【正文】 1 / 63 單 片 機(jī) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 與單 片 機(jī) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 與接 口 技 術(shù)接 口 技 術(shù)第第 55 章章 輸 入 、 輸 出 接 口輸 入 、 輸 出 接 口P0~P3P0~P32 / 63 ★ PO～ P3端口的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ★ PO～ P3端口的 編程 ★ 用并行口設(shè)計(jì) LED數(shù)碼顯示 ★ 用并行口設(shè)計(jì)鍵盤電路 本章介紹的主要內(nèi)容 3 / 63 計(jì)算機(jī)對(duì)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)是不能直接接到 CPU的數(shù)據(jù)線上的，必須經(jīng)過接口。 這是由于 CPU的 數(shù)據(jù)線 是外設(shè)或存貯器和CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?唯一公共通道 ，為了使數(shù)據(jù)線的使用對(duì)象不產(chǎn)生使用總線的沖突，以及快速的 CPU和慢速的外設(shè) 時(shí)間上協(xié)調(diào)， CPU和外設(shè)之間必須有接口電路（簡(jiǎn)稱接口或 I/O口） . 第五章 輸入、輸出接口 P0～ P3 4 / 63 ?接口功能 : 緩沖 、 鎖存數(shù)據(jù) ， 地址譯碼 、信息格式轉(zhuǎn)換 、 傳遞狀態(tài) （外設(shè)狀態(tài)）， 發(fā)布命令 等。 ?接口種類 : I/O接口有 并行 接口、 串行 接口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、 A/D、 /D/A等，根據(jù)外設(shè)的不同情況和要求選擇不同的接口。 ?本章介紹并行接口，用于和外設(shè)的并行數(shù)據(jù)通信 。 5 / 63 MCS51單片機(jī)有 P0、 P P P3四個(gè) 8位 雙向 I/O口，每個(gè)端口可以按字節(jié)輸入或輸出，也可以按位進(jìn)行輸入或輸出，四個(gè)口共 32根口線，用作位控制十分方便。 P0口為 三態(tài)雙向口 ，能帶8個(gè) TTL電路； P P P3口為 準(zhǔn)雙向口 ，負(fù)載能力為 4個(gè) TTL電路。 5． 1 PO～ P3端口的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 5． 1． 1 端口功能 大多數(shù)口線都有 雙重功能 ，具體介紹如下： 6 / 63 ? PO口 — /輸出口。 /數(shù)據(jù)總線 ,接外圍芯片時(shí) PO口分時(shí)輸出低 8 位地址與數(shù)據(jù)信號(hào)。 ? P1口 — 輸入 /輸出口。 (52系列 )和 ISP型 (在系統(tǒng)編程型 )中有如下功能 : T2引腳 ,定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入 T2EX引腳 ,定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2觸發(fā)和方向控制 MOSI引腳 ,在系統(tǒng)編程數(shù)據(jù)輸入 MISO引腳 ,在系統(tǒng)編程數(shù)據(jù)輸出 SCK引腳 ,在系統(tǒng)編程時(shí)鐘輸入 7 / 63 ?P2口 — /輸出口。 8位地址總線。 ?P3口 —P3口為雙功能 ，其功能為輸入 /輸出口。 ，每一位功能定義如下表 所示 : 8 / 63 RD （ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出） WR （ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出） T1 （ 定時(shí)器 1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入） T0 （ 定時(shí)器 0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入） TXD （ 串行輸出線） RXD （ 串行輸入線） 第 二 功 能 端口引腳 INT0（ 外部中斷 0輸入線） INT1 （ 外部中斷 1輸入線） 9 / 63 端口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 四個(gè)端口的一位結(jié)構(gòu)見圖 ，同一個(gè)端口的各位具有相同的結(jié)構(gòu)。由圖可見，四個(gè)端口的 結(jié)構(gòu)有相同之處： 依據(jù)每個(gè)端口的不同功能，內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦有不同之處，以下重點(diǎn)介紹不同之處。 