1.1.3 單片機的外部引腳

1.單片機的封裝和邏輯符號

單片機型號有很多種，不同型號又有多種封裝外形，傳統8051單片機或兼容8051系列的單片機多采用DIP40封裝，也有DIP20、DIP28以及扁平封裝等多種形式。圖1-5a所示為雙列直插式封裝外形，圖1-5b所示為扁平封裝，圖1-5c所示為51單片機的電路原理符號，其中電源正極和地兩個端隱藏。40個引腳按功能分為4個部分，即電源引腳（VCC和VSS）、時鐘引腳（XTAL1和XTAL2）、控制信號引腳（RST、和ALE）以及I/O口引腳（P0～P3）。

2.引腳功能描述

（1）電源引腳

在DIP40封裝中，40腳為單片機電源正極VCC引腳，20腳為單片機的接地VSS引腳。在正常工作情況下，VCC接+5V電源，為了保證單片機運行的可靠性和穩(wěn)定性，電源電壓波動不超過0.5V?？梢苿拥碾娮酉到y可采用寬電壓的單片機設計，電源直接利用電池供電，實驗情況下也可以用三節(jié)普通電池或計算機的USB接口供電。一般電路中常采用集成穩(wěn)壓器7805提供電源。圖1-6所示為單片機常用的集成穩(wěn)壓電源，為了提高電路的抗干擾能力，電源正極與地之間接有濾波電容器。

（2）單片機的I/O口引腳

單片機的I/O口是用來輸入和控制輸出的端口，DIP40封裝的8051單片機共有P0、P1、P2、P3 4組端口，分別與單片機內部P0、P1、P2、P3 4個寄存器對應連接，每組端口有8位，共有32個I/O口。

P0口分別占用32～39腳，依次命名為P0.0～P0.7，與其他I/O口不同，P0口是漏極開路（OD門）的雙向I/O口，P0口中任意一位電路原理如圖1-7所示，其中端口P0.×的輸出與內部對應的寄存器P0.×狀態(tài)一致。單片機在訪問片外存儲器時，P0口分時作為低8位地址線和8位雙向數據總線用，此時不需外接上拉電阻；如果將P0口作為通用的I/O口使用，則要求外接上拉電阻或排阻，每位以吸收電流的方式驅動8個LSTTL門電路或其他負載。

P1口占用1～8腳，分別是P1.0～P1.7。P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，每位能驅動4個LSTTL門負載。這種端口沒有高阻狀態(tài)，輸入不能鎖存，因而不是真正的雙向I/O口。

P2的8個端口占用21～28腳，分別是P2.0～P2.7。P2口也是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，P2口輸出高8位地址，每位也可以驅動4個LSTTL負載。

P3口的8個引腳占用10～17腳，分別是P3.0～P3.7。P3是雙功能端口，作為普通I/O口使用時，同P1、P2口一樣，作為第二功能使用時，引腳定義見表1-1。P3口的第二功能，能使硬件資源得到充分利用。

（3）時鐘引腳

單片機有兩個時鐘引腳，分別是19腳XTAL1和18腳XTAL2，用于提供單片機的工作時鐘信號。單片機是一個復雜的數字系統，內部CPU以及時序邏輯電路都需要時鐘脈沖，所以單片機需要有精確的時鐘信號。

單片機內部含有振蕩電路，19腳和18腳用來外接石英晶體和微調電容。在使用外部時鐘時，XTAL2則用來輸入時鐘脈沖，如圖1-7所示。其中圖1-7a為晶體振蕩電路，圖1-7b為外部時鐘輸入電路。利用外部時鐘輸入時，要根據單片機型號XTAL1接地或懸空，并考慮時鐘電平的兼容性。

（4）控制引腳

在DIP40引腳封裝中，9腳RST/VPD為復位/備用電源引腳，在此引腳外加兩個機器周期的高電平就能使單片機復位。

30腳為鎖存信號輸出/編程引腳，在早期擴展了外部存儲器的單片機系統中，單片機訪問外部存儲器時，ALE用于鎖存低8位的地址信號。

29腳為輸出訪問片外程序存儲器的讀選通信號引腳。在CPU從外部程序存儲器取指令期間，該信號每個機器周期兩次有效。在訪問片外數據存儲器期間，這兩次信號將不出現。

31腳用于區(qū)分片內外低4KB范圍存儲器空間。該引腳接高電平時，CPU訪問片內程序存儲器4KB的地址范圍。若PC值超過4KB的地址范圍，CPU將自動轉向訪問片外程序存儲器；當此引腳接低電平時，則單片機只訪問片外程序存儲器，忽略片內程序存儲器。

在STC系列單片機中，以上ALE、引腳已經省略，取而代之的是P4接口。

掌握單片機內部的各個部件功能、外部引腳特性是分析和設計單片機應用系統的硬件基礎，只有全面地了解單片機的硬件以及單片機外部器件特性，才能熟練應用單片機系統所提供的硬件資源，設計開發(fā)出性價比較高的應用系統。