原标题：8051单片机的4个I/O口的结构及特征分析

8051单片机的4个I/O口在结构上是基本相同的,但又各具特点。这四个端口都是8位双向口,每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。在无片外扩展存储器的系统中,这四个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。在作为一般的通用I/O输入时,都必须先向锁存器写入“1”,使输出驱动场效应管FET截止,以免误读数据。各自特点如下:

(1)P0口为双向8位三态I/O口,它既可作为通用I/O口,又可作为外部扩展时的数据总线及低8位地址总线的分时复用口。作为通用I/O口时,输出数据可以得到锁存,不需外接专用锁存器;输入数据可以得到缓冲,增加了数据输入的可靠性。每个引脚可驱动8个TTL负载。

(2)P1口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,一般作通用I/O口使用,它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线,作为输入时,锁存器必须置1。每个引脚可驱动4个TTL负载。

(3)P2口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,可直接连接外部I/O设备。它与地址总线高8位复用,可驱动4个TTL负载。一般作为外部扩展时的高8位地址总线使用。

(4)P3口为8位准双向I/O口,内部具有上拉电阻,它是双功能复用口,每个引脚可驱动4个TTL负载。作为通用I/O口时,功能与P1口相同,常用第二功能。作为第二功能使用时,各位的作用见本站(单片机之家)其它内容。

【8051单片机】

8051单片机是PC机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构。

基本结构

51 单片机最初是由Intel 公司开发设计的,但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商,譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机,倒是Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51 一致的。

结构框架

PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构,然而MCU(单片机)、Dsp(数字信号处理器)都是基于哈佛结构的体系结构。哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同,在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间,ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间,即ROM 和RAM 地址统一分配。CPU 访问存储器时,一个地址对应唯一的存储单元,可能是ROM,也可能是RAM。而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址,即程序和数据分开保存,访问时用不同的指令加以区分,并可同时访问,在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。

(1) 一个8 位的微处理器(CPU)。

(2) 片内数据存储器RAM(128B/256B),用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等,SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。

(3) 片内程序存储器ROM/EPROM(4KB/8KB),用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM,如8031,8032,80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器,可供用户根据需要选用,读者可查看书的后面部分。

(4) 四个8 位并行I/O 接口P0~P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。

(5) 两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信,目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。

(6) 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源,例如SST89E58RD 就有9 个中断源。

(7) 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O 口,用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。

(8) 片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz,因而大大的提高了指令的执行速度。

以上各个部分通过内部数据总线相互连接。

8051 单片机内部结构如图2-2 所示。一个完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器(ROM 及RAM)、数据总线和I/O 接口组成。一般微处理器(如8086)就只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比,8051 增加了四个8 位I/O 口、一个串行口、4KB ROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器(SFR),所以单片机具有比微处理器更强大的控制功能,单片机是专为进行控制设计的,而常见的微处理器是用于运算功能的,下图各部分的功能描述。