當我們拿到一塊單片機芯片時,看到這么多的“大腿”,他們都有干什么用的？了解了51家族的淵源,現在我們就去了解一下它們的“腿”吧。大家可得學好了,這可是至關重要的喲。如果連手跟腿都分不清,要學好單片機那就有如憑空造屋了。

這一章節相當管用,希望大家能用心學好,如果這一章節學不好,以后學習會有很大的阻力。（我們的教材都是以51系列的單片機來進行講解的）。

引腳功能：

MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片,引腳分布請參照----單片機引腳圖：

l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。

l P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。

l P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。

l P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號端子）。

這4個I/O口具有不完全相同的功能,大家可得學好了,其它書本里雖然有,但寫的太深,對于初學者來說很難理解的,我這里都是按我自已的表達方式來寫的,相信你也能夠理解的。

P0口有三個功能：

1、外部擴展存儲器時,當做數據總線（如圖1中的D0~D7為數據總線接口）

2、外部擴展存儲器時,當作地址總線（如圖1中的A0~A7為地址總線接口）

3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但內部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。

　

P1口只做I/O口使用：其內部有上拉電阻。

P2口有兩個功能：

1、擴展外部存儲器時,當作地址總線使用

2、做一般I/O口使用,其內部有上拉電阻;

P3口有兩個功能：

除了作為I/O使用外（其內部有上拉電阻）,還有一些特殊功能,由特殊寄存器來設置,具體功能請參考我們后面的引腳說明。

有內部EPROM的單片機芯片（例如8751）,為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源,這些信號也是由信號引腳的形式提供的,

即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG）

編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）

接觸過工業設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池,這個電池是干什么用的呢？這就是單片機的備用電源,當外接電源下降到下限值時,備用電源就會經第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入,以保護內部RAM中的信息不會丟失。

（注：這些引腳的功能應用,除9腳的第二功能外,在“新動力2004版”學習套件中都有應用到。）

在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個什么東東呢？他起什么作用呢？都說了是電阻那當然就是一個電阻啦,當作為輸入時,上拉電阻將其電位拉高,若輸入為低電平則可提供電流源;所以如果P0口如果作為輸入時,處在高阻抗狀態,只有外接一個上拉電阻才能有效。

ALE 地址鎖存控制信號：在系統擴展時,ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來,以實現低位地址和數據的隔離。參見圖2（8051擴展2KB EEPROM電路,在圖中ALE與4LS373鎖存器的G相連接,當CPU對外部進行存取時,用以鎖住地址的低位地址,即P0口輸出。

由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖,當系統中未使用外部存儲器時,ALE腳也會有六分之一的固定頻率輸出,因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。

PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時PSEN低電平有效,以實現外部ROM單元的讀操作。

1、內部ROM讀取時,PSEN不動作;

2、外部ROM讀取時,在每個機器周期會動作兩次;

3、外部RAM讀取時,兩個PSEN脈沖被跳過不會輸出;

4、外接ROM時,與ROM的OE腳相接。

參見圖2—（8051擴展2KB EEPROM電路,在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接）

EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號

1、接高電平時：

CPU讀取內部程序存儲器（ROM）

擴展外部ROM：當讀取內部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時自動讀取外部ROM。

2、接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。

3、8751燒寫內部EPROM時,利用此腳輸入21V的燒寫電壓。

RST 復位信號：當輸入的信號連續2個機器周期以上高電平時即為有效,用以完成單片機的復位初始化操作。

XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片內部時鐘時,此二引腳用于外接石英晶體和微調電容;當使用外部時鐘時,用于接外部時鐘脈沖信號。

VCC：電源+5V輸入
VSS：GND接地。
　

各端口工作原理講解
并行端口

P0端口

總線I／O端口,雙向,三態,數據地址分時復用,該端口除用于數據的輸入／輸出外,在8031單片機外接程序存儲器時,還分時地輸出／輸入地址／指令。由Po端口輸出的信號無鎖存,輸入的信息有讀端口引腳和讀端口鎖存器之分。P0端口8位中的一位結構圖見下圖：  由上圖可見,P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關與相應控制電路、場效應管驅動電路構成。
在輸出狀態下,當切換開關MUX向下時,從內部總線來的數據經鎖存器反相和場效應管T2反相,輸出到端口引腳線上。此時,場效應管T1關斷,因而這種輸出方式應為外接上拉電阻的漏極開路式。當切換開關MUX向上時,一位地址／數據信號分時地輸出到端口線上。此外,由T1、T2的通斷組合,形成高電平、低電平與高阻浮動三態的輸出。
在輸入狀態下,從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的,但也有例外。例如,當從內部總線輸出低電平后,鎖存器Q＝0,Q＝1,場效應管T2開通,端口線呈低電平狀態。此時無論端口線上外接的信號是低電乎還是高電平,從引腳讀入單片機的信號都是低電平,因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如,當從內部總線輸出高電平后,鎖存器Q＝1,Q＝0,場效應管T2截止。如外接引腳信號為低電平,從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。為此,8031單片機在對端口P0一P3的輸入操作上,有如下約定：為此,8031單片機在對端口P0一P3的輸入操作上,有如下約定：凡屬于讀-修改-寫方式的指令,從鎖存器讀入信號,其它指令則從端口引腳線上讀入信號。
讀-修改-寫指令的特點是,從端口輸入(讀)信號,在單片機內加以運算(修改)后,再輸出(寫)到該端口上。下面是幾條讀--修改-寫指令的例子。  這樣安排的原因在于讀-修改-寫指令需要得到端口原輸出的狀態,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被讀錯。
P0端口是8031單片機的總線口,分時出現數據D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三態,用來接口存儲器、外部電路與外部設備。P0端口是使用最廣泛的I／O端口。

