51單片機(jī) P0口工作原理詳細(xì)講解

一、P0端口的結(jié)構(gòu)及工作原理

P0端口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖見下圖：

由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關(guān)、一個與非門、一個與門及場效應(yīng)管驅(qū)動電路構(gòu)成。再看圖的右邊，標(biāo)號為P0.X引腳的圖標(biāo)，也就是說P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8個與上圖相同的電路組成。

下面，我們先就組成P0口的每個單元部份跟大家介紹一下：

先看輸入緩沖器：在P0口中，有兩個三態(tài)的緩沖器，在學(xué)數(shù)字電路時，我們已知道，三態(tài)門有三個狀態(tài)，即在其的輸出端可以是高電平、低電平，同時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，上面一個是讀鎖存器的緩沖器，也就是說，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緩沖器的三態(tài)控制端(上圖中標(biāo)號為‘讀鎖存器’端)有效。下面一個是讀引腳的緩沖器，要讀取P0.X引腳上的數(shù)據(jù)，也要使標(biāo)號為‘讀引腳’的這個三態(tài)緩沖器的控制端有效，引腳上的數(shù)據(jù)才會傳輸?shù)轿覀儐纹瑱C(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。

D鎖存器：構(gòu)成一個鎖存器，通常要用一個時序電路，時序的單元電路在學(xué)數(shù)字電路時我們已知道，一個觸發(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D觸發(fā)器來構(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(也就是時序控制信號輸入端)，Q是輸出端，Q非是反向輸出端。

對于D觸發(fā)器來講，當(dāng)D輸入端有一個輸入信號，如果這時控制端CP沒有信號(也就是時序脈沖沒有到來)，這時輸入端D的數(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端Q非的。如果時序控制端CP的時序脈沖一旦到了，這時D端輸入的數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)絈及Q非端。數(shù)據(jù)傳送過來后，當(dāng)CP時序控制端的時序信號消失了，這時，輸出端還會保持著上次輸入端D的數(shù)據(jù)(即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來了)。如果下一個時序控制脈沖信號來了，這時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)。

多路開關(guān)：在51單片機(jī)中，當(dāng)內(nèi)部的存儲器夠用(也就是不需要外擴(kuò)展存儲器時，這里講的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器及程序存儲器)時，P0口可以作為通用的輸入輸出端口(即I/O)使用，對于8031(內(nèi)部沒有ROM)的單片機(jī)或者編寫的程序超過了單片機(jī)內(nèi)部的存儲器容量，需要外擴(kuò)存儲器時，P0口就作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用。那么這個多路選擇開關(guān)就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為‘?dāng)?shù)據(jù)/地址’總線使用的選擇開關(guān)了。大家看上圖，當(dāng)多路開關(guān)與下面接通時，P0口是作為普通的I/O口使用的，當(dāng)多路開關(guān)是與上面接通時，P0口是作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用的。

輸出驅(qū)動部份：從上圖中我們已看出，P0口的輸出是由兩個MOS管組成的推拉式結(jié)構(gòu)，也就是說，這兩個MOS管一次只能導(dǎo)通一個，當(dāng)V1導(dǎo)通時，V2就截止，當(dāng)V2導(dǎo)通時，V1截止。

與門、與非門：這兩個單元電路的邏輯原理我們在第四課數(shù)字及常用邏輯電路時已做過介紹，不明白的同學(xué)請回到第四節(jié)去看看。

前面我們已將P0口的各單元部件進(jìn)行了一個詳細(xì)的講解，下面我們就來研究一下P0口做為I/O口及地址/數(shù)據(jù)總線使用時的具體工作過程。