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1、第5章 MCS-51单片机内的功能模块,MCS-51系列单片机的所有产品一般都具有并行口，定时器和串行口等功能模块。这一章主要介绍这些基本的功能模块使用方法。,5.1 并行口,典型的MCS-51单片机有四个双向8位I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3，每一个口都由口锁存器、输入缓冲器/输出驱动器所组成。图5-1分别给出了P0、P1、P2、P3口的1位的结构框图。,并行口结构框图,工作原理：,P0P3的口锁存器结构都是一样的， P0P3口的每一位口锁存器都是一个D触发器，复位以后的初态为1。但输入缓冲器和输出驱动器的结构有差别。CPU通过内部总线把数据写入口锁存器。CPU对口的读操作有两种：
2、一种是读-修改-写指令(例如ANL P1，#0FEH)，读口锁存器的状态，此时口锁存器的状态由Q端通过上面的三态输入缓冲器送到内部总线。另一种是读指令(例如MOV A，P1)，CPU读取口引脚上的外部输入信息，这时引脚状态通过下面的三态输入缓冲器传送到内部总线。 P1、P2和P3口内部有拉高电路，称为准双向口。 P0口内部没有拉高电路，是三态双向I/O口。 P1、P2、P3口可以驱动四个LSTTL电路，P0口可以驱动八个LSTTL电路。,5.1.1 P1口一、P1口特性,P1口为准双向口，只能作为通用I/O口使用，用来传送数据。它的每一位可以分别定义为输入线或输出线，即用户可以把P1口的某些位
3、作为输出线使用，另外的一些位作为输入线使用。,P1口的某一位作为输入线时，该位的口锁存器必须保持“1”，使输出场效应管T截止，这时该位引脚由内部拉高电路拉成高电平，也可以由外部的电路拉成低电平，CPU读P1引脚状态时实际上就是读出外部电路的输入信息。P1口作为输入时，可以被任何TTL电路和MOS电路所驱动，由于内部具有提升电路，也可以被集电极开路或漏极开路的电路所驱动。,P1口的某一位作为输出线时，将“1”写入该位口锁存器，则 Q 端上的输出场效应管T截止，该位的输出引脚由内部的拉高电路拉成高电平，输出“1”；将“0”写入口锁存器，输出场效应管T导通，引脚输出低电平，即输出“0”。,例1 的子
4、程序采用字节操作指令将开关状态送指示灯显示，Ki闭合，Li亮。,例1KLA：MOVA，P1 SWAPA ORLA，#0F0H ；保持P1.4P1.7口锁存器为1 MOVP1，A RET 例2用位操作指令实现同样的功能。 例2 KLB：MOVC，P1.4 ；位传送不影响P1.4P1.7口锁存器 MOVP1.0，C MOVC，P1.5 MOV P1.1，C MOVC，P1.6 MOVP1.2，C MOVC，P1.7 MOVP1.3，C RET,5.1.2 P3口一、P3口特性,P3口为多功能口，它的第一功能为准双向口，可以作为通用I/O口使用，其特性和P1口相似 。但在实际应用中它的第二功能信号更
5、多。,P3口的每一位可以分别定义为第一功能输入/输出线或第二功能输入/输出线。 P3口的某一位作为第一功能输入/输出线时，第二功能输出线总是为高电平，该位引脚输出电平仅取决于口锁存器的状态，为“1”时输出高电平，为“0”时输出低电平。 P3口的某一位作为输入线时，该位口锁存器应保持“1”，使输出场效应管T截止，引脚状态由外部输入电平所确定。P3口的某一位作为第二功能输入/输出线时，该位的口锁存器也必须保持“1”，使输出场效应管的状态由第二功能输出确定。,P3口的口锁存器Q端接与非门驱动输出场效应管T，该与非门的另一个控制端为第二功能输出线。P3口的引脚状态通过输入缓冲器输入到内部总线和第二功能
