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1、MCS-51单片机内部结构 内部结构框图如下：,MCS-51单片机外部引脚 封装形式， 见右图：,MCS-51单片机内存配置,MCS-51单片机的内存结构,对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机对外界进行何种控制，或接受外部的何种控制，都是通过I/O口进行的。51单片机总共有P0、P1、P2、P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O端口都能作输入输出口用，其中P0和P2通常用于对外部存储器的访问。,第五章 输入输出接口P0P3,5.1 MCS-51单片机的并行端口结构与操作,51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占
2、32根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0P3。,下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个 输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路 及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作 为I/O用，也可以作为地址/数据线用。,一、P0口的结构,1、P0口作为普通I/O口,输出时, 输入时-分读引脚或读锁存器 读引脚：由传送指令(MOV)实现； 下面一个缓冲器用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。, 输入时-分读引脚或读锁
3、存器 读锁存器：有些指令 如：ANL P0，A称为“读-改-写” 指令，需要读锁存器。上面一个缓冲器用于读端口锁存器数据。,*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*,P0口必须接上拉电阻； 在读信号之前数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I/O口称为准双向口； 三态输入缓冲器的作用： （ANL P0，A）,准双向口： 从图中可以看出，在读
4、入端口数据时，由于输出驱动FET并接在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写“1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的准双向口。,CPU发出控制电平“1”，打开“与”门，又使多路开关MUX把CPU的地址/数据总线与T2栅极反相接通，输出地址或数据。由图上可以看出，上下两个FET处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。,2、P0作为地址/数据总线,P0引脚输出地址/输入数据 输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。 此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制信号有效
5、，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。,2、P0作为地址/数据总线,-真正的双向口,二、P2的内部结构,1.P2口作为普通I/O口,CPU发出控制电平“0” ，使多路开关MUX倒向锁存器 输出Q端，构成一个准双向口。其功能与P1相同。,2.P2口作为地址总线 在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B (用MOVX DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关MUX倒内部地址线。此时，P2输出高8位地址。, 5.2 P1口、P3口的内部结构,P1口的一位的结构 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。,P3的内部结构,D Q CLK Q,
6、P3.n,读锁存器,内部总线,写锁存器,读引脚,VCC,R,T,P3口引脚,第二输入功能,第二输出功能,一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1),W,P3的内部结构,D Q CLK Q,P3.n,读锁存器,内部总线,写锁存器,读引脚,VCC,R,T,P3口引脚,第二输入功能,第二输出功能,二、P3第二功能(Q=1) 此时引脚部分输入(Q=1、W=1) ,部分输出(Q=1、W输出) 。,W,综上所述：当P0作为I/O口使用时，特别是作为输出时，输出级属于开漏电路，必须外接上拉电阻才会有高电平输出；如果作为输入，必须先向相应的锁存器写“1”，才不会影响输入电平。 当CPU内部控制信号为
7、“1”时，P0口作为地址/数据总线使用，这时，P0口就无法再作为I/O口使用了。,P1、P2 和P3 口为准双向口, 在内部差别不大, 但使用功能有所不同。 P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1”, 然后才能进入输入操作。 P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 可作为扩展系统的地址总线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 对于 8031 而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。,小结： 1、P0口：地
