器Q=1,Q=0,場(chǎng)效應(yīng)管T2截止。如外接引腳信號(hào)為低電平，從引腳上讀入的信號(hào)就與從鎖存器讀入的信號(hào)不同。為此,8031單片

8、機(jī)在對(duì)端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：為此,8031單片機(jī)在對(duì)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(hào)，其它指令則從端口引腳線上讀入信號(hào)。讀-修改-寫指令的特點(diǎn)是，從端口輸入（讀）信號(hào),在單片機(jī)內(nèi)加以運(yùn)算（修改）后,再輸出（寫）到該端口上。下面是幾條讀一修改-寫指令的例子。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(cuò)。P0端口是8031單片機(jī)的總線口，分時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)D7-D0、低8位地址A7-AO,以及三態(tài)，用來(lái)接口存儲(chǔ)器、外部電路與外部設(shè)備。P

9、0端口是使用最廣泛的I/O端口。P1端口：通用I/0端口，準(zhǔn)雙向靜態(tài)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(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖.由圖可見(jiàn),P1端口與P0端口的主要差別在于,P1端口用內(nèi)部上拉電阻R代替了P0端口的場(chǎng)效應(yīng)管T1,并且輸出的信息僅來(lái)自內(nèi)部總線。由內(nèi)部總線輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反相和場(chǎng)效應(yīng)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(tài)口。由下圖可見(jiàn)，要正確地從引腳上讀入外部信息，必須先使場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷,以便由外部輸入的信息確定引腳的狀態(tài)。為此在作引腳讀入前，必須先對(duì)該端口寫入丨。具有這種操作特點(diǎn)的輸入/輸出端口，稱為準(zhǔn)雙向I/O口。8031單片機(jī)的P1、P2、P

10、3都是準(zhǔn)雙向口。P0端口由于輸出有三態(tài)功能，輸入前,端口線已處于高阻態(tài)，無(wú)需先寫入1后再作讀操作。單片機(jī)復(fù)位后，各個(gè)端口已自動(dòng)地被寫入了1,此時(shí)，可直接作輸入操作。如果在應(yīng)用端口的過(guò)程中，已向P1一P3端口線輸出過(guò)0,則再要輸入時(shí)，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51單片機(jī)中唯一僅有的單功能I/O端口，并且沒(méi)有特定的專用功能，輸出信號(hào)鎖存在引腳上。P2端口：P2端口的一位結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖：由圖可見(jiàn),P2端口在片內(nèi)既有上拉電阻,又有切換開關(guān)MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特點(diǎn)。這主要表現(xiàn)在輸出功能上，當(dāng)切換

11、開關(guān)MUX向左時(shí)，從內(nèi)部總線輸出的一位數(shù)據(jù)經(jīng)反相器和場(chǎng)效應(yīng)管反相后，輸出在端口引腳線上;當(dāng)MUX向右時(shí)，輸出的一位地址信號(hào)也經(jīng)反相器和場(chǎng)效應(yīng)管反相后，輸出在端口引腳線上。由于8031單片機(jī)必須外接程序存儲(chǔ)器才能構(gòu)成應(yīng)用電路，而P2端口就是用來(lái)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(guān)MUX總是在進(jìn)行切換,分時(shí)地輸出從內(nèi)部總線來(lái)的數(shù)據(jù)和從地址信號(hào)線上來(lái)的地址。因此P2端口是動(dòng)態(tài)的I/O端口。輸出數(shù)據(jù)雖被鎖存，但不是穩(wěn)定地出現(xiàn)在端口線上。其實(shí)，這里輸出的數(shù)據(jù)往往也是一種地址,只不過(guò)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

12、之分，并且P2端口也是準(zhǔn)雙向口。可見(jiàn),P2端口的主要特點(diǎn)包括： 不能輸出靜態(tài)的數(shù)據(jù)； 自身輸出外部程序存儲(chǔ)器的高8位地址；執(zhí)行MOVX指令時(shí)，還輸出外部RAM的高位地址，故稱P2端口為動(dòng)態(tài)地址端口。(這是針對(duì)8031說(shuō)的，P2端口的描述與8051的不同。8051有內(nèi)部的ROM,無(wú)需外加ROM,所以8051的P2可以輸出靜態(tài)的數(shù)據(jù)。也可以作為外部存儲(chǔ)器的地址總線。)P3端口：雙功能靜態(tài)I/O口P3端口的一位結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。由上圖可見(jiàn),P3端口和P1端口的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別僅在于P3端口的各端口線有兩種功能選擇。當(dāng)處于第一功能時(shí)，第二輸出功能線為1,此時(shí)，內(nèi)部總線信號(hào)經(jīng)鎖存器和場(chǎng)效應(yīng)管輸入/輸出，其作用與

