51單片機(jī)的P0口工作原理詳細(xì)講解
三態(tài)門:三態(tài)門緩沖器:51單片機(jī)P0口輸入緩沖器
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/170464.htmP0口的輸出驅(qū)動(dòng):兩個(gè)MOS管組成的推拉式結(jié)構(gòu)
P0口作為IO線輸入狀態(tài)時(shí):①讀引腳;②讀鎖存器;
P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口
P0口作為IO線輸出時(shí),只能輸出低電平、高阻態(tài),需要外接上拉電阻,使高阻態(tài)變?yōu)檩敵龈唠娖?對(duì)比AVR單片機(jī)的推挽輸出結(jié)構(gòu))
P0端口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下圖:
由上圖可見(jiàn),P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開(kāi)關(guān)、一個(gè)與非門、一個(gè)與門及場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。再看圖的右邊,標(biāo)號(hào)為P0.X引腳的圖標(biāo),也就是說(shuō)P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位,即在P0口有8個(gè)與上圖相同的電路組成。
下面,我們先就組成P0口的每個(gè)單元部份跟大家介紹一下:
先看輸入緩沖器:在P0口中,有兩個(gè)三態(tài)的緩沖器,在學(xué)數(shù)字電路時(shí),我們已知道,三態(tài)門有三個(gè)狀態(tài),即在其的輸出端可以是高電平、低電平,同時(shí)還有一種就是高阻狀態(tài)(或稱為禁止?fàn)顟B(tài)),大家看上圖,上面一個(gè)是讀鎖存器的緩沖器,也就是說(shuō),要讀取D鎖存器輸出端Q的數(shù)據(jù),那就得使讀鎖存器的這個(gè)緩沖器的三態(tài)控制端(上圖中標(biāo)號(hào)為‘讀鎖存器’端)有效。下面一個(gè)是讀引腳的緩沖器,要讀取P0.X引腳上的數(shù)據(jù),也要使標(biāo)號(hào)為‘讀引腳’的這個(gè)三態(tài)緩沖器的控制端有效,引腳上的數(shù)據(jù)才會(huì)傳輸?shù)轿覀?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。
D鎖存器:構(gòu)成一個(gè)鎖存器,通常要用一個(gè)時(shí)序電路,時(shí)序的單元電路在學(xué)數(shù)字電路時(shí)我們已知道,一個(gè)觸發(fā)器可以保存一位的二進(jìn)制數(shù)(即具有保持功能),在51單片機(jī)的32根I/O口線中都是用一個(gè)D觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成鎖存器的。大家看上圖中的D鎖存器,D端是數(shù)據(jù)輸入端,CP是控制端(也就是時(shí)序控制信號(hào)輸入端),Q是輸出端,Q非是反向輸出端。
對(duì)于D觸發(fā)器來(lái)講,當(dāng)D輸入端有一個(gè)輸入信號(hào),如果這時(shí)控制端CP沒(méi)有信號(hào)(也就是時(shí)序脈沖沒(méi)有到來(lái)),這時(shí)輸入端D的數(shù)據(jù)是無(wú)法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端Q非的。如果時(shí)序控制端CP的時(shí)序脈沖一旦到了,這時(shí)D端輸入的數(shù)據(jù)就會(huì)傳輸?shù)絈及Q非端。數(shù)據(jù)傳送過(guò)來(lái)后,當(dāng)CP時(shí)序控制端的時(shí)序信號(hào)消失了,這時(shí),輸出端還會(huì)保持著上次輸入端D的數(shù)據(jù)(即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)了)。如果下一個(gè)時(shí)序控制脈沖信號(hào)來(lái)了,這時(shí)D端的數(shù)據(jù)才再次傳送到Q端,從而改變Q端的狀態(tài)。
多路開(kāi)關(guān):在51單片機(jī)中,當(dāng)內(nèi)部的存儲(chǔ)器夠用(也就是不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),這里講的存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及程序存儲(chǔ)器)時(shí),P0口可以作為通用的輸入輸出端口(即I/O)使用,對(duì)于8031(內(nèi)部沒(méi)有ROM)的單片機(jī)或者編寫的程序超過(guò)了單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器容量,需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí),P0口就作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用。那么這個(gè)多路選擇開(kāi)關(guān)就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為‘數(shù)據(jù)/地址’總線使用的選擇開(kāi)關(guān)了。大家看上圖,當(dāng)多路開(kāi)關(guān)與下面接通時(shí),P0口是作為普通的I/O口使用的,當(dāng)多路開(kāi)關(guān)是與上面接通時(shí),P0口是作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用的。
輸出驅(qū)動(dòng)部份:從上圖中我們已看出,P0口的輸出是由兩個(gè)MOS管組成的推拉式結(jié)構(gòu),也就是說(shuō),這兩個(gè)MOS管一次只能導(dǎo)通一個(gè),當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí),V2就截止,當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí),V1截止。
與門、與非門:這兩個(gè)單元電路的邏輯原理我們?cè)诘谒恼n數(shù)字及常用邏輯電路時(shí)已做過(guò)介紹,不明白的同學(xué)請(qǐng)回到第四節(jié)去看看。
前面我們已將P0口的各單元部件進(jìn)行了一個(gè)詳細(xì)的講解,下面我們就來(lái)研究一下P0口做為I/O口及地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)的具體工作過(guò)程。
P0口作為I/O端口使用時(shí),多路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)為0(低電平),看上圖中的線線部份,多路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)同時(shí)與與門的一個(gè)輸入端是相接的,我們知道與門的邏輯特點(diǎn)是“全1出1,有0出0”那么控制信號(hào)是0的話,這時(shí)與門輸出的也是一個(gè)0(低電平),與讓的輸出是0,V1管就截止,在多路控制開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)是0(低電平)時(shí),多路開(kāi)關(guān)是與鎖存器的Q非端相接的(即P0口作為I/O口線使用)。
P0口用作I/O口線,其由數(shù)據(jù)總線向引腳輸出(即輸出狀態(tài)Output)的工作過(guò)程:當(dāng)寫鎖存器信號(hào)CP 有效,數(shù)據(jù)總線的信號(hào)→鎖存器的輸入端D→鎖存器的反向輸出Q非端→多路開(kāi)關(guān)→V2管的柵極→V2的漏極到輸出端P0.X。前面我們已講了,當(dāng)多路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)為低電平0時(shí),與門輸出為低電平,V1管是截止的,所以作為輸出口時(shí),P0是漏極開(kāi)路輸出,類似于OC門,當(dāng)驅(qū)動(dòng)上接電流負(fù)載時(shí),需要外接上拉電阻。
下圖就是由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線向P0口輸出數(shù)據(jù)的流程圖(紅色箭頭)。
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