《单片机原理及应用》课程教案
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第三次课 2学时 主要内容： 第二部分 单片机的原理与结构（3） 2.5 并行I/O端口 2.6 时钟电路与时序 2.7 复位操作和复位电路 重点： P0～P3端口功能及使用中应注意的问题 机器周期、时钟周期、指令周期的定义，及时钟周期、频率的计算 复位后，特殊功能寄存器的初值 难点： P0端口的功能 2.5 并行I/O端口 4个双向的8位并行I/O端口(Port) ，记作P0～P3 属于特殊功能寄存器，还可位寻址。 2.5.1 P0端口 （讲解时强调端口完成的功能） P0口某一位的电路包括： (1) 一个数据输出锁存器，用于数据位的锁存 (2) 两个三态的数据输入缓冲器。 (3) 一个多路转接开关MUX，设置多路转接开关的目的:P0口既作通用I/O口，又可作为系统的地址/数据线口。 (4) 数据输出的驱动和控制电路，由两只场效应管（FET）组成，上面的场效应管构成上拉电路。 P0口传送地址或数据时，CPU发出控制信号为高电平，打开上面的与门，使多路转接开关MUX打向上边，使内部地址/数据线与下面的场效应管处于反相接
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通状态。这时的输出驱动电路由于上下两个FET处于反相，形成推拉式电路结构，大大提高负载能力。 P0口作通用的I/O口使用。这时，CPU发来的“控制”信号为低电平，上拉场效应管截止，多路转接开关MUX打向下边，与D锁存器的Q*端接通。 （1）作输出口使用 来自CPU的“写入”脉冲加在D锁存器的CP端，内部总线上的数据写入D锁存器，并向端口引脚P0.x输出。注意：由于输出电路是漏极开路（因为这时上拉场效应管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平输出。 （2）作输入口使用 应区分“读引脚”和“读端口”（或称“读锁存器”）。“读引脚”信号把下方缓冲器打开，引脚上的状态经缓冲器读入内部总线；“读锁存器”信号打开上面的缓冲器把锁存器Q端的状态读入内部总线。 2.5.2 P1端口 字节地址90H，位地址90H～97H。P1口只作为通用的I/O口使用，在电路结构上与P0口有两点区别： （1）因为P1口只传送数据，不再需要多路转接开关MUX。 （2）由于P1口用来传送数据，因此输出电路中有上拉电阻，这样电路的输出不是三态的，所以P1口是准双向口。 因此： （1）P1口作为输出口使用时，外电路无需再接上拉电阻。 （2）P1口作为输入口使用时，应先向其锁存器先写入 “1”，使输出驱动电路的FET截止。 2.5.3 P2端口 字节地址为A0H，位地址A0H～A7H。 在实际应用中，因为P2口用于为系统提供高位地址，有一个多路转接开关MUX。但MUX的一个输入端不再是“地址/数据”，而是单一的“地址”，因为P2口只作为地址线使用。当P2口用作为高位地址线使用时，多路转接开关应接向“地址”端。正因为只作为地址线使用，口的输出用不着是三态的，所以，P2口也是一个准双向口。 2 / 14
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P2口也可以作为通用I/O口使用，这时，多路转接开关接向锁存器Q端。 2.5.4 P3端口 P3口的字节地址为B0H，位地址为B0H～B7H。 P3口的第二功能定义，应熟记。 P3口的第二功能定义： 口引脚 第二功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0* （外部中断0） P3.3 INT1* （外部中断1） P3.4 T0（定时器0外部计数输入） P3.5 T1（定时器1外部计数输入） P3.6 WR* （外部数据存储器写选通） P3.7 RD* （外部数据存储器读选通） 2.5.5 P0～P3端口功能总结 使用中应注意的问题： （1）P0～P3口都是并行I/O口，都可用于数据的输入和输出，但P0口和P2口除了可进行数据的输入/输出外，通常用来构建系统的数据总线和地址总线，所以在电路中有一个多路转接开关MUX，以便进行两种用途的转换。而P1口和P3口没有构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，在电路中没有多路转接开关MUX。由于P0口可作为地址/数据复用线使用，需传送系统的低8位地址和8位数据，因此MUX的一个输入端为“地址/数据”信号。而P2口仅作为高位地址线使用，不涉及数据，所以MUX的一个输入信号为“地址”。 （2）在4个口中只有P0口是一个真正的双向口，P1～P3口都是准双向口。原因:P0口作为系统的数据总线使用时，为保证数据的正确传送，需要解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通；不进行数据传送时，芯片内外应处于隔离状态。为此，要求P0口的输出缓冲器是一个三态门。 在P0口中输出三态门是由两只场效应管（FET）组成，所以是一个真正的双向口。而其它的三个口P1～P3中，上拉电阻代替P0口中的场效应管，输出缓冲器不是三态的，因此不是真正的双向口，只能称其为准双向口 3 / 14