第5章 80C51单片机中的输入输出口

第5章80C51单片机的I/O口§5.180C51单片机并行I/O口思考与练习§5.280C51单片机的串行通信接口一、并行I/O口的功能结构二、产生接口控制信号的指令§5.180C51单片机并行I/O口80C51单片机有4个8位并行I/O口，共占了32根I/O引脚。单片机扩展时，这些I/O引脚又作为扩展总线用。P0口作为地址/数据总线，分时输出低8位地址和传送8位数据；P2口作为高8位地址总线；P3口也具有第二功能。一、并行I/O口的功能结构每一个口都包含：一个锁存器一个输出驱动器两个（P3口为3个）输入缓冲器各口的结构有些差异，下面分别介绍。一、并行I/O口的功能结构1、接口结构P1口一位的结构如下图所示:一、并行I/O口的功能结构（一）P1口1、接口结构锁存器起输出锁存作用，8位锁存器组成特殊功能寄存器P1；场效应管和上拉电阻组成输出驱动器，以增大负载能力；三态门1和三态门2分别用于控制输入引脚和锁存器的状态。一、并行I/O口的功能结构（一）P1口2、接口功能P1口只有一种功能——通用输入输出接口，有以下三种工作方式：输出、输入和端口操作。（1）输出方式：单片机执行MOVP1,#data指令时，数据data经内部总线送入锁存器锁存，经输出驱动器送到引脚。一、并行I/O口的功能结构（一）P1口2、接口功能（2）输入方式单片机执行MOVA,P1指令时，控制器发出读引脚信号，打开三态门1，引脚上的状态经三态门进入内部总线，并送入A中。由图可见，要使P1引脚上的高/低电平均可输入，必须使输出驱动器处于截止状态，所以要将P1作为输入口时，应先向口锁存器写“1”。因此P1口为准双向口。一、并行I/O口的功能结构（一）P1口2、接口功能（3）端口操作单片机中设置了一类直接对端口进行操作的指令，如INCP1ANLP1,AORLP1,#data一、并行I/O口的功能结构（一）P1口执行这些指令时，先是读锁存器信号有效，打开三态门2，将锁存器的内容读出，按指令要求修改后再写入锁存器中，称为“读——修改——写”指令。2、接口功能（3）端口操作一、并行I/O口的功能结构（一）P1口3、接口驱动能力P1口输出时能驱动3个LSTTL负载(输出电流要小于300μA)一、并行I/O口的功能结构（一）P1口P2口一位结构如下图所示，与P1相比，多了一个多路开关MUX，因此P2具有双重功能：通用I/O口和高8位地址总线口。1、接口结构一、并行I/O口的功能结构（二）P2口（1）地址总线单片机扩展时，“控制”信号使MUX打向右边，内部的地址线经反相器与输出驱动器相连，于是内部“地址”信号可以由P2口引脚输出。2、接口功能一、并行I/O口的功能结构（二）P2口（2）通用I/O接口作为通用I/O口时，“控制”信号使MUX打向左边，这时P2口电路结构与P1口相同，其功能和用法亦与P1口相同。2、接口功能一、并行I/O口的功能结构（二）P2口如果单片机无需扩展程序存储器，只需扩展少量外部RAM(≤256字节)时，可用@Ri间址，这时P2口仍可作为通用I/O口。2、接口功能（2）通用I/O接口P2口输出时能驱动4个LSTTL负载。一、并行I/O口的功能结构（二）P2口P3口一位的结构如下图所示，与P1口相比多了一个与非门和一个输入缓冲器，所以它除了可作为一般I/O口外，还具有第二功能。1、接口结构一、并行I/O口的功能结构（三）P3口（1）通用I/O接口作为通用I/O接口时，“第二功能输出”线为“1”，接口的电路结构与P1口相同，所以功能和用法均与P1相同。2、接口功能一、并行I/O口的功能结构（三）P3口（2）第二功能2、接口功能当P3作为第二功能使用时，各位定义如下：P3.0RXD（串行输入通道）P3.1TXD（串行输出通道）P3.2INT0（外中断0输入端）P3.3INT1（外中断1输入端）一、并行I/O口的功能结构（三）P3口这些信号有输出也有输入，为使第二功能信号能顺畅地输入或输出，该口锁存器的状态必须为“1”。