從AT89C51了解單片機(jī)

3?I/O口的介紹
　　在圖2中，還有P0～P3引腳。這些引腳可以將單片機(jī)輸出的高低電位信號(hào)傳送給片外的負(fù)載，也可將片外其它設(shè)備輸出的高低電位號(hào)輸入至單片機(jī)，因此，在單片機(jī)中，這些引腳就叫做輸入輸出端口，簡(jiǎn)稱I/O口。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O口一般由8條I/O口線組成。標(biāo)準(zhǔn)I/O口的主要功能相當(dāng)于一個(gè)8位鎖存器，能存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，以保持與之相連接的8條口線各自電位的高低狀態(tài)。在圖2中，AT89051的第1腳至第8腳相對(duì)應(yīng)的8條口線P1.0至P1.7組成的標(biāo)準(zhǔn)口記作P1口，第10腳至第17腳相對(duì)應(yīng)的口線P3.0至P3.7組成的P3口，第21腳至28腳相對(duì)應(yīng)的8條口線P2.0至P2.7組成了P2口，第32腳至39腳相對(duì)應(yīng)的8條口線P0.0至P0.7組成了P0口。有了這些標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出口，使用起來就很方便了。這樣，我們可編制一段程序，向這些標(biāo)準(zhǔn)口中存入一定的數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)也可叫控制字)，各口線引腳就會(huì)呈現(xiàn)出不同的高低電位。比如我們向P0、P1、P2、P3口中送入數(shù)據(jù)＃00H，則每個(gè)口的各口線電位狀態(tài)就會(huì)為“0000 0000”，也就是各條口線皆呈低電位。我們?cè)傧騊0口送入數(shù)據(jù)＃03H。P0.0至P0.7各條口線所呈電位為“0000 0011”，也就是只有P0.0和P0.1兩條口線所對(duì)應(yīng)的引腳呈高電位。另外，還應(yīng)知道，P0口的P0.0～P0.7的位地址是80H至87H，P1口的P1.0至P1.7的位地址是90H至97H，P2.0至P2.7和P3.0至P3.7的位地址分別是A0H至A7H和B0H至B7H。
4?口結(jié)構(gòu)
　　AT89C51單片機(jī)或其它與之兼容的單片機(jī)，作為初學(xué)者還必須掌握它的I/O口結(jié)構(gòu)和電流負(fù)載能力。比如AT89C2051口線負(fù)載能力達(dá)25mA,AT89C51可達(dá)15mA等等。下面以P1.0口線為例，談一下I/O口結(jié)構(gòu)，圖3為P1.0口線的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器電原理圖。由圖可知，驅(qū)動(dòng)器的輸入端是和鎖存器的Q相連接的，驅(qū)動(dòng)器的輸出部分由4只場(chǎng)效應(yīng)管組成，N型管VT4為下拉管，P型的VT1、VT2、VT3為上拉管。依次為強(qiáng)上拉、弱上拉和中上拉。當(dāng)我們向P1.0位寫“1”時(shí)，Q呈低電位，于是，VT4截止，VT1、VT2、VT3導(dǎo)通。其中VT1導(dǎo)通過程稍復(fù)雜一些，圖3中VT1的柵極與Q之間接有一個(gè)延時(shí)器件F1，此延時(shí)器件的導(dǎo)通態(tài)維持時(shí)間是2個(gè)振蕩周期。也就是說，當(dāng)Q為低電位時(shí)，延時(shí)器F1導(dǎo)通，VT1也迅速導(dǎo)通，經(jīng)過兩個(gè)振蕩周期以后，延時(shí)電路處于開路狀態(tài)，于是VT1截止。所以，VT1只是在CPU向P1.0寫“1”后很短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，以較強(qiáng)的電流拉動(dòng)能力將P1.0引腳的電位拉起。經(jīng)過2個(gè)振蕩周期以后，VT1截止，只有VT2和VT3導(dǎo)通。