單片機的外部結構-引腳功能

(1) 單片機(AT89S51)外觀

本文引用地址：

http://www.eepw.com.cn/article/201611/319713.htm

(2) 單片機(AT89S51)的引腳功能圖

(3) 51系列單片機8031、8051及89c51/89s51均採用40Pin封裝的雙列直接DIP結構。上圖是它們的引腳配置:40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。現在我們對這些引腳的功能加以說明：
1、電源引腳
Vcc　40腳　正電源腳，工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。
GND　20　接地端
　 2.外接晶體引腳

Pin19:時鐘XTAL1腳， Pin18:時鐘XTAL2腳，
　　XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發生器對振蕩脈衝二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。
　　型號同樣為AT89C51的晶片，在其後面還有頻率編號，有12,16,20,24MHz可選。大家在購買和選用時要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振蕩頻率為24MHz,40P6封裝的普通商用晶片。
3.復位　RST　9
　　在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51晶片便循環復位。復位後P0－P3口均置1引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，晶片為ROM的0000H處開始運行程序。常用的復位電路如下圖所示。

　　復位操作不會對內部RAM有所影響。當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現24個時鐘周期以上的高電平，系統即初始復位。什麼叫復位？復位是單片機重新執行程序代碼的意思。
8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。

輸入輸出(I/O)引腳：
　　Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口，是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內部不帶上拉電阻，當外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅動多個數碼管。在訪問外部程序和外部數據存儲器時，P0口是分時轉換的地址(低8位)/數據總線，不需要外接上拉電阻。

　　Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅動4個LSTTL負載。通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅動發光二極體。埠置1時，內部上拉電阻將埠拉到高電平，作輸入用。

　 我們現在講一個它的輸出功能吧，在單片機工作時，我們 可以通過用指令控制單片機的引腳輸出高電平或者低電平。如： 指令CLR ，清零的意思。
CLR P1.0 ；讓單片機從第一腳輸出低電平。
指令 SETB，置1的意思。
SETB P1.0 ；讓單片機從第一個腳輸出高電平。
請問讓第8個腳輸出低電平的指令如何寫？

　Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅動4個LSTTL負載。埠置1時，內部上拉電阻將埠拉到高電平，作輸入用。對內部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數據存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數據存儲器時其引腳上的內容在此期間不會改變。
　Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅動4個LSTTL負載，這8個引腳還用於專門的第二功能。埠置1時，內部上拉電阻將埠拉到高電平，作輸入用。
對內部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。

P1－3埠在做輸入使用時，因內部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。

除此之外P3埠還用於一些專門功能，具體請看下表。

P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數據存儲器寫選通WRP3.7外部數據存儲器寫選通RD

　　什麼叫上拉電阻？上拉電阻簡單來說就是把電平拉高，通常用4.7－10K的電阻接到Vcc電源，下拉電阻則是把電平拉低，電阻接到GND地線上。具體說明也不是這裡要討論的，接下來還是接著看其它的引腳功能吧。
　 5.其它的控制或復用引腳
　(1) ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用於鎖存地址的低位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈衝信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)。在訪問外部數據存儲器時，出現一個ALE脈衝。對Flash存儲器編程時，這個引腳用於輸入編程脈衝PROG
　(2) PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當AT89C51由外部程序存儲器取指令或常數時，每個機器周期輸出2個脈衝即兩次有效。但訪問外部數據存儲器時，將不會有脈衝輸出。
　(3) EA/Vpp 31 外部訪問允許端。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。要使AT89S51隻訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）,這時該引腳必須保持低電平。對Flash存儲器編程時，用於施加Vpp編程電壓。
　　看到這您對AT89S51引腳的功能應該有了一定的了解了，引腳在編程和校驗時的時序我們在這裡就不做詳細的探討，通常情況下我們也沒有必要去撐握它，除非你想自己開發編程器。

引腳功能：
MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路晶片，引腳分布請參照----單片機引腳圖：

l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。

l P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。

l P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。

l P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號端子）。

這4個I/O口具有不完全相同的功能，大家可得學好了，其它書本裡雖然有，但寫的太深，初學者很難理解，這裡都是按我自已的表達方式來寫的，相信你也能夠理解。

P0口有三個功能：

1、外部擴展存儲器時，當做數據總線（如圖1中的D0~D7為數據總線接口）

2、外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖1中的A0~A7為地址總線接口）

3、不擴展時，可做一般的I/O使用，但內部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。

P1口只做I/O口使用：其內部有上拉電阻。

P2口有兩個功能：

1、擴展外部存儲器時，當作地址總線使用

2、做一般I/O口使用，其內部有上拉電阻；

P3口有兩個功能：

除了作為I/O使用外（其內部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設置，具體功能請參考我們後面的引腳說明。

有內部EPROM的單片機晶片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈衝和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的，

即：編程脈衝：30腳（ALE/PROG）

編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）

接觸過工業設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池，這個電池是幹什麼用的呢？這就是單片機的備用電源，當外接電源下降到下限值時，備用電源就會經第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護內部RAM中的信息不會丟失。

（註：這些引腳的功能應用，除9腳的第二功能外，在「新動力2004版」學習套件中都有應用到。）

在介紹這四個I/O口時提到了一個「上拉電阻」那麼上拉電阻又是一個什麼東東呢？他起什麼作用呢？都說了是電阻那當然就是一個電阻啦，當作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口如果作為輸入時，處在高阻抗狀態，只有外接一個上拉電阻才能有效。

ALE/PROG 地址鎖存控制信號：

在系統擴展時，ALE用於控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現低位地址和數據的隔離。（在後面關於擴展的課程中我們就會看到8051擴展 EEPROM電路，在圖中ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當CPU對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當ALE是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變（即由正變負）將P0口上低8位地址信號送入鎖存器。當ALE是低電平時，P0口上的內容和鎖存器輸出一致。關於鎖存器的內容，我們稍後也會介紹。
在沒有訪問外部存儲器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當訪問外部存儲器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。從這裡我們可以看到，當系統沒有進行擴展時ALE會以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時鐘，或者外部定時脈衝使用。
PORG為編程脈衝的輸入端：在第五課單片機的內部結構及其組成中，我們已知道，在8051單片機內部有一個4KB或8KB的程序存儲器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執行的程序的，那麼我們是怎樣把編寫好的程序存入進這個ROM中的呢？實際上是通過編程脈衝輸入才能寫進去的，這個脈衝的輸入埠就是PROG。

PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現外部ROM單元的讀操作。

1、內部ROM讀取時，PSEN不動作；
2、外部ROM讀取時，在每個機器周期會動作兩次；
3、外部RAM讀取時，兩個PSEN脈衝被跳過不會輸出；
4、外接ROM時，與ROM的OE腳相接。

參見圖2—（8051擴展2KB EEPROM電路，在圖中PSEN與擴展ROM的OE腳相接）

EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號

1、接高電平時：

CPU讀取內部程序存儲器（ROM）

擴展外部ROM：當讀取內部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時自動讀取外部ROM。

2、接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。在前面的學習中我們已知道，8031單片機內部是沒有ROM的，那麼在應用8031單片機時，這個腳是一直接低電平的。

3、8751燒寫內部EPROM時，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。

RST 復位信號：

當輸入的信號連續2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作，當復位後程序計數器PC=0000H，即復位後將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。

XTAL1和XTAL2 ：

外接晶振引腳。當使用晶片內部時鐘時，此二引腳用於外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用於接外部時鐘脈衝信號。

VCC：電源+5V輸入

VSS：GND接地。