51單片機的P0口工作原理詳細講解
三態(tài)門:三態(tài)門緩沖器:51單片機P0口輸入緩沖器
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/170464.htmP0口的輸出驅(qū)動:兩個MOS管組成的推拉式結(jié)構(gòu)
P0口作為IO線輸入狀態(tài)時: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,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?對比AVR單片機的推挽輸出結(jié)構(gòu))
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,標號為P0.X引腳的圖標,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)(或稱為禁止狀態(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?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/單片機">單片機的內(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制數(shù)(即具有保持功能),在51單片機的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單片機中,當(dāng)內(nèi)部的存儲器夠用(也就是不需要外擴展存儲器時,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)的單片機或者編寫的程序超過了單片機內(nèi)部的存儲器容量,需要外擴存儲器時,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‘數(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口的各單元部件進行了一個詳細的講解,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。
P0口作為I/O端口使用時,多路開關(guān)的控制信號為0(低電平),看上圖中的線線部份,多路開關(guān)的控制信號同時與與門的一個輸入端是相接的,我們知道與門的邏輯特點是“全1出1,有0出0”那么控制信號是0的話,這時與門輸出的也是一個0(低電平),與讓的輸出是0,V1管就截止,在多路控制開關(guān)的控制信號是0(低電平)時,多路開關(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)的工作過程:當(dāng)寫鎖存器信號CP 有效,數(shù)據(jù)總線的信號→鎖存器的輸入端D→鎖存器的反向輸出Q非端→多路開關(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)多路開關(guān)的控制信號為低電平0時,與門輸出為低電平,V1管是截止的,所以作為輸出口時,P0是漏極開路輸出,類似于OC門,當(dāng)驅(qū)動上接電流負載時,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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