P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存贮器写选通）P3.7RD（外部数据存贮器读选通）2、接口功能P3口输出时能驱动4个LSTTL负载。一、并行I/O口的功能结构（三）P3口1、接口结构P0口一位的结构如下，输出驱动电路由一对场效应管组成，其工作状态由输出控制电路控制。P0口可作通用I/O，也可作地址/数据总线口。一、并行I/O口的功能结构（四）P0口（四）P0口2、接口功能（1）地址/数据总线一、并行I/O口的功能结构这时“控制”信号为1，MUX向上，地址/数据信号反相后经多路开关送到下一个场效应管的栅极。若地址/数据信号为1，则下一个场效应管截止上一个场效应管导通，引脚为高电平；若地址/数据信号为0，则下一个场效应管导通上一个场效应管截止，引脚为低电平。即地址/数据信号可顺利的到达引脚。2、接口功能（2）通用I/O接口此时“控制”信号为“0”，MUX向下，输出驱动器处于开漏状态，故需外接上拉电阻，此时电路结构与P1相同，也是一个准双向口。当要作为输入时，必须先向口锁存器写“1”。P0口输出时能驱动8个LSTTL负载。一、并行I/O口的功能结构（四）P0口作为I/O口应用的一个实例，下面介绍80C31单片机的最小应用系统如下图所示：80C31一、并行I/O口的功能结构一、并行I/O口的功能结构80C51指令系统中能与接口打交道的指令大体可分两类：1、一般的输入/输出指令2、“读－修改－写”指令二、产生接口控制信号的指令１、一般的输入输出指令输入指令执行时，内部产生“读引脚”信号，直接从口线读入，亦称“读引脚”指令。见下面实例：MOVA,P1相当于输入指令，其它口也可（总线口不能用）MOV@R1,P1可以将P1输入的数据直接送到片内RAM的某单元。MOVXA,@Ri可从扩展的RAM或I/O口输入，高位地址由P2提供，＠Ri只提供低８位地址。本指令产生RD信号。二、产生接口控制信号的指令１、一般的输入输出指令MOVP1,AMOVP1,@RiMOVX@Ri,AMOVX＠DPTR,AMOVP3,P1直接从一个口输入，又向另一个口输出，这是较为特殊的一种用法。MOVXA,@DPTR作用同上一条指令。不过DPH由P2传送，DPL由P0传送。本指令产生信号。这四种相当于输出指令，与相应的“输入”指令对应，后两条指令产生信号。二、产生接口控制信号的指令RDWR２、“读－修改－写”指令指令执行时内部产生“读锁存器”信号，亦称读锁存器指令。它们并不是直接从口线读出，只是从接口锁存器读出，经修改后再写入锁存器，故又称为“读－修改－写”指令。例如：ANLP1,A；逻辑与ORLP2,A；逻辑或XRLP3,A；逻辑异或JBCP1.1,LOOP；如某位为１，跳转并清零该位CPLP3.0；对接口某位求反二、产生接口控制信号的指令２、“读－修改－写”指令INCP2；接口锁存器加１DECP1；接口锁存器内容减１DJNZP3,LOOP；减１后不为零则跳转还有三条虽不明显，但也属此列：MOVP1.1,C；将进位位送接口的某位CLRP1.1；清零接口的某一位SETBP1.1；置位接口的某一位二、产生接口控制信号的指令§5.280C51单片机的串行通信接口一、串行通信的基本概念三、80C51单片机串行口的应用二、80C51单片机的串行通信接口计算机通信有两种基本方式：——并行通信和串行通信并行通信：数据的各位同时进行传送,如图(a)所示。串行通信：数据的各位是一位位按顺序传送，如图(b)所示。一、串行通信的基本概念计算机通信有两种基本方式：一、串行通信的基本概念1、串行通信中数据传送方式1）异步传送方式（或称字符同步方式）传送一个字符时，用一个起始位（低电平0）表示字符的开始，接着从低到高依次传送数据位（5～8位，可插入奇偶校验位），最后是停止位（高电平1，可1或1.5或2位）表示字符的结束，构成一帧信息，如下图所示。