都有 兩個(gè)輸入緩沖器 ，分別受內(nèi)部讀鎖存器和讀引腳控制信號(hào)的控制。 都有 鎖存器 (即專用寄存器 PO～ P3) 都是 場(chǎng)效應(yīng)管輸出驅(qū)動(dòng) 。 PO口的輸出驅(qū)動(dòng)電路由上拉場(chǎng)效應(yīng)管 T1和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng) T2組成，控制電路包括一個(gè)與門， 一個(gè)非門和一個(gè)模擬開關(guān) MUX。 (a)P0口位結(jié)構(gòu) 1 1 讀鎖存器 內(nèi)部總線 寫鎖存器 讀引腳 地址 /數(shù)據(jù) 控制 amp。 T1 T2 Vcc 引腳 MUX 2 D Q CL 鎖存器 Q 11 / 63 I/O口使用 CPU發(fā) 控制電平 “ 0” 封鎖與門，使 T1管截止 ，同時(shí)使 MUX開關(guān)同下面的觸點(diǎn)接通 ，使鎖存器的 Q 與 T2柵極接通。 當(dāng) CPU向端口 輸出數(shù)據(jù)時(shí) ，寫脈沖加在鎖存器的 CL上、內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)經(jīng)反相，再經(jīng) T2管反相， PO口的這一位引腳上出現(xiàn)正好和內(nèi)部總線同相的數(shù)據(jù) 。 由于輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)是漏極開路電路 (因 T1截止 )，在 作 I/O口使用時(shí)應(yīng)外接 10K的上拉電阻。 12 / 63 當(dāng) 輸入操作時(shí) ，端口中兩個(gè)三態(tài)緩沖器用于讀操作。 緩沖器 2用于讀端口引腳的數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行端口讀指令時(shí)，讀引腳脈沖打開三態(tài)緩沖器 2，于是端口引腳數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖器 2送到內(nèi)部總線。 緩沖器 1用于讀取鎖存器 Q端的數(shù)據(jù)。當(dāng)執(zhí)行 “ 讀 修改 寫 ” 指令 (即讀端口信息，在片內(nèi)加以運(yùn)算修改后，再輸出到該端口的某些指令如： ANL PO， A指令 )，即是讀的鎖存器 Q的數(shù)據(jù)。 13 / 63 這是為了避免錯(cuò)讀引腳的電平信號(hào)，例如用一根口線去驅(qū)動(dòng)一個(gè)晶體管基極，當(dāng)向口線寫“ 1” ，晶體管導(dǎo)通，導(dǎo)通的 PN結(jié)會(huì)把 引腳的電平拉低 ，如讀引腳數(shù)據(jù)，則會(huì)讀為 0 ，而實(shí)際上原口線的數(shù)據(jù)為 1。因而 采用讀鎖存器 Q的值而避免了錯(cuò)讀 。 究竟是讀引腳還是讀 鎖存器，CPU內(nèi)部會(huì)自行判斷是發(fā)讀引腳脈沖還是讀鎖存器脈沖，讀者不必在意。 應(yīng)注意： 當(dāng)作輸入端口使用時(shí)，應(yīng)先對(duì)該口寫入 “ 1” 使場(chǎng)效應(yīng)管 T2截止 ， 再進(jìn)行讀入 操作，以防場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使引腳箝位到零，而引起誤讀。 14 / 63 PO口作地址 /數(shù)據(jù)線使用 CPU及內(nèi)部控制信號(hào)為 “ 1” ，轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX打向上面的觸點(diǎn)， 使反相器的輸出端和 T2管柵極接通，輸出的地址或數(shù)據(jù)信號(hào)通過與門驅(qū)動(dòng)T1管，同時(shí)通過反相器驅(qū)動(dòng) T2管完成信息傳送，數(shù)據(jù)輸入時(shí)，通過緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。 P1口作通用 I/O口使用，因電路結(jié)構(gòu)上輸出驅(qū)動(dòng)部分接有上拉電阻。 當(dāng)作輸入時(shí)，同 PO一樣， 要先對(duì)該口寫 “ 1” 。 (b)P1口位 結(jié)構(gòu)1讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳TVcc引腳2D QCL鎖存器內(nèi)部上拉電阻Q P1口的結(jié)構(gòu)見下圖 地址控制Vcc內(nèi)部上拉電阻T1MUX12DCLQ鎖存器引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀引腳P2口 P2口的位結(jié)構(gòu)比 P1多了一個(gè)轉(zhuǎn)換控制部分，當(dāng) P2口作通用 I/O口時(shí)，多路開