6、输入线。,表5-1 P3口的第二功能定义,二、P3口的操作 P3口的字节地址为0B0H，位地址为0B0H0B7H。对P3口的操作，可以采用字节操作，也可以采用位操作。 例3 ANL P3，#0DFH；0 P3.5 CLR P3.5 ；0 P3.5 ORL P3，#20H；1 P3.5 SETB P3.5 ；1 P3.5 XRL P3，#20H ；P3.5取反 CPL P3.5 ；P3.5取反,5.1.3 P2口一、P2口特性,P2口也有两种功能，对于内部有程序存贮器的单片机（如定制的8051），P2口可以作为输入口或输出口使用，直接连接输入/输出设备；也可以作为系统扩展的地址总线口，输出高8位
7、地址A8A15。对于内部没有程序存贮器的单片机，必须外接程序存贮器，一般情况下P2口只能作为系统扩展的高8位地址总线口，而不能作为外部设备的输入/输出口。,1、P2口的输出驱动器上有一个多路电子开关(见图5-1(c)，当输出驱动器转接至P2口锁存器的Q端时，P2口作为第一功能输入 /输出线，这时P2口的结构和P1口相似，其功能和使用方法也和P1口相同。 2、当输出驱动器转接至地址时，P2口作为地址总线口，引脚状态由所输出的地址确定。 3、 CPU访问外部的程序存贮器时，P2口输出程序存贮器的高8位地址A8A15，该地址来源于内部的程序计数器PC的高8位； 4、当CPU以16位地址指针DPTR访
8、问外部RAM/IO的时候，P2口输出的地址来源于DPH。,二、P2口操作,1、对于内部有程序存贮器的单片机所构成的基本系统（如8751或定制的8051），既不扩展程序存贮器，也不扩展RAM I/O 口，这时P2口作为通用I/O口使用。 例4 XRL P2 ，#1 ；P2.0取反 CPL P2.0 ；P2.0取反,2、对于只扩展少量外部RAM I/O口，其地址范围在0255之间，P2 口也可以作为I/O口使用。对外部RAM I/O口操作，只能使用R0或R1作地址指针，不能用DPTR作址址指针。 例5 将33H写入外部RAM的50H单元，CPU执行下面的程序段不影响P2口输出状态，因而是正确的：
9、MOVR0 ，#50H MOV A，#33H MOVX R0，A CPU执行下面的程序段将影响P2口的输出状态，因而是错误的； MOV DPTR，#50H MOV A，#33H MOVX DTPR ，A,例6 将33H写入外部RAM的8200H，下面的程序段都是正确的： (1)MOVP2，#82H MOVR0，#0 MOV A，#33H MOVX R0 ，A (2)MOV P2，#82H MOV R1，#0 MOV A，#33H MOVX R1，A (3)MOV DPTR，#8200H MOV A，#33H MOVX DPTR，A,3、对于既扩展程序存贮器，又扩展外部RAM/IO口的系统，P2
10、口不能作为I/O口使用，对外部RAM/IO口操作则可以做DPTR、P2 R0、P2 R1三个16位地址指针的高8位。,5.1.4 P0口一、P0口特性,P0口为三态双向I/O口。对于内部有程序存贮器的单片机基本系统（如定制的8051），P0口可以作为输入/输出口使用，直接连外部的输入/输出设备；也可以作为系统扩展的地址/数据总线口。对于内部没有程序存贮器的单片机（如8031），P0口只能作为地址/数据总线口使用。,1、P0口的输出驱动器中也有一个多路电子开关。输出驱动器转接至口锁动器的Q端时，P0口作为双向I/O口使用。 这时，CPU发来的控制信号为低电平，使输出驱动电路的上拉场效应管T1截止
11、。P0口的锁存器为“1”时，输出驱动器中的两个场效应管均截止，引脚浮空；由于P0口输出电路是漏极开路的电路，必须外接10k拉高电阻才能有高电平输出。而写入“0”时，下管导通输出低电平。,2、当输出驱动器转接至地扯/数据时，P0口作为地址/数据总线口使用，分时输出外部存贮器的低8位地址A0A7和传送数据D0D7。低8位地址先由地址允许锁存信号ALE锁存到外部的地址锁存器中，接着P0口便输入/输出数据信息。P0口输出的低8位地址来源于PCL、DPL、R0、R1等。,二、P0口使用方法,P0口为三态双向I/O口，当用作输入口时，一般接10k左右的拉高电阻。图5-3所示的8751基本系统中，将一个开关
