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51單片機(jī)IO口工作原理——P0、P1

作者: 時(shí)間:2016-11-23 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

讀-修改-寫(xiě)指令的特點(diǎn)是,從端口輸入(讀)信號(hào),在單片機(jī)內(nèi)加以運(yùn)算(修改)后,再輸出(寫(xiě))到該端口上。下面是幾條讀--修改-寫(xiě)指令的例子。



這樣安排的原因在于讀-修改-寫(xiě)指令需要得到端口原輸出的狀態(tài),修改后再輸出,讀鎖存器而不是讀引腳,可以避免因外部電路的原因而使原端口的狀態(tài)被讀錯(cuò)。
P0端口是8031單片機(jī)的總線口,分時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三態(tài),用來(lái)接口存儲(chǔ)器、外部電路與外部設(shè)備。P0端口是使用最廣泛的I/O端口。
2、作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口使用時(shí)的工作原理
在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口使用。
這時(shí)多路開(kāi)關(guān)‘控制’信號(hào)為‘1’,‘與門(mén)’解鎖,‘與門(mén)’輸出信號(hào)電平由“地址/數(shù)據(jù)”線信號(hào)決定;多路開(kāi)關(guān)與反相器的輸出端相連,地址信號(hào)經(jīng)“地址/數(shù)據(jù)”線→反相器→V2場(chǎng)效應(yīng)管柵極→V2漏極輸出。
例如:控制信號(hào)為1,地址信號(hào)為“0”時(shí),與門(mén)輸出低電平,V1管截止;反相器輸出高電平,V2管導(dǎo)通,輸出引腳的地址信號(hào)為低電平。請(qǐng)看下圖(蘭色字體為電平):




反之,控制信號(hào)為“1”、地址信號(hào)為“1”,“與門(mén)”輸出為高電平,V1管導(dǎo)通;反相器輸出低電平,V2管截止,輸出引腳的地址信號(hào)為高電平。請(qǐng)看下圖(蘭色字體為電平):




可見(jiàn),在輸出“地址/數(shù)據(jù)”信息時(shí),V1、V2管是交替導(dǎo)通的,負(fù)載能力很強(qiáng),可以直接與外設(shè)存儲(chǔ)器相連,無(wú)須增加總線驅(qū)動(dòng)器.
P0口又作為數(shù)據(jù)總線使用。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí),P0口輸出低8位地址信息后,將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線,以便讀指令碼(輸入)。
在取指令期間,“控制”信號(hào)為“0”,V1管截止,多路開(kāi)關(guān)也跟著轉(zhuǎn)向鎖存器反相輸出端Q非;CPU自動(dòng)將0FFH(11111111,即向D鎖存器寫(xiě)入一個(gè)高電平‘1’)寫(xiě)入P0口鎖存器,使V2管截止,在讀引腳信號(hào)控制下,通過(guò)讀引腳三態(tài)門(mén)電路將指令碼讀到內(nèi)部總線。請(qǐng)看下圖




如果該指令是輸出數(shù)據(jù),如MOVX @DPTR,A(將累加器的內(nèi)容通過(guò)P0口數(shù)據(jù)總線傳送到外部RAM中),則多路開(kāi)關(guān)“控制”信號(hào)為‘1’,“與門(mén)”解鎖,與輸出地址信號(hào)的工作流程類(lèi)似,數(shù)據(jù)據(jù)由“地址/數(shù)據(jù)”線→反相器→V2場(chǎng)效應(yīng)管柵極→V2漏極輸出。
如果該指令是輸入數(shù)據(jù)(讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器),如MOVX A,@DPTR(將外部RAM某一存儲(chǔ)單元內(nèi)容通過(guò)P0口數(shù)據(jù)總線輸入到累加器A中),則輸入的數(shù)據(jù)仍通過(guò)讀引腳三態(tài)緩沖器到內(nèi)部總線,其過(guò)程類(lèi)似于上圖中的讀取指令碼流程圖。
通過(guò)以上的分析可以看出,當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí),在讀指令碼或輸入數(shù)據(jù)前,CPU自動(dòng)向P0口鎖存器寫(xiě)入0FFH,破壞了P0口原來(lái)的狀態(tài)。因此,不能再作為通用的I/O端口。大家以后在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必注意,即程序中不能再含有以P0口作為操作數(shù)(包含源操作數(shù)和目的操作數(shù))的指令。
二、P1端口的結(jié)構(gòu)及工作原理
P1口的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,用途也單一,僅作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口使用。輸出的信息有鎖存,輸入有讀引腳和讀鎖存器之分。P1端口的一位結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖.




由圖可見(jiàn),P1端口與P0端口的主要差別在于,P1端口用內(nèi)部上拉電阻R代替了P0端口的場(chǎng)效應(yīng)管T1,并且輸出的信息僅來(lái)自?xún)?nèi)部總線。由內(nèi)部總線輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器反相和場(chǎng)效應(yīng)管反相后,鎖存在端口線上,所以,P1端口是具有輸出鎖存的靜態(tài)口。
由上圖可見(jiàn),要正確地從引腳上讀入外部信息,必須先使場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷,以便由外部輸入的信息確定引腳的狀態(tài)。為此,在作引腳讀入前,必須先對(duì)該端口寫(xiě)入l。具有這種操作特點(diǎn)的輸入/輸出端口,稱(chēng)為準(zhǔn)雙向I/O口。8051單片機(jī)的P1、P2、P3都是準(zhǔn)雙向口。P0端口由于輸出有三態(tài)功能,輸入前,端口線已處于高阻態(tài),無(wú)需先寫(xiě)入l后再作讀操作。
P1口的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,前面我們已詳細(xì)的分析了P0口,只要大家認(rèn)真的分析了P0口的工作原理,P1口我想大家都有能力去分析,這里我就不多論述了。
單片機(jī)復(fù)位后,各個(gè)端口已自動(dòng)地被寫(xiě)入了1,此時(shí),可直接作輸入操作。如果在應(yīng)用端口的過(guò)程中,已向P1一P3端口線輸出過(guò)0,則再要輸入時(shí),必須先寫(xiě)1后再讀引腳,才能得到正確的信息。此外,隨輸入指令的不同,H端口也有讀鎖存器與讀引腳之分。

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