单片机原理课件第3章

第三章数字输入/输出端口3.1 标准8051的数字输入/输出端口
3.2 STC15F2K60S2的数字输入/输出端口
3.1 标准8051的数字输入/输出端口
3.1.1 MCS-51单片机的数字输入/输出端口结构
MCS-51单片机有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口。

8051的某些I/O口具有复用功能
•数据总线和地址总线低8 位分时使用P0口。

•地址总线高8 位使用P2口。

•控制总线使用P3口中的2 位，片内子系统也使用P3口作为输入输出口。

四个端口都包含一个锁存器，即特殊功能寄存器P0～P3，一个输出驱动器和两个（P3口为3个）三态缓冲器。

这种结构在数据输出时可以锁存，但对输入信号是不锁存的。

一般P1，P2，P3口的输出能驱动3个LS TTL输入，P0口的输出能驱动8个LS TTL输入。

1．P0口
在P0口的一个位中包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路。

其中，输出驱动电路由一对FET （场效应管）组成，其工作状态受输出控制电路的控制。

P0口与低8 位地址/数据复用总线AD0-AD8复用。

双向和准双向
•P0口做地址/数据总线口使用时是一个真正的双向口，输入为高阻抗结构，输出为推挽结构，不必外加上拉电阻。

•P0口作为一般I/O口使用时，是一个准双向口，即输入数据时，应先向口写“1”，使输出下拉FET截止，然后方可作高阻抗输入；输出数据时，接口为开漏输出结构，输出高电平时需
外加上拉电阻。

读锁存器和读引脚
•所谓“读锁存器”操作，读出输出锁存器内容。

针对“读-修改-写”指令，如ANL；ORL；XRL；JBC；CPL；INC；
DEC；DJNZ；MOV PX.Y,C；CLR PX.Y 和SETB PX.Y等•所谓“读引脚”操作，直接读出引脚电平状态。

2．P2口
在P2口的一个位中包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路。

其中，输出驱动电路由配有上拉电阻的FET组成。

P2口与高8位地址线A8-A15复用。

3．P3口
在P3口的一个位中包括一个输出锁存器，三个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路。

其中，输出驱动电路由一配有上拉电阻的FET组成。

P3口具有第二功能。

P3.0RXD（串行输入通道）
P3.1TXD（串行输出通道）
P3.2/INT0（外中断0）
P3.3/INT1（外中断1）
P3.4T0（定时器0外部输入）
P3.5T1（定时器1外部输入）
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）
4．P1口
在P1口的一个位中包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路。

其中，输出驱动电路由一配有上拉电阻的FET组成。

5．MCS-51单片机各个端口的功能总结
P0口：低8位地址/数据复用总线或I/O口，
作为I/O口使用时无上拉电阻；
P1口：按位可编程的输入输出口；
P2口：高八位地址线（PC，DPTR高八位）或I/O口；
P3口：双功能口，若不用第二功能，可作一般I/O口。

P0，P1、P2和P3作为I/O口使用时为准双向口（作为输入口使用时需先向输出锁存器写入1），P0口作为地址数据复用总线使用时为双向三态输入输出口。

P1，P2，P3口的输出能驱动3个LS TTL输入，P0口的输出能驱动8个LS TTL输入。

复位后，各端口寄存器的值均为0FFH。

3.1.2 MCS51外总线时序
1．访问外部程序存储器
在访问外部程序存储器时，地址锁存信号ALE 上升为高电平以后，P2口输出高8位地址，P0口输出低8位地址；当ALE 下降为低电平后，P2口输出的信息不变，而P0口输出浮空，低8位地址由ALE 锁存到地址锁存器中。

接着PSEN 输出一个负脉冲，选通外部程序存储器，P0口接收外部程序存储器的指令字节。

此时，P2口的未使用位可用作通用I/O 。

t LHLL
t AVLL t PLPH t LLIV t PLIV
t LLAX t PLA Z t PXIZ t PXIX
t AVIV
t LLPL P0 INST R IN A8-A15 A0-A7 ALE PSEN P2A0-A7
A8-A15
2．访问外部数据存储器
在8051中，使用MOVX A，@DPTR访问外部数据存储器时，使用16位地址线，P0作为数据/低8位地址复用线，P2输出高8位地址。

