第四章 80C51单片机的功能单元

(1) 外部设备的工作速度与计算机相比要低得 多。 (2) 外部设备的种类繁多, 有机械式、 机电式 及电子式等等。 (3) 外部设备的数据信号是多种多样的, 既有 电压信号, 也有电流信号; 既有数字量, 还有模 拟量。 (4) 外部设备的数据传送有近距离的, 也有远 距离的; 有的使用并行数据传送, 而有的则使 用串行传送数据。
四、 P3口的结构
读锁存器 第二输出功能W R VCC
内部总线
D CL
P3.X 锁存器
Q & T
P3.X 引脚
写锁存器
读引脚
第二输入功能
1、 P3用作第一功能的通用I/O口
当CPU对P3口进行字节或位寻址时（多数应用 场合是把几条口线设为第二功能，另外几条口线设 为第一功能，这时宜采用位寻址方式），单片机内 部的硬件自动将第二功能输出线的W置1。这时，对 应的口线为通用I/O口方式。 作为输出时，锁存器的状态（Q端）与输出引脚的 状态相同； 作为输入时，也要先向口锁存器写入1，使引脚处 于高阻输入状态。输入的数据在“读引脚”信号的 作用下，进入内部数据总线。 P3口在作为通用I/O口时，也属于准双向口。



1. 独立编址方式 所谓独立编址，就是把I/O和存储器分开进行编址。 从而形成两部分地址空间：存储器地址空间和I/O地 址空间。优点：是不占用存储器的地址空间，不会 减少内存的实际容量；缺点：是需要专门的I/O指令 和控制电路，使得系统的复杂性增加。 2. 统一编址方式 统一编址就是把系统中的I/O和储存器统一进行编址。 它把端口也当作储存单元来对待，也就是让端口占 用储存单元的地址。优点：是不需要专门的I/O指令， 可直接使用存储器指令进行I/O操作，不但简单方便、 功能强，而且I/O地址范围不受限制。缺点：端口占 用了一部分内存空间，使内存的有效容量减少，而 16位的端口地址也太长，会使地址译码变得复杂。 此外，外存储器指令比起专用的I/O指令要长而且执 行速度慢。
CPU在执行“MOV”类输入指令时 （如：MOV A，P1），内部产生的操作 信号是“读引脚”。注意，在执行该类输 入指令前要先把锁存器写入“1”，使场效 应管T截止，使引脚处于高阻抗状态，可 以作为高阻抗输入。否则，在作为输入方 式之前曾向锁存器输出过“0”，则T导通 会使引脚箝位在“0”电平，使输入高电平 “1”无法读入。所以，P1口在作为通用 I/O口时，属于准双向口。

P1口的工作过程分析 作为输出：
CPU 1 0

D 1 0
Q 1 0
Q* 0 1
T 截止 导通
A点 1 0
P1.i 1 0
作为输入： P1.i锁存器 Q 1 0 1 0
Q* 0 1
T 截止 导通
P1.i引脚 A点 B/总线 1/0 1/0 1/0 0 1/0 0
原因：当T导通时不管P1.i引脚是什么电平A点电平始终被T箝位于低电平。
CPU在执行“读—修改—写”类输入指令时
内部产生的“读锁存器”操作信号使锁存器Q 端数据进入内部数据总线，在与累加器A进行 逻辑运算之后，结果又送回P2的口锁存器并出 现在引脚。 CPU在执行“MOV”类输入指令时，内部产 生的操作信号是“读引脚”。应在执行输入指 令前要把锁存器写入“1”，从而使引脚处高阻 抗输入状态。 所以，P2口在作为通用I/O口时，属于准 双向口。
CPU在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存器”
信号的作用下由D端进入锁存器，经反相器反相后送至场效 应管T，再经T反相，在P2.X引脚出现的数据正好是内部总线 的数据。 P2口用作输入时，数据可以读自口的锁存器，也可以读自 口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还 是“读引脚”指令来决定。
在这种情况下，单片机硬件自动使控制 C=0，MUX开关接向锁存器的反相输出端。 另外，与门输出的“0”使输出驱动器的上 拉场效应管T1处于截止状态。因此，输出驱 动级工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。
作输出口时，CPU执行口的输出指令，
内部数据总线上的数据在“写锁存器”信 号的作用下由D端进入锁存器，经锁存器 的反向端送至场效应管T2，再经T2反向， 在P0.X引脚出现的数据正好是内部总线的 数据。 当P0口用作输入时，须向口锁存器写入 1。
思考题：ADD A，P1 JNB P1.0 JB P1.1

是读引脚指令还是读锁存指令，并在实验 箱上验证。
2、 P0口的结构
地址/数据 读锁存器 1 控制C & T1 P0.X 引脚 MUX T2 VCC
内部总线
D CL
P0.X 锁存器
Q Q
1 0
写锁存器
读引脚
1、 P0用作通用I/O口
当系统不进行片外的ROM扩展，也 不进行片外RAM扩展时，P0用作通用 I/O口。
三、 P2口的结构
读锁存器 地址 控制C R VCC
内部总线
D CL
P2.X 锁存器
Q
1 1 0 MUX T
P2.X 引脚
写锁存器
读引脚
1、 P2用作通用I/O口
当不需要在单片机芯片外部扩展程序存储 器，只需扩展256B的片外RAM时，只用到了 地址线的低8位，P2口仍可以作为通用I/O口 使用。
3.中断传送方式


