2020年 05月 17日 星期日
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MCS-51单片机P0端口的结构及工作原理

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-05-17 12:01         

  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个与上图相同的电组成。

  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(或称为状态),大家看上图,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,时序的单元电在学数字电时我们已知道,一个触发器可以保存一位的的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,当多开关与下面接通时,P0口是作为普通的I/O口使用的,当多开关是与接通时,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:这两个单元电的逻辑原理我们在第四课数字及常用逻辑电时已做过介绍,不明白的同学请回到第四节去看看。

  P0口作为I/O端口使用时,多开关的控制信号为0(低电平),看上图中的线线部份,多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),与让的输出是0,V1管就截止,在多控制开关的控制信号是0(低电平)时,多开关是与锁存器的Q非端相接的(即P0口作为I/O口线口用作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非端多开关V2管的

  极V2的漏极到输出端P0.X。前面我们已讲了,当多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。内容来自单片机之家

  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)。

  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T2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。内容来自单片机之家

  例如:控制信号为1,地址信号为“0”时,与门输出低电平,V1管截止;反相器输出高电平,V2管导通,输出引脚的地址信号为低电平。请看下图(兰色字体为电平):

  反之,控制信号为“1”、地址信号为“1”,“与门”输出为高电平,V1管导通;反相器输出低电平,V2管截止,输出引脚的地址信号为高电平。请看下图(兰色字体为电平):

  在取指令期间,“控制”信号为“0”,V1管截止,多开关也跟着转向锁存器反相输出端Q非;CPU自动将0FFH(11111111,即向D锁存器写入一个高电平1)写入P0口锁存器,使V2管截止,在读引脚信号控制下,通过读引脚三态门电将指令码读到内部总线。请看下图

  如果该指令是输出数据,如MOVX @DPTR,A(将累加器的内容通过P0口数据总线传送到外部RAM中),则多开关“控制”信号为1,“与门”解锁,与输出地址信号的工作流程类似,数据据由“地址/数据”线反相器V2场效应管栅极V2漏极输出。

  如果该指令是输入数据(读外部数据存储器或程序存储器),如MOVX A,@DPTR(将外部RAM某一存储单元内容通过P0口数据总线输入到累加器A中),则输入的数据仍通过读引脚三态缓冲器到内部总线,其过程类似于上图中的读取指令码流程图。

  通过以上的分析可以看出,当P0作为地址/数据总线使用时,在读指令码或输入数据前,CPU自动向P0口锁存器写入0FFH,了P0口原来的状态。因此,不能再作为通用的I/O端口。大家以后在系统设计时务必注意,即程序中不能再含有以P0口作为操作数(包含源操作数和目的操作数)的指令。

  1B31、18位A/D转换器AD1170和MCS-51单片机构成的压力变送器数据采集系统电

  由宽带应变信号调理器1B31、18位A/D转换器AD1170和MCS-51单片机构成的压力变送器数据

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