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1、0单片机研究意义引言 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片目 录摘 要 （1）Summary （2）1 P0 端口的结构及工作原理（3）11 P0 端口 8 位中的一位结构（3）12 组成 P0 口的每个单元（4）13 作为 I/O 端口使用时的工作原理（5） 2、P1 端口的结构及工作原理（11）21 P1 端
2、口的一位结构（11） 3、 P2 端口的结构及工作原理（12）31 P2 端口的一位结构（12） 4、P3 端口的结构及工作原理（14）141 P3 端口的一位结构（14）42 P3 口的特殊功能（15）43 端口的负载能力和输入输出操作（15）结 语 （17）参考文献 （17）摘要单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备
3、 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。因此单片机地研究前景比较广阔。结合本专业我选取了 8051 单片机作为研究方向，接下来介绍了该单片机的工作原理即/O 引脚的端口结构和工作模式，8051 模块的应用前景、 、 、关键词：8051 单片机 /O 引脚 应用前景2Summary Dedicated processor, single chip than the most suitable for embedded systems, so it was up to the applica
4、tion. In fact the number of SCM is the worlds largest computer. Modern human life used in almost every piece of electronic and mechanical products will be integrated single chip. Phone, telephone, calculator, home appliances, electronic toys, handheld computers and computer accessories such as a mou
5、se with a 1-2 in both the Department of SCM. Personal computer will have a large number of SCM in the work. General car with more than 40 microcontroller, a complex industrial control systems may even hundreds of single chip at the same time work!SCM is not only far exceeds the number of PC, and oth
6、er integrated computing, and even the number of even more than the human. Therefore, to study the prospects for SCM quite broad. Combined with the professional selected 8051 as my research, then describes the working principle of the single chip that is / O pins of the port structure and mode of app
7、lication of the 8051 prospects of the module, 3Key words: 8051 I/ O pins prospects 8051 单片机是在 8031 的基础上发展过来的，在上个世纪 70 年代末美国INTEL 公司从荷兰 PHILIP 公司购买了 8031 单片机的专利技术生产了一系列 8位的单片机，这一系列按照片内存储器的种类和大小不同有好多品种，如8031，8051，8751，8752 等，其中 8051 是最早最典型的产品，该系列的其他单片机都是在 8051 的基础上发展过来的，接下来我就简单的介绍一下 8051 单片机的工作原理即/O 引
8、脚的端口结构和工作模式。1 P0 端口的结构及工作原理P0 端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。再看图的右边，标号为 P0.X 引脚的图标，也就是说 P0.X引脚可以是 P0.0 到 P0.7 的任何一位，即在 P0 口有 8 个与下图相同的电路组成。11 P0 端口 8 位中的一位结构图见下图：412 组成 P0 口的每个单元部份12.1 入缓冲器：在 P0 口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，
9、也就是说，要读取 D 锁存器输出端 Q 的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为读锁存器端）有效。下面一个是读引脚的缓冲器，要读取 P0.X 引脚上的数据，也要使标号为读引脚的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。12.2 D 锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在 51 单片机的 32 根 I/O 口线中都是用一个 D 触发器来构成锁存器的。大家看上图中的 D 锁存器，D 端是数据输入端，CP 是控制端（也就是时序控制信号输入端）
10、，Q 是输出端，Q 非是反向输出端。对于 D 触发器来讲，当 D 输入端有一个输入信号，如果这时控制端 CP 没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端 D 的数据是无法传输到输出端Q 及反向输出端 Q 非的。如果时序控制端 CP 的时序脉冲一旦到了，这时 D 端输入的数据就会传输到 Q 及 Q 非端。数据传送过来后，当 CP 时序控制端的时序信5号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端 D 的数据（即把上次的数据锁存起来了）。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时 D 端的数据才再次传送到 Q 端，从而改变 Q 端的状态。12 .3 多路开关：在 51 单片机中，当内部的存储器够用（也就
11、是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0 口可以作为通用的输入输出端口（即 I/O）使用，对于 8031（内部没有 ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为地址/数据总线使用。那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通 I/O 口使用还是作为数据/地址总线使用的选择开关了。大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0 口是作为普通的 I/O 口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0 口是作为地址/数据总线使用的。输出驱动部份：从上图中我们已看出，P0 口的输出是由两个 MOS 管组成的推拉式结构，也就是说，这两个
12、MOS 管一次只能导通一个，当 V1 导通时，V2就截止，当 V2 导通时，V1 截止。与门、与非门：这两个单元电路的逻辑原理我们在第四课数字及常用逻辑电路时已做过介绍，不明白的同学请回到第四节去看看。前面我们已将 P0 口的各单元部件进行了一个详细的讲解，下面我们就来研究一下 P0 口做为 I/O 口及地址/数据总线使用时的具体工作过程。13 作为 I/O 端口使用时的工作原理P0 口作为 I/O 端口使用时，多路开关的控制信号为 0（低电平），看上图中的线线部份，多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全 1 出 1，有 0 出 0”那么控制信号是 0
13、的话，这时与门输出的也是一个 0（低电平），与让的输出是 0，V1 管就截止，在多路控制开关的控制信号是 0（低电平）时，多路开关是与锁存器的 Q 非端相接的（即 P0 口作为 I/O 口线使用）。6P0 口用作 I/O 口线，其由数据总线向引脚输出（即输出状态 Output）的工作过程：当写锁存器信号 CP 有效，数据总线的信号锁存器的输入端 D锁存器的反向输出 Q 非端多路开关V2 管的栅极V2 的漏极到输出端P0.X。前面我们已讲了，当多路开关的控制信号为低电平 0 时，与门输出为低电平，V1 管是截止的，所以作为输出口时，P0 是漏极开路输出，类似于 OC 门，当驱动上接电流负载时，需
14、要外接上拉电阻。13.1 内部数据总线向 P0 口输出数据的流程图（红色箭头）。13.2 P0 口用作 I/O 口线，其由引脚向内部数据总线输入（即输入状态Input）的工作过程： 数据输入时（读 P0 口）有两种情况读引脚读芯片引脚上的数据，读引脚数时，读引脚缓冲器打开（即三态缓冲器的控制端要有效），通过内部数据总线输入，请看下图（红色简头）。7锁存器通过打开读锁存器三态缓冲器读取锁存器输出端 Q 的状态，请看下图（红色箭头）：13.3 在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器 Q0，Q 非1，场效应管 T2 开通，端口线呈低
15、电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引8脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器 Q1，Q 非0，场效应管 T2 截止。如外接引脚信号为低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此，8031 单片机在对端口 P0 一 P3 的输入操作上，有如下约定：为此，8051 单片机在对端口 P0 一 P3 的输入操作上，有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指令，从锁存器读入信号，其它指令则从端口引脚线上读入信号。读-修改-写指令的特点是，从端口输入(读)信号，在单片机内加以运算(修改)后，再输出(写)到该端口上。下面是几条读-修改-写指令的例子。ANL P0,#立即数;P0立即数 P0 ORL P0,A ;P0AP0 INC P1;P1+1P1 DEC P3 ;P3-1P3 CPL P2;P2P2 这样安排的原因在于读-修改-写指令需要得到端口原输出的状态，修改后再输出，读锁存器而不是读引脚，可以避免因外部电路的