如果此時(shí)P1.0引腳的負(fù)載不是嚴(yán)重超載，P1.0引腳的電位會(huì)高于2.1V，此電位高于非門F3的門限電壓，F(xiàn)3的輸出端為低電位，與之相接的VT3的柵極亦為低電位，VT3導(dǎo)通，提供中度的上拉電流，使P1.0輸出的電流達(dá)到額定值；如果P1.0引腳嚴(yán)重超載，比如被SB1對(duì)地短路，P1.0引腳的輸出電位將很低，幾乎為零，此電位低于非門F3的門限電壓，F(xiàn)3的輸出端為高電位，VT3截止，只有VT2提供微安級(jí)的弱上拉電流。而當(dāng)SB1釋放后VT3又重新導(dǎo)通，P1.0引腳的電位和上拉負(fù)載能力均恢復(fù)。單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)口的這種結(jié)構(gòu)，既安全，又可靠。由上述我們不難得出這樣的結(jié)論：這些口線不論在什么狀態(tài)下都不怕對(duì)地短路，但絕不能直接與V_cc相接。因?yàn)楫?dāng)口線處于低電位時(shí)，VT4導(dǎo)通，如果此時(shí)口線直接與V_cc相連接，VT4就可能被燒壞。許多開發(fā)者曾用此方法將某些口線燒壞來實(shí)現(xiàn)加密。當(dāng)然這樣是以犧牲單片機(jī)的口資源為代價(jià)的。

二、 CPU的工作過程
　　CPU盡管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靠程序的支持來實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的功能，但在運(yùn)行程序中執(zhí)行每條指令的過程卻是非常簡(jiǎn)單的，就是不斷地從程序存儲(chǔ)器中取出程序代碼，按照代碼所代表的含義去完成一種單一的操作。上述程序存儲(chǔ)器的這4096個(gè)存儲(chǔ)單元，就好像4096個(gè)小抽屜，而程序代碼就好像放在小抽屜里的工作說明。CPU就像是一個(gè)只能依照抽屜里的說明，而且是每次只能完成一條說明的識(shí)讀來依次完成簡(jiǎn)單操作的弱智人一樣。這個(gè)人開始時(shí)一定會(huì)先打開第1個(gè)抽屜，如果第1個(gè)抽屜里的紙條上寫著“請(qǐng)到第2個(gè)和第3個(gè)抽屜里的紙條上所標(biāo)明的抽屜里去找指定的工作做”，他就會(huì)打開第2個(gè)和第3個(gè)抽屜取出紙條來準(zhǔn)確地識(shí)讀，確認(rèn)第3個(gè)抽屜的號(hào)碼。如果這兩張紙條上分別寫著“10”和“08”，他就會(huì)打開第1008個(gè)抽屜取出紙條去完成操作。此過程就相當(dāng)于CPU執(zhí)行了一條無條件轉(zhuǎn)移指令，一下子從程序的開始，跳到了第1008個(gè)單元去運(yùn)行主程序。如果第1008個(gè)抽屜中的這張紙條上寫著：“把第18＃黑板上的會(huì)議通知中的時(shí)間由下午2點(diǎn)改成下午3點(diǎn)，”這個(gè)人就會(huì)將第18＃黑板上的2擦掉改成3。這18＃黑板就好像RAM的第18單元，此次操作相當(dāng)于CPU執(zhí)行了一條送數(shù)指令。前述向各I/O口送數(shù)的過程亦如此。
　　單片機(jī)只是一個(gè)可以讀懂人給予它的命令并能按照這種命令去完成某種操作的高級(jí)電路而已，由它構(gòu)成的各種智能系統(tǒng)的智力在程序中，完成操作的能力在執(zhí)行設(shè)備中。而程序必須由人來編制。所以，我們學(xué)習(xí)單片機(jī)，要在認(rèn)識(shí)它的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)編程，能夠設(shè)計(jì)出各種系統(tǒng)的硬件和軟件才行。結(jié)合機(jī)器碼學(xué)習(xí)程序便于深刻理解，特別適合于愛好電路制作的電子愛好者，能學(xué)到真功夫。但機(jī)器碼不容易記憶，在編較長(zhǎng)的程序時(shí)，會(huì)遇到許多不便。所以，當(dāng)你能熟練地使用一些高級(jí)開發(fā)設(shè)備時(shí)，還必須掌握匯編語言?！?/P>