P1端口:

通用I／0端口,準雙向靜態口。輸出的信息有鎖存,輸入有讀引腳和讀鎖存器之分。P1端口的一位結構見下圖. 由圖可見,P1端口與P0端口的主要差別在于,P1端口用內部上拉電阻R代替了P0端口的場效應管T1,并且輸出的信息僅來自內部總線。由內部總線輸出的數據經鎖存器反相和場效應管反相后,鎖存在端口線上,所以,P1端口是具有輸出鎖存的靜態口。
由下圖可見,要正確地從引腳上讀入外部信息,必須先使場效應管關斷,以便由外部輸入的信息確定引腳的狀態。為此,在作引腳讀入前,必須先對該端口寫入l。具有這種操作特點的輸入／輸出端口,稱為準雙向I／O口。8031單片機的P1、P2、P3都是準雙向口。P0端口由于輸出有三態功能,輸入前,端口線已處于高阻態,無需先寫入l后再作讀操作。

 單片機復位后,各個端口已自動地被寫入了1,此時,可直接作輸入操作。如果在應用端口的過程中,已向P1一P3端口線輸出過0,則再要輸入時,必須先寫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。
Pl端口是803l單片機中唯一僅有的單功能I／O端口,并且沒有特定的專用功能,輸出信號鎖存在引腳上,故又稱為通用靜態口。

P2端口:
P2端口的一位結構見下圖：

 由圖可見,P2端口在片內既有上拉電阻,又有切換開關MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特點。這主要表現在輸出功能上,當切換開關MUX向左時,從內部總線輸出的一位數據經反相器和場效應管反相后,輸出在端口引腳線上;當MUX向右時,輸出的一位地址信號也經反相器和場效應管反相后,輸出在端口引腳線上。
由于8031單片機必須外接程序存儲器才能構成應用電路,而P2端口就是用來周期性地輸出從外存中取指令的地址(高8位地址),因此,P2端口的切換開關MUX總是在進行切換,分時地輸出從內部總線來的數據和從地址信號線上來的地址。因此P2端口是動態的I／O端口。輸出數據雖被鎖存,但不是穩定地出現在端口線上。其實,這里輸出的數據往往也是一種地址,只不過是外部RAM的高8位地址。
在輸入功能方面,P2端口與P0和H端口相同,有讀引腳和讀鎖存器之分,并且P2端口也是準雙向口。
可見,P2端口的主要特點包括：
①不能輸出靜態的數據;
②自身輸出外部程序存儲器的高8位地址;
②執行MOVX指令時,還輸出外部RAM的高位地址,故稱P2端口為動態地址端口。
　
P3端口:
雙功能靜態I／O口P3端口的一位結構見下圖。

 由上圖可見,P3端口和Pl端口的結構相似,區別僅在于P3端口的各端口線有兩種功能選擇。當處于第一功能時,第二輸出功能線為1,此時,內部總線信號經鎖存器和場效應管輸入／輸出,其作用與P1端口作用相同,也是靜態準雙向I／O端口。當處于第二功能時,鎖存器輸出1,通過第二輸出功能線輸出特定的內含信號,在輸入方面,即可以通過緩沖器讀入引腳信號,還可以通過替代輸入功能讀入片內的特定第二功能信號。由于輸出信號鎖存并且有雙重功能,故P3端口為靜態雙功能端口。

P3口的特殊功能（即第二功能）：

 使P3端品各線處于第二功能的條件是:

1\串行I/O處于運行狀態(RXD,TXD);

2\打開了處部中斷(INT0,INT1);

3\定時器/計數器處于外部計數狀態(T0,T1)

4\執行讀寫外部RAM的指令(RD,WR)

在應用中,如不設定P3端口各位的第二功能(WR,RD信叼的產生不用設置),則P3端口線自動處于第一功能狀態,也就是靜態I／O端口的工作狀態。在更多的場合是根據應用的需要,把幾條端口線設置為第二功能,而另外幾條端口線處于第一功能運行狀態。在這種情況下,不宜對P3端口作字節操作,需采用位操作的形式。
　

端口的負載能力和輸入／輸出操作:

P0端口能驅動8個LSTTL負載。如需增加負載能力,可在P0總線上增加總線驅動器。P1,P2,P3端口各能驅動4個LSTTL負載。
前已述及,由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0一P3端口寄存器,所以對這些端口寄存器的讀／寫就實現了信息從相應端口的輸入／輸出。例如：
MOV A, P1 ;把Pl端口線上的信息輸入到A
MoV P1, A ;把A的內容由P1端口輸出
MOV P3, #0FFH ;使P3端口線各位置l

