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51单片机IO口图解
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:
由上图可见,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个与上图相同
的电路组成。
下面,我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下:
先看输入缓冲器: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,
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。
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),
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。
输出驱动部分: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。
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。
1、P0 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)。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的话,这时与门输出的也是一个0(低
电平),与门的输出是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)。
P0 口用作 I/O 端口线,其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 端口线,其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
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