一、串行通信的基本概念1、串行通信中数据传送方式异步通信中，双方必须约好字符格式和波特率。波特率——表示每秒钟传送二进制代码的位数（包括起始位和停止位）一、串行通信的基本概念2）同步传送方式（或称数据块同步方式）在数据块前加上同步字符，数据间没有间隔，以一个基本的单位时间传送一个数据,如下图所示。传送速率高，但硬件设备复杂。1、串行通信中数据传送方式一、串行通信的基本概念同步通信的数据格式同步字符1同步字符2数据块CRC字符#1CRC字符#2开始终了1、串行通信中数据传送方式≈≈一、串行通信的基本概念2、串行通信中数据传送方向1）单工通信：只允许向一个方向传送数据。2）半双工通信：允许双向传送数据，但某一时刻只能往某一个方向传送。3）全双工通信：允许向两个方向同时进行数据传送。一、串行通信的基本概念2、串行通信中数据传送方向如下图所示：一、串行通信的基本概念1、功能特点1）为全双工串行口，用P3.0和P3.1作为接收数据线RXD和发送数据线TXD。2）具有缓冲接收功能即在接收到的前一个字节未被CPU读走之前，就可以逐位接收下一个字节数据，直到下一个字节全部收齐为止，若前一个字节仍未取走，才被下一个字节取代。二、80C51单片机的串行通信接口发送缓冲器和接收缓冲器共用一个地址，但它们是独立的物理空间。1、功能特点3）可用程序控制内部有专用寄存器SCON（98H）和PCON（87H）用于控制串行通信，包括方式的选择、接收控制、多机通信控制、波特率是否加倍等；定时器T1可作为串行口的波特率发生器，可改变串行口通信的定时。二、80C51单片机的串行通信接口1、功能特点4）有四种工作方式能适应不同用途（1）方式0为移位寄存器I/O方式，数据从RXD端串行输入或输出，以8位为一帧，按先低位后高位依次传送；同步信号从TXD端输出，波特率固定为fosc/12。二、80C51单片机的串行通信接口1、功能特点（2）方式1为8位的异步通信接口，传送一帧信息为10位，其中，1位起始位（0），8位数据位（低位在前），1位停止位（1）。这时定时器T1作为波特率发生器（T1应关中断）。二、80C51单片机的串行通信接口4）有四种工作方式能适应不同用途（2）方式1（续）波特率=(T1的溢出率)/n所以波特率=（2SMOD/32)·(T1的溢出率)==)1(,16)0(,32SMODSMODn其中1、功能特点（T1的溢出率——T1定时时间的倒数）二、80C51单片机的串行通信接口4）有四种工作方式能适应不同用途1、功能特点T1的溢出率，即T1每秒钟溢出的次数，如果T1定时为TxfxTTTnoscnc2·12·112·111的溢出率则xfnosc2·12式中Tc为机器周期，n为计数器T1的位数，x为时间常数初值的补码。下表列出了常用波特率与T1参数的关系二、80C51单片机的串行通信接口（2）方式1（续）4）有四种工作方式能适应不同用途二、80C51单片机的串行通信接口波特率fosc(MHZ)SMOD定时器T1C/T方式定时器初值62.5K12102FFH19.2K11.059102FDH9.6K11.059002FDH4.8K11.059002FAH2.4K11.059002F4H1.2K11.059002E8H137.5K11.0590021DH110600272H11012001FEEBH1、功能特点（3）方式2为9位的异步通信接口，传送一帧信息为11位，其中1位起始位（0）、1位停止位（1）、9位数据位（8位再加上1位附加的可编程为0或1的第九位数据位—在RB8或TB8）。oscSMODf)642(波特率该方式特别适用于多机通信。二、80C51单片机的串行通信接口4）有四种工作方式能适应不同用途1、功能特点（4）方式3与方式2类似，唯一的区别是方式3的波特率可变。的溢出率波特率1)322(TSMOD该方式也适用于多机通信。（波特率的计算公式同方式1）二、80C51单片机的串行通信接口4）有四种工作