從AT89C51了解單片機

3?I/O口的介紹
　　在圖2中，還有P0～P3引腳。這些引腳可以將單片機輸出的高低電位信號傳送給片外的負載，也可將片外其它設(shè)備輸出的高低電位號輸入至單片機，因此，在單片機中，這些引腳就叫做輸入輸出端口，簡稱I/O口。一個標準的I/O口一般由8條I/O口線組成。標準I/O口的主要功能相當于一個8位鎖存器，能存儲一個字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)，以保持與之相連接的8條口線各自電位的高低狀態(tài)。在圖2中，AT89051的第1腳至第8腳相對應的8條口線P1.0至P1.7組成的標準口記作P1口，第10腳至第17腳相對應的口線P3.0至P3.7組成的P3口，第21腳至28腳相對應的8條口線P2.0至P2.7組成了P2口，第32腳至39腳相對應的8條口線P0.0至P0.7組成了P0口。有了這些標準輸入輸出口，使用起來就很方便了。這樣，我們可編制一段程序，向這些標準口中存入一定的數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)也可叫控制字)，各口線引腳就會呈現(xiàn)出不同的高低電位。比如我們向P0、P1、P2、P3口中送入數(shù)據(jù)＃00H，則每個口的各口線電位狀態(tài)就會為“0000 0000”，也就是各條口線皆呈低電位。我們再向P0口送入數(shù)據(jù)＃03H。P0.0至P0.7各條口線所呈電位為“0000 0011”，也就是只有P0.0和P0.1兩條口線所對應的引腳呈高電位。另外，還應知道，P0口的P0.0～P0.7的位地址是80H至87H，P1口的P1.0至P1.7的位地址是90H至97H，P2.0至P2.7和P3.0至P3.7的位地址分別是A0H至A7H和B0H至B7H。
4?口結(jié)構(gòu)
　　AT89C51單片機或其它與之兼容的單片機，作為初學者還必須掌握它的I/O口結(jié)構(gòu)和電流負載能力。比如AT89C2051口線負載能力達25mA,AT89C51可達15mA等等。下面以P1.0口線為例，談一下I/O口結(jié)構(gòu)，圖3為P1.0口線的內(nèi)部驅(qū)動器電原理圖。由圖可知，驅(qū)動器的輸入端是和鎖存器的Q相連接的，驅(qū)動器的輸出部分由4只場效應管組成，N型管VT4為下拉管，P型的VT1、VT2、VT3為上拉管。依次為強上拉、弱上拉和中上拉。當我們向P1.0位寫“1”時，Q呈低電位，于是，VT4截止，VT1、VT2、VT3導通。其中VT1導通過程稍復雜一些，圖3中VT1的柵極與Q之間接有一個延時器件F1，此延時器件的導通態(tài)維持時間是2個振蕩周期。也就是說，當Q為低電位時，延時器F1導通，VT1也迅速導通，經(jīng)過兩個振蕩周期以后，延時電路處于開路狀態(tài)，于是VT1截止。所以，VT1只是在CPU向P1.0寫“1”后很短的時間內(nèi)導通，以較強的電流拉動能力將P1.0引腳的電位拉起。經(jīng)過2個振蕩周期以后，VT1截止，只有VT2和VT3導通。如果此時P1.0引腳的負載不是嚴重超載，P1.0引腳的電位會高于2.1V，此電位高于非門F3的門限電壓，F(xiàn)3的輸出端為低電位，與之相接的VT3的柵極亦為低電位，VT3導通，提供中度的上拉電流，使P1.0輸出的電流達到額定值；如果P1.0引腳嚴重超載，比如被SB1對地短路，P1.0引腳的輸出電位將很低，幾乎為零，此電位低于非門F3的門限電壓，F(xiàn)3的輸出端為高電位，VT3截止，只有VT2提供微安級的弱上拉電流。而當SB1釋放后VT3又重新導通，P1.0引腳的電位和上拉負載能力均恢復。單片機標準口的這種結(jié)構(gòu)，既安全，又可靠。由上述我們不難得出這樣的結(jié)論：這些口線不論在什么狀態(tài)下都不怕對地短路，但絕不能直接與V_cc相接。因為當口線處于低電位時，VT4導通，如果此時口線直接與V_cc相連接，VT4就可能被燒壞。許多開發(fā)者曾用此方法將某些口線燒壞來實現(xiàn)加密。當然這樣是以犧牲單片機的口資源為代價的。

二、 CPU的工作過程
　　CPU盡管結(jié)構(gòu)復雜，靠程序的支持來實現(xiàn)其強大的功能，但在運行程序中執(zhí)行每條指令的過程卻是非常簡單的，就是不斷地從程序存儲器中取出程序代碼，按照代碼所代表的含義去完成一種單一的操作。上述程序存儲器的這4096個存儲單元，就好像4096個小抽屜，而程序代碼就好像放在小抽屜里的工作說明。CPU就像是一個只能依照抽屜里的說明，而且是每次只能完成一條說明的識讀來依次完成簡單操作的弱智人一樣。這個人開始時一定會先打開第1個抽屜，如果第1個抽屜里的紙條上寫著“請到第2個和第3個抽屜里的紙條上所標明的抽屜里去找指定的工作做”，他就會打開第2個和第3個抽屜取出紙條來準確地識讀，確認第3個抽屜的號碼。如果這兩張紙條上分別寫著“10”和“08”，他就會打開第1008個抽屜取出紙條去完成操作。此過程就相當于CPU執(zhí)行了一條無條件轉(zhuǎn)移指令，一下子從程序的開始，跳到了第1008個單元去運行主程序。如果第1008個抽屜中的這張紙條上寫著：“把第18＃黑板上的會議通知中的時間由下午2點改成下午3點，”這個人就會將第18＃黑板上的2擦掉改成3。這18＃黑板就好像RAM的第18單元，此次操作相當于CPU執(zhí)行了一條送數(shù)指令。前述向各I/O口送數(shù)的過程亦如此。
　　單片機只是一個可以讀懂人給予它的命令并能按照這種命令去完成某種操作的高級電路而已，由它構(gòu)成的各種智能系統(tǒng)的智力在程序中，完成操作的能力在執(zhí)行設(shè)備中。而程序必須由人來編制。所以，我們學習單片機，要在認識它的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上學會編程，能夠設(shè)計出各種系統(tǒng)的硬件和軟件才行。結(jié)合機器碼學習程序便于深刻理解，特別適合于愛好電路制作的電子愛好者，能學到真功夫。但機器碼不容易記憶，在編較長的程序時，會遇到許多不便。所以，當你能熟練地使用一些高級開發(fā)設(shè)備時，還必須掌握匯編語言?！?/P>