由于查询传送方式为CPU主动要求传送数据,而它又 不能控制外设的工作速度,因此只能用等待的方式来 解决配合的问题。中断方式则是在外设为数据传送 作好准备之后,就向CPU发出中断请求信号(相当于 通知CPU)，CPU接收到中断请求信号之后立即作 出响应,暂停正在执行的原程序(主程序),而转去为外 设的数据输入输出服务，待服务完之后,程序返 回,CPU再继续执行被中断的原程序。 由于CPU的工作速度很快,传送1次数据(包括转入中 断和退出中断)所需的时间很短。对外设来讲,似乎 是对CPU发出数据传送请求的瞬间,CPU就实现了； 对主程序来讲,虽然中断了1个瞬间,但由于时间很短, 也不会有什么影响。 中断方式完全取消了CPU在查 询方式中的等待过程，大大提高了CPU的工作效率。

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
接口电路主要有以下几项功能：
(1) 速度协调。 (2) 数据锁存。 (3) 三态缓冲。 (4) 数据转换。

二、接口与端口
“接口”一词是从英文interface翻译过来的, 具 有界面、 相互联系等含义。 接口这个术语 在计算机领域中应用十分广泛, 本章所讲述的接口则特指计算机与外设之间 在数据传送方面的联系, 其功能主要是通过电 路实现的, 因此称之为接口电路, 简称接口。 一般来说，每连接1个外设就需要1个I／O接 口，但每1个接口都可以有不止1个端口(port)。 端口是指那些在接口电路中用以完成某种信 息传送，并可由编程人员寻址进行读写的寄 存器。端口也简称为口。
2、P2用作地址总线
当需要在单片机芯片外部扩展程序存储器 或扩展的RAM容量超过256字节时，在访问扩 展的空间时，单片机内硬件自动使控制C=1， MUX开关接向地址线，这时P2.X引脚的状态 正好与地址线的信息相同。P2口作地址总线 有输出锁存的功能，在取指周期内或外部数据 存储器读、写选通期间输出的高8位地址是锁 存的，故无需外加地址锁存器。在系统中如果 外接有程序存储器，由于访问片外程序
CPU在执行“读—修改—写”类输 入指令时（如：ANL P1，A），内部产 生的“读锁存器”操作信号，使锁存器Q 端数据进入内部数据总线，在与累加器A 进行逻辑运算之后，结果又送回P1的口 锁存器并出现在引脚。读口锁存器可以避 免因外部电路原因使原口引脚的状态发生 变化造成的误读。与此类似的指令还有 ORL、XRL、JBC、CPL、INC、DEC、 DJNZ、MOV（位操作）、CLR、SETB
1、 P1口的结构
读锁存器 R上拉电阻 VCC
内部总线
D
P1.i 锁存器 Q CL
Q
P1.i 引脚 T
写锁存器
读引脚
由图可见，P1口由一个输出锁存器、两 个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。 输出驱动电路内部设有上拉电阻及FET晶 体管。 作输入口时，数据可以读自口的锁存器， 也可以读自口的引脚。这要根据输入操作 采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚” 指令来决定。
第四章 80C51单片机的 功能单元
第四章 80C51单片机的功能单元
0、I/O 概 述 1、并行的I/O接口（理解） 2、中断系统（理解应用） 3、串行接口（了解） 4、定时器/计数器（理解，应用）

§4.0 I/O 概 述




一、 I/O接口电路的作用 单片机系统中共有两类数据传送操作：一类是CPU 和存储器之间的。另一类是CPU与外设之间的输入 输出操作。 对于CPU和存储器之间的数据传递。由于存储器和 CPU的都采用半导体电路制成，它们的数据信号电 平兼容所以它们之间可以相互直接通信。只要在时 序关系上相互满足就可以正常工作。因此存储器和 CPU的连接较为简单。 计算机的I/O操作, 即CPU和外部设备之间的数据传 送却十分复杂。 主要表现在以下几个方面：

三、 I/O的编址方式

在计算机中, 凡需进行读写操作的设备都存 在着编址问题。 具体说来在计算机中有两 种需要编址的器件： 一种是存储器, 另一种 就是接口电路。 存储器是对存储单元进行 编址, 而接口电路则是对其中的端口进行编 址。 对端口编址是为I/O操作而进行的, 因 此也称为I/O编址。 常用的I/O编址有两种方 式： 独立编址方式和统一编址方式。
§4.1 80C51的并行口结构与操作



并行I/O口 MCS-51共有四个8位的并行I/O口，分别记作P0、 P1、P2、P3。每个口都包含锁存器电路，输出驱动 电路、输入缓冲电路和控制电路四部分组成。而且 它们还被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址 和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口 分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存 储器的系统中，这4个口的每一位均可作为准双向的 I/O端口使用。 MCS-51单片机的四个I/O口都是8位双向口，这些口 在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点，以 下分别介绍。