第六课：单片机的内外部结构分析（四）

2015-01-24 16:29
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第三个实验

上两次我们做过两个实验，都是让P1.0这个引脚使灯亮，我们可以设想：既然P1.0可以让灯亮，那么其它的引脚可不可以呢？看一下图1，它是8031单片机引脚的说明，在P1.0旁边有P1.1，P1.2….P1.7，它们是否都可以让灯亮呢？除了以P1开头的外，还有以P0，P2，P3开头的，数一下，一共是32个引脚，前面我们以学过7个引脚，加上这32个这39个了。它们都以P字开头，只是后面的数字不一样，它们是否有什么联系呢？它们能不能都让灯亮呢？在我们的实验板上，除了P10之外，还有P11P17都与LED相连，下面让我们来做一个实验，程序如下：

MAIN： MOV P1，#0FFH

LCALL DELAY

MOV P1，#00H

LCALL DELAY

LJMP MAIN

DELAY：MOV R7，#250

D1： MOV R6，#250

D2： DJNZ R6，D2

DJNZ R7，D1

RET

END

将这段程序转为机器码，用编程器写入芯片中，结果如何？通电以后我们可以看到8只LED全部在闪动。因此，P10P17是全部可以点亮灯的。事实上，凡以P开头的这32个引脚都是可以点亮灯的，也就是说：这32个引脚都可以作为输出使用，如果不用来点亮LED，可以用来控制继电器，可以用来控制其它的执行机构。

程序分析：这段程序和前面做过的程序比较，只有两处不一样：第一句：原来是SETB P1.0，现在改为MOV P1，#0FFH，第三句：原来是CLR P1.0，现在改为MOV P1.0，#00H。从中可以看出，P1是P1.0P1.7的全体的代表，一个P1就表示了所有的这八个管脚了。当然用的指令也不一样了，是用MOV指令。为什么用这条指令？看图2，我们把P1作为一个整体，就把它当作是一个存储器的单元，对一个单元送进一个数可以用MOV指令。

二、第四个实验

除了可以作为输出外，这32个引脚还可以做什么呢？下面再来做一个实验，程序如下：

MAIN： MOV P3，#0FFH

LOOP： MOV A，P3

MOV P1，A

LJMP LOOP

先看一下实验的结果：所有灯全部不亮，然后我按下一个按钮，第（）个灯亮了，再按下另一个按钮，第（）个灯亮了，松开按钮灯就灭了。从这个实验现象结合电路来分析一下程序。

从硬件电路的连线可以看出，有四个按钮被接入到P3口的P32，P33，P34，P35。第一条指令的用途我们可以猜到：使P3口全部为高电平。第二条指令是MOV A，P3，其中 MOV已经见，是送数的意思，这条指令的意思就是将P3口的数送到A中去，我们可以把A当成是一个中间单元（看图3），第三句话是将A中的数又送到P1口去，第四句话是循环，就是不断地重复这个过程，这我们已见过。当我们按下第一个按钮时，第（3）只灯亮了，所以P12口应当输出是低电平，为什么P12口会输出低电平呢？我们看一下有什么被送到了P1口，只有从P3口进来的数送到A，又被送到了P1口，所以，肯定是P3口进来的数使得P12位输出电平的。P3口的P32位的按钮被按下，使得P32位的电平为低，通过程序，又使P12口输出低电平，所以P3口起来了一个输入的作用。验证：按第二、三、四个按钮，同时按下2个、3个、4个按钮都可以得到同样的结论，所以P3口确实起到了输入作用，这样，我们可以看到，以P字开头的管脚，不仅可以用作输出，还可以用作输入，其它的管脚是否可以呢？是的，都可以。这32个引脚就称之为并行口，下面我们就对并行口的结构作一个分析，看一下它是怎样实现输入和输出的。

并行口结构分析

1、输出结构

先看P1口的一位的结构示意图（只画出了输出部份）：从图中可以看出，开关的打开和合上代表了引脚输出的高和低，如果开关合上了，则引脚输出就是低，如果开关打开了，则输出高电平，这个开关是由一根线来控制的，这根数据总线是出自于CPU，让我们回想一下，数据总线是一根大家公用的线，很多的器件和它连在一起，在不同的时候，不同的器件当然需要不同的信号，如某一时刻我们让这个引脚输出高电平，并要求保持若干时间，在这段时间里，计算机当然在忙个不停，在与其它器件进行联络，这根控制线上的电平未必能保持原来的值不变，输出就会发生变化了。怎么解决这个问题呢？我们在存储器一节中学过，存储器中是可以存放电荷的，我们不妨也加一个小的存储器的单元，并在它的前面加一个开关，要让这一位输出时，就把开关打开，信号就进入存储器的单元，然后马上关闭开关，这样这一位的状态就被保存下来，直到下一次命令让它把开关再打开为止。这样就能使这一位的状态与别的器件无关了，这么一个小单元，我们给它一个很形象的名字，称之为“锁存器”。

2、输入结构

这是并行口的一位的输出结构示意图，再看，除了输出之外，还有两根线，一根从外部引脚接入，另一根从锁存器的输出接出，分别标明读引脚和读锁存器。这两根线是用于从外部接收信号的，为什么要两根呢？原来，在51单片机中输入有两种方式，分别称为‘读引脚’和‘读锁存器’，第一种方式是将引脚作为输入，那是真正地从外部引脚读进输入的值，第二种方式是该引脚处于输出状态时，有时需要改变这一位的状态，则并不需要真正地读引脚状态，而只是读入锁存器的状态，然后作某种变换后再输出。

请注意输入结构图，如果将这一根引线作为输入口使用，我们并不能**在任何时刻都能得到正确的结果（为什么？）参考图2输入示意图。接在外部的开关如果打开，则应当是输入1，而如果闭合开关，则输入0，但是，如果单片机内部的开关是闭合的，那么不管外部的开关是开还是闭，单片机接受到的数据都是0。可见，要让这一端口作为输入使用，要先做一个‘准备工作’，就是先让内部的开关断开，也就是让端口输出‘1’才行。正因为要先做这么一个准备工作，所以我们称之为“准双向I/O口”。

以上是P1口的一位的结构，P1口其它各位的结构与之相同，而其它三个口：P0、P2、P3则除入作为输入输出口之外还有其它用途，所以结构要稍复杂一些，但其用于输入、输出的结构是相同的。看图（）。对我们来说，这些附加的功能不必由我们来控制，所以我们就不去关心它了。