也可以使用指令MOVX A，@Ri和MOVX@Ri，A访问外部数据存储器,此时总线操作只使用低8位地址线，P2口输出原输出锁存器内容。

此时如果外部存储器使用16位地址线，可以通过P2口对外部数据存储器进行页面寻址。

在外部数据存储器访问时，使用P3口的两位（P3.6,P3.7）提供读写选通信号，P2和P3口的未使用位可用作通用I/O。

数据存储空间读写时序图
ALE
PSEN A0-A7 t
WHLW
t LLDV t LLWL t RLFH
t
WLL
t LLAX t RLAX t RLDV t RHDX
t RHDX
t WWL t
WD V
DATA IN
A0-A7
指令
P 2.0-P 2. 7/A 8-A 15
8-A 15
A RD
P0
P2
ALE
PSEN t
WHLH
t LLWL t WLWH
t
AV LL
t
LLAX t OWX
t WHOX
t
DW
t
AV WL
WR
P0
P2
A 0- A 7
A 0- A 7
DATA OUT
P 2.0-P 2. 7/A 8-A 15 A 8-A 15
指令
3.1.3 MCS-51单片机应用系统的典型构成
1.8751最小应用系统(单片应用)
2. 8031单片机最小应用系统
3.外扩数据存储器的最小应用系统
4.外扩程序和数据存储器（或I/O ）的8051单片机应用系统
P2口
ALE
P0口
WR PSEN RD
EA
地址锁存器
EPROM
程序存储器（64K）
RAM/IO口
WR OE
RD
数据总线D0～D7
控制总线
地址总线AB0～AB15
8051
5.程序和数据存储空间的重叠使用
3.2 STC15F2K60S2的数字输入/输出端口STC12C5A60S2单片机最多可以提供42根I/O口线
P0口（8根）：P0.0 ~ P0.7
P1口（8根）：P1.0 ~ P1.7
P2口（8根）：P2.0 ~ P2.7
P3口（8根）：P3.0 ~ P3.7
P4口（8根）：P4.0 ~ P4.7
P5口（2根）：P5.4、P5.5
4种工作模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，输入/高阻和开漏模式。

复位后为准双向口/弱上拉工作模式。

每个口的工作模式由2个控制寄存器中的相应位控制（PnM0和PnM1，n=0、1、2、3、4、5）。

PnM1 [7:0]PnM0
[7:0]
I/O口模式
00准双向口（传统8051单片机I/O口模式），灌电流可达20mA，
拉电流为270μA，由于制造误差，实际为270uA～150uA 01推挽输入输出（强上拉输出，可达20mA，要加限流电阻，尽量
少用）
10仅为输入（高阻）
11开漏（Open Drain），内部上拉电阻断开，要外加上拉电阻
STC15F2K60S2单片机的每个I/O口在弱上拉时都能承受20mA的灌电流（最好还是使用限流电阻，如1KΩ）。