串行端口:
MCS-51系列單片機片內有一個串行I／O端口,通過引腳RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可與外設電路進行全雙工的串行異步通信。

1．串行端口的基本特點
8031單片機的串行端口有4種基本工作方式,通過編程設置,可以使其工作在任一方式,以滿足不同應用場合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以擴展單片機的I／O電路;方式1多用于雙機之間或與外設電路的通信;方式2,3除有方式l的功能外,還可用作多機通信,以構成分布式多微機系統。
串行端口有兩個控制寄存器,用來設置工作方式、發送或接收的狀態、特征位、數據傳送的波特率(每秒傳送的位數)以及作為中斷標志等。
串行端口有一個數據寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字節地址為99H),該寄存器為發送和接收所共同。發送時,只寫不讀;接收時,只讀不寫。在一定條件下,向陽UF寫入數據就啟動了發送過程;讀SBUf就啟動了接收過程。
串行通信的波特率可以程控設定。在不同工作方式中,由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器Tl的定時溢出時間確定,使用十分方便靈活。

2．串行端口的工作方式
①方式0
8位移位寄存器輸入／輸出方式。多用于外接移位寄存器以擴展I／O端口。波特率固定為fosc/12。其中,fosc為時鐘頻率。
在方式0中,串行端口作為輸出時,只要向串行緩沖器SBUF寫入一字節數據后,串行端口就把此8位數據以等的波特率,從RXD引腳逐位輸出(從低位到高位);此時,TXD輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖。數據發送前,僅管不使用中斷,中斷標志TI還必須清零,8位數據發送完后,TI自動置1。如要再發送,必須用軟件將TI清零。
串行端口作為輸入時,RXD為數據輸入端,TXD仍為同步信號輸出端,輸出頻率為fosc/12的同步移位脈沖,使外部數據逐位移入RxD。當接收到8位數據(一幀)后,中斷標志RI自動置。如果再接收,必須用軟件先將RI清零。
串行方式0發送和接收的時序過程見下圖。

②方式1

 10位異步通信方式。其中,1個起始位(0),8個數據位(由低位到高位)和1個停止位(1)。波特率由定時器T1的溢出率和SMOD位的狀態確定。
一條寫SBUF指令就可啟動數據發送過程。在發送移位時鐘(由波特率確定)的同步下,從TxD先送出起始位,然后是8位數據位,最后是停止位。這樣的一幀10位數據發送完后,中斷標志TI置位。
在允許接收的條件下(REN＝1),當RXD出現由1到O的負跳變時,即被當成是串行發送來的一幀數據的起始位,從而啟動一次接收過程。當8位數據接收完,并檢測到高電乎停止位后,即把接收到的8位數據裝入SBUF,置位RI,一幀數據的接收過程就完成了。
方式1的數據傳送波特率可以編程設置,使用范圍寬,其計算式為：
波特率＝2SMOD/32×(定時器T1的溢出率)
其中,SMOD是控制寄存器PCON中的一位程控位,其取值有0和l兩種狀態。顯然,當SMOD＝0時,波特率＝1/32(定時器Tl溢出率),而當SMOD＝1時,波特率＝1/16(定時器T1溢出率)。所謂定時器的溢出率,就是指定時器一秒鐘內的溢出次數。波特率的算法,以及要求一定波特率時定時器定時初值的求法,后面將詳細討論。 ·
串行方式1的發送和接收過程的時序見下圖。

③方式2,3
11位異步通信方式。其中,1個起始位(0),8個數據位(由低位到高位),1個附加的第9位和1個停止住(1)。方式2和方式3除波特率不同外,其它性能完全相同。方式2,3的發送、接收時序見下圖。
由圖可見,方式2和方式3與方式l的操作過程基本相同,主要差別在于方式2,3有第9位數據。

發送時,發送機的這第9位數據來自該機SCON中的TB8,而接收機將接收到的這第9位數據送入本機SCON中的RB8。這個第9位數據通常用作數據的奇偶檢驗位,或在多機通信中作為地址／數據的特征位。
方式2和方式3的波特率計算式如下：
方式2的波特率＝2SMOD/64×fosc
方式3的波特率＝2SMOD/32×定時器T1的溢出率
由此可見,在晶振時鐘頻率一定的條件下,方式2只有兩種波特率,而方式3可通過編程設置成多種波特率,這正是這兩種方式的差別所在。
3．串行端口的控制寄存器

串行端口共有2個控制寄存器SCON和PCON,用以設置串行端口的工作方式、接收／發送的運行狀態、接收／發送數據的特征、波特率的大小,以及作為運行的中斷標志等。
 在這些引腳中,“新動力2004版”學習套件都有這些實驗功能,并有相應的例程,配套的光盤中還有試驗板的原理圖。我在后面的章節中也會按照“新動力2004版”的實驗功能一步一步的深入講解下去。