12、K0接至P1.0和P0.0的电路有所差别，其原因是P1口内部具有拉高电阻，P0.0必须外接拉高电阻，才能使开关K0闭合时读P0.0引脚为0，K0断开时读P0.0引脚为1。,MCS-51的并行扩展总线,MCS-51的P0口和P2口可以作为并行扩展总线，可以扩展64K字节程序存贮器和64K字节RAM I/O口 P2口输出高8位地址A8A15，P0口为复用口，先输出低8位地址A0A7，用ALE信号的负跳变将A0A7送入地址锁存器锁存，P2口和地址锁存器输出作为地址总线，输出地址A0A15。在ALE将A0A7送入地址锁存器锁存以后，接着P0口作为数据总线使用来传送数据。在扩展系统中，P3.6、P3.7
13、作为外部RAM/IO口的读/写选通信号WR、RD，PSEN作为外部程序存贮器的读选通信号。正是由于外部程序存贮器和RAM/IO口使用不同的读选通信号，才使CPU通过16位地址总线访问64K字节程序存贮器和64K字节RAM/IO口。,MCS-51并行口电路小结,1. P0、P1、P2、P3都是并行I/O口，都可用于数据的输入/输出传送，但P0、P2口可作为并行扩展总线。P0口可作为地址/数据复用线使用，输送系统的低8位地址和8位数据，因此多路开关的一个输入端为“地址/数据”信号。而P2口仅作为高位地址线使用，不涉及数据，所以多路开关的一个输入信号为“地址”。,2. P3口的口线具有第二功能，为系
14、统提供一些控制信号。因此在P3口电路中增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其它各不同之处。,5.2 定时器,各种型号的单片机，不管其功能强弱都有定时器，因为定时器对于面向控制型应用领域的单片机特别有用，定时器可以实现下列功能：,（1）定时操作：产生定时中断，实现定时采样输入信号，定时扫描键盘、显示器等定时操作； （2）测量外部输入信号：对输入信号累加统计或测量输入信号的周期等参数； （3）定时输出：定时触发输出引脚的电平，使输出脉冲的宽度、占空比、周期达到预定值，其精度不受程序状态影响； （4）监视系统正常工作：一旦系统工作异常时自动复位，重新启动系统正常工作。（监视定时器watchdog）；
15、,5.2.2 定时器/计数器T0和T1,MCS-51系列的单片机内，共有两个16位可编程的定时器/计数器，分别称为定时器/计数器T0和定时器/计数器T1。 与定时器/计数器有关的特殊功能寄存器有以下几个： 1、TH0、TL0为T0的16位计数器的高8位和低8位。 2、TH1、TL1为T1的16位计数器的高8位和低8位。 3、TMOD为T0、T1的方式寄存器。 4、TCON为T0、T1的状态和控制寄存器，存放T0、T1的运行控制位和溢出中断标志位。 5、中断控制寄存器IE、IP。 通过对TH0、TL0和TH1、TL1的初始化编程来设置T0、T1计数器初值，通过对TCON和TMOD的编程来选择T0
16、、T1的工作方式和控制T0、T1的运行。,一、方式寄存器TMOD（89H）,特殊功能寄存器TMOD为T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TMOD的低4位为T0的方式字段，高4位为T1的方式字段，它们的含义是完全相同的。 工作方式选择位M1、M0（方式 03） 定时方式和外部事件计数方式选择位C/T C/T=1为外部事件计数方式。 门控位GATE GATE为1时，定时器的计数受外部引脚输入电平的控制（INT0控制T0的运行，INT1控制T1的运行）；GATE为0时定时器计数不受外部引脚输入电平的控制。,二、控制寄存器TCON（88H）,特殊功能寄存器TCON的高4位为定时器的运行控制位和溢出标志位，低4位为外部中断的触发方式控制位和锁存外部中断请求源（