在强推挽输出时都能输出20mA的拉电流（也要加限流电阻）。

整个芯片的工作电流推荐不要超过90mA。

即从MCU-Vcc流入的电流不超过
90mA，从MCU-GND流出的电流不超过90mA，整体流入/流出电流都不能超过90mA。

1. P0口
●用作数据总线（D7~D0）或者地址总线低8位（A7~A0）。

●用作普通I/O。

引脚复用功能
P1.0ADC0/CCP1（捕获/比较/脉宽调制通道1）/RxD2（串口2输入）P1.1ADC1/CCP0（捕获/比较/脉宽调制通道0）/TxD2（串口2输出）
P1.2ADC2/ECI（可编程计数器阵列定时器的外部时钟输入）/SS（SPI从器件选择）
P1.3ADC3/ MOSI（SPI主机输出从机输入）
P1.4ADC4/ MISO（SPI主机输入从机输出）
P1.5ADC5/ SCLK（SPI时钟）
P1.6ADC6/ XTAL2（外接晶体引脚）/RxD_3（串口1输入备用切换引脚）P1.7ADC7/ XTAL1（外接晶体引脚）/TxD_3（串口1输出备用切换引脚）2. P1口
3.P2口
引脚复用功能
P2.0A8/RSTOUT_LOW（复位后输出低电平引脚）
P2.1A9/ SCLK_2（SPI时钟备用切换引脚）
P2.2A10/ MISO_2（SPI主机输入从机输出备用切换引脚）P2.3A11/ MOSI_2（SPI主机输出从机输入备用切换引脚）
P2.4A12/ /ECI_3（可编程计数器阵列定时器的外部时钟输入备用切换引脚）/SS_2（SPI从器件选择备用切换引脚）
P2.5A13/CCP0_3（捕获/比较/脉宽调制通道0备用切换引脚）P2.6A14/ CCP1_3（捕获/比较/脉宽调制通道1备用切换引脚）P2.7A15/ CCP2_3（捕获/比较/脉宽调制通道2备用切换引脚）
4. P3口
端口引脚复用功能
P3.0RXD（串口1输入）/ /INT4 （外部中断4，只能下降沿中断）/T2CLKO （T2的时钟输出）
P3.1TXD（串口1输出）/T2CLKO（T2的外部输入）
P3.2/INT0（外部中断0输入，既可上升沿中断也可下降沿中断）P3.3/INT1（外部中断1输入，既可上升沿中断也可下降沿中断）
P3.4T0（定时器0外部输入）/ T1CLKOU（T1时钟输出）/ECI_2（可编程计数器阵列定时器的外部时钟输入备用切换引脚）
P3.5T1（定时器1外部输入）/ T0CLKOU（T0时钟输出）/ CCP0_32（捕获/比较/脉宽调制通道0备用切换引脚）
P3.6/INT2（外部中断2输入，只能下降沿中断）/RxD_2（串口1输入备用切换引脚）/ CCP1_2（捕获/比较/脉宽调制通道1备用切换引脚）
P3.7/INT3（外部中断3输入，只能下降沿中断）/TxD_2（串口1输出备用切换引脚）/ CCP2（捕获/比较/脉宽调制通道2）/ CCP2_2（捕获/比较/脉宽调制通道2备用切换引脚）
5. P4口
端口引脚复用功能
P4.0MOSI_3（SPI主输出从输入备用切换引脚）
P4.1MISO_3（SPI主输入从输出备用切换引脚）
P4.2WR（外部总线写控制信号）
P4.3SCLK_3（SPI时钟备用切换引脚）
P4.4RD（外部总线读控制信号）
P4.5ALE（地址锁存控制信号，主要用于外部总线扩展）
P4.6RxD2_2（第二串口输入备用切换引脚）
P4.7TxD2_2（第二串口输出备用切换引脚）
6. P5口
●P5.4/RST（复位脚）/MCLKO（内部R/C振荡时钟输出）。

输出的频率可为MCLK/1或MCLK/2）/SS_3（SPI接口的从机选择信号备用切换引脚）。

该引脚默认为I/O口，可以通过ISP编程将其设置为RST（复位）引脚。

●P5.5没有复用功能。

6. 引脚切换
捕获/比较/脉宽调制（CCP）通道的引脚切换、SPI接口的引脚切换以及串口的引脚切换由辅助寄存器AUXR1（也称为P_SW1，地址为A2H，复位值为0000 0000B）和外设功能切换寄存器P_SW2（地址为BAH，复位值为xxxx xxx0B）确定。

位号
D7D6D5D4D3D2D1D0寄存器名称
AUXR1S1_S1S1_S0CCP_S1CCP_S0SPI_S1SPI_S00DPS P_SW2S2_S
串口1可以在三个地方切换，由S1_S1和S1_S0两个控制位选择。

S1_S1S1_S0切换引脚
00串口1在[P3.0/RxD，P3.1/TxD]
01串口1在[P3.6/RxD_2/XTAL2，P3.7/TxD_2/XTAL1]，
串口1在P1口时要使用内部时钟
10串口1在[P1.6/RxD_3，P1.7/TxD_3] ，串口1在P1口时要使用
内部时钟
11无效
串口2可以在两个地方切换，由S2_S0控制位选择：
0：串口2在[P1.0/RxD2，P1.1/TxD2]
1：串口2在[P4.6/RxD2_2，P4.7/TxD2_2]。