8、址低8位与数据线分时使用端口， 2、P1口：按位可编址的输入输出端口， 3、P2口：地址高8位输出口 4、P3口：双功能口。若不用第二功能，也可作通用I / O 口。 5、按三总线划分：,地址线：P0低八位地址，P2高八地址； 数据线：P0输入输出8位数据； 控制线：P3口的8位加上/PSEN、ALE共同完成 控制总线。,归纳四个并行口使用的注意事项如下： 1、如果单片机内部有程序存贮器，不 需要扩展外部存贮器和I/O接口，单 片机的四个口均可作I/O口使用。 2、四个口在作输入口使用时，均应先 对其写“1”，以避免误读。 3、P0口作I/O口使用时应外接10K的上拉电阻，其它口则可不必。 4
9、、P2可某几根线作地址使用时，剩下的线不能作I/O口线使用。 5、P3口的某些口线作第二功能时，剩下的口线可以单独作I/O口线使用。,5.2 编程举例,例5-1.设计一电路，监视某开关K，用发光二极管LED显示开关状态，如果开关合上，LED 亮、 开关打开，LED熄灭。 分析：设计电路如图5. 2如示。 开关接在P1.1口线，LED接P1.0口线，当开关断开时，P1.1为+5V，对应数字量为“1”，开 关合上时P1.1电平为0V，对应数字量为“0”，这样就可以用JB指令对开关状态进行检测 。,LED正偏时才能发亮，按电路接法，当P1.0输出“1”，LED正偏而发亮，当P1.0 输出“0” ，L
10、ED 的两端电压为 0 而熄灭。,编程如下： CLR P1.0 ；使发光二极管灭 AGA:SETB P1.1 ；先对P1口写入“1” JB P1.1，LIG ；开关开，转LIG SETB P1.0 ；开关合上，二极管亮 SJMP AGA LIG: CLR P1.0 ；开关开，二极管灭 SJMP AGA,在上述电路图中二极管亮度不够，按下面两种电路接法，增加了驱动能力，二极管更亮些。 接成灌电流形式：,加驱动电路：,用汇编语言编程 ORG 0000H MOV P1,#0FFH ;高四位的LED全灭， 低四位输入线送“1”， ABC: MOV A,P1 ;读P1口引脚开关状态，并送入A SWAP
11、A ;低四位开关状态换到高四位 ANL A,#0F0H ;保留高四位 MOV P1,A ;从P1口输出 ORL P1,#0FH ;高四位不变，低四位送“1”， 准备下一轮读开关 SJMP ABC ;循环执行，方便反复调整开关 状态观察执行结果,例3.用P1.0输出1KHz和500Hz的音频信号驱动扬声器，作报警信号，要求1KHz信号响100ms ，500Hz信号响200ms，交替进行，P1.7接一开关进行控制，当开关合上响报警信号，当开关断开告警信号停止，编出程序。 分析：500Hz信号周期为2ms，信号电平为每1ms变反1次。1KHz的信号周期为1ms，信号电平 每500S变反1次，编一个延
12、时500S子程序，延时1ms只需调用2次。用R2控制音响时间长短，A作音响频率的交换控制的标志。A=FF时产生1KHz信号，A=0时产生500Hz信号。,ORG 0000H CLR A ；A作1KHz，500Hz 转换控制 BEG: JB P1.7, ；检测P1.7的开关状态 MOV R2, #200 ；开关闭合报警，R2控制音响时间 DV：CPL P1.0 CJNE A, #0FFH, N1 ；AFFH，延时500S ACALL D500 ；A=FFH ; 延时1ms P1.0变反 N1：ACALL D500 DJNZ R2，DV CPL A SJMP BEG D500:MOV R7, #2
13、50 ；延时500 S子程序 DJNZ R7, RET END,5.3 用并行口设计LED数码显示器 和键盘电路,键盘和显示器是单片机应用系统中常用的输入输出装置。LED数码显示器是常用的显示器之一，下面介绍用单片机并行口设计LED数码显示电路和键盘电路的方法。,5.3.1用并行口设计LED显示电路 1. LED显示器及其原理 LED有着显示亮度高，响应速度快的特点，最常用的是七段式LED显示器，又称数码管。 七段LED显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管的亮暗组合成字符。常见LED的管脚排列见图5.4(a)。其中COM为公共点，根据内部发光二极管的接线 形式，可
14、分成共阴极型图(5.4(b)和共阳极型图(5.4(c)。,0 0 1 1 1 1 1 1 3fh,x g f e d c b a,LED数码管的ga七个发光二极管因加正电压而发亮，因加零电压而不能发亮，不同亮暗的组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码(段码)，如显示”0”,字形码为3fh.,x g f e d c b a,0 0 0 0 0 1 1 0 06h,显示”1”,字形码为06h.,显示”2”,字形码为5bh.,(b),dp,com,a,b,c,d,e,f,g,dp,c,d,e,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,com,com,a,b,c,e,f,g,x g f e d
15、c b a,0 1 0 1 1 0 1 1 5bh,显然共阳极和共阴极的字形码是不同的 ，其字形码见表5.2。LED数码管每段需1020ma的驱动电流，可用TTL或CMOS器件驱动。 字形码的控制输出可采用硬件译码方式，如采用BCD 7段译码/驱动器74LS48、74LS49、CD4511(共阴极)或74LS46、74LS47、CD4513 (其阳极)也可用软件查表方式输出。,为使LED显示不同的符号或数字，要为LED提供段码 （或称字型码）。,提供给LED显示器的段码（字型码）正好是一个字 节（8段）。各段与字节中各位对应关系如下：,按上述格式，8段LED的段码如表10-1所示。,表10-1 LED段码（8段）,表10-1只列出了部分段码，可根据实际情况选用。,另外，段码是相对的，它由各字段在字节中所处的 位决定。例如表10-1中8段LED段码是按格式：,而形成的， “0”的段码为3FH（共阴）。反之，如 将格式改为下列格式：,则 “0”的段码为7EH（共阴）。,字型及段码由设计者自行设定，习惯上还是以“a” 段对应段码的最低位