13、P1端口作用相同，也是靜態(tài)準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)處于第二功能時(shí)，鎖存器輸出1,通過(guò)第二輸出功能線輸出特定的內(nèi)含信號(hào)在輸入方面，即可以通過(guò)緩沖器讀入引腳信號(hào)還可以通過(guò)替代輸入功能讀入片內(nèi)的特定第二功能信號(hào)。由于輸出信號(hào)鎖存并且有雙重功能,故P3端口為靜態(tài)雙功能端口。P3口的特殊功能(即第二功能)：使P3端品各線處于第二功能的條件是：1串行I/O處于運(yùn)行狀態(tài)(RXD,TXD);2打開了處部中斷(INT0,INT1);3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于外部計(jì)數(shù)狀態(tài)(T0,T1)4執(zhí)行讀寫外部RAM的指令(RD,WR)在應(yīng)用中，如不設(shè)定P3端口各位的第二功能(WR,RD信號(hào)的產(chǎn)生不用設(shè)置)，則P3端口線自動(dòng)處于第一功

14、能狀態(tài)，也就是靜態(tài)I/O端口的工作狀態(tài)。在更多的場(chǎng)合是根據(jù)應(yīng)用的需要，把幾條端口線設(shè)置為第二功能，而另外幾條端口線處于第一功能運(yùn)行狀態(tài)。在這種情況下，不宜對(duì)P3端口作字節(jié)操作，需采用位操作的形式。端口的負(fù)載能力和輸入/輸出操作：P0端口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。如需增加負(fù)載能力，可在P0總線上增加總線驅(qū)動(dòng)器OP1,P2,P3端口各能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。前已述及，由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0P3端口寄存器,所以對(duì)這些端口寄存器的讀/寫就實(shí)現(xiàn)了信息從相應(yīng)端口的輸入/輸出。例如：MOVA,P1;把Pl端口線上的信息輸入到AMoVP1,A;把人的內(nèi)容由P1端口輸出MOVP3,#

15、0FFH;使卩3端口線各位置丨串行端口：MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)串行I/O端口，通過(guò)引腳RXD（P3.0）和TXD（P3.1）可與外設(shè)電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信。1. 串行端口的基本特點(diǎn)8031單片機(jī)的串行端口有4種基本工作方式,通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I/O電路;方式1多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信;方式2,3除有方式1的功能外，還可用作多機(jī)通信,以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。串行端口有兩個(gè)控制寄存器，用來(lái)設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率（每秒傳送的位數(shù)）以及作為中斷標(biāo)志等

16、。串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF（在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H），該寄存器為發(fā)送和接收所共同。發(fā)送時(shí)，只寫不讀;接收時(shí)，只讀不寫。在一定條件下，向陽(yáng)UF寫入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程;讀SBUf就啟動(dòng)了接收過(guò)程。串行通信的波特率可以程控設(shè)定。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器Tl的定時(shí)溢出時(shí)間確定，使用十分方便靈活。2. 串行端口的工作方式 方式08位移位寄存器輸入/輸出方式。多用于外接移位寄存器以擴(kuò)展I/O端口。波特率固定為fosc/12。其中，fosc為時(shí)鐘頻率。在方式0中，串行端口作為輸出時(shí)，只要向串行緩沖器SBUF寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)后,串行端口就把此8位數(shù)據(jù)以等的波特率

17、，從RXD引腳逐位輸出（從低位到高位）；此時(shí),TXD輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖。數(shù)據(jù)發(fā)送前，僅管不使用中斷，中斷標(biāo)志TI還必須清零,8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后,TI自動(dòng)置1。如要再發(fā)送,必須用軟件將TI清零。串行端口作為輸入時(shí),RXD為數(shù)據(jù)輸入端,TXD仍為同步信號(hào)輸出端，輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖,使外部數(shù)據(jù)逐位移入RxD。當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)（一幀）后，中斷標(biāo)志RI自動(dòng)置。如果再接收，必須用軟件先將RI清零。串行方式0發(fā)送和接收的時(shí)序過(guò)程見(jiàn)下圖。 方式110位異步通信方式。其中,1個(gè)起始位（0）,8個(gè)數(shù)據(jù)位（由低位到高位）和1個(gè)停止位（1）。波特率由定時(shí)器T1的溢出率和SMOD位

18、的狀態(tài)確定。一條寫SBUF指令就可啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程。在發(fā)送移位時(shí)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(shù)據(jù)位,最后是停止位。這樣的一幀10位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，中斷標(biāo)志TI置位。在允許接收的條件下（REN=1），當(dāng)RXD出現(xiàn)由1到O的負(fù)跳變時(shí),即被當(dāng)成是串行發(fā)送來(lái)的一幀數(shù)據(jù)的起始位，從而啟動(dòng)一次接收過(guò)程。當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測(cè)到高電乎停止位后，即把接收到的8位數(shù)據(jù)裝入SBUF,置位RI,幀數(shù)據(jù)的接收過(guò)程就完成了。方式1的數(shù)據(jù)傳送波特率可以編程設(shè)置，使用范圍寬，其計(jì)算式為：波特率=2SMOD/32X（定時(shí)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和丨兩種狀態(tài)。