单片机IO端口工作原理.pdf

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1、一、P0端口的结构及工作原理P0端口8位中的一位结构图见下图:输入缓冲器:在P0口中,有两个三态的缓冲器,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。图中有一个是读锁存器的缓冲器,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。图中另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。D锁存器: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

2、器来构成锁存器的。图中的锁存器,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),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。多路开关:在51单片机中,当内部的存储器

3、够用(也就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MOS

4、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。还有与门、与非门。1、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),图中与门输出的也是一个0(低电平),V1管就截止,且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)。P0口用作I/O口线,其由数据总线向引脚输出(即输出状态)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。由于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

5、漏极开路输出,类似于OC门,当驱动上接电流负载时,需要外接上拉电阻。下图就是由内部数据总线向P0口输出数据的流程图(红色箭头)。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1、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)。2、读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):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Q=0,Q非=1,场效应管V2

6、开通,端口线呈低电平状态。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脚上的信号。又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q=1,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

7、面是几条读--修改-写指令的例子。ANLP0,#立即数;P0→立即数P0ORLP0,A;P0→AP0INCP1;P1+1→P1DECP3;P3-1→P3CPLP2;P2→P2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原因而使原端口的状态被读错。P0端口是8031单片机的总线口,分时出现数据D7一D0、低8位地址A7一AO,以

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