1.1.3 单片机的外部引脚

1.单片机的封装和逻辑符号

单片机型号有很多种，不同型号又有多种封装外形，传统8051单片机或兼容8051系列的单片机多采用DIP40封装，也有DIP20、DIP28以及扁平封装等多种形式。图1-5a所示为双列直插式封装外形，图1-5b所示为扁平封装，图1-5c所示为51单片机的电路原理符号，其中电源正极和地两个端隐藏。40个引脚按功能分为4个部分，即电源引脚（VCC和VSS）、时钟引脚（XTAL1和XTAL2）、控制信号引脚（RST、和ALE）以及I/O口引脚（P0～P3）。

2.引脚功能描述

（1）电源引脚

在DIP40封装中，40脚为单片机电源正极VCC引脚，20脚为单片机的接地VSS引脚。在正常工作情况下，VCC接+5V电源，为了保证单片机运行的可靠性和稳定性，电源电压波动不超过0.5V。可移动的电子系统可采用宽电压的单片机设计，电源直接利用电池供电，实验情况下也可以用三节普通电池或计算机的USB接口供电。一般电路中常采用集成稳压器7805提供电源。图1-6所示为单片机常用的集成稳压电源，为了提高电路的抗干扰能力，电源正极与地之间接有滤波电容器。

（2）单片机的I/O口引脚

单片机的I/O口是用来输入和控制输出的端口，DIP40封装的8051单片机共有P0、P1、P2、P3 4组端口，分别与单片机内部P0、P1、P2、P3 4个寄存器对应连接，每组端口有8位，共有32个I/O口。

P0口分别占用32～39脚，依次命名为P0.0～P0.7，与其他I/O口不同，P0口是漏极开路（OD门）的双向I/O口，P0口中任意一位电路原理如图1-7所示，其中端口P0.×的输出与内部对应的寄存器P0.×状态一致。单片机在访问片外存储器时，P0口分时作为低8位地址线和8位双向数据总线用，此时不需外接上拉电阻；如果将P0口作为通用的I/O口使用，则要求外接上拉电阻或排阻，每位以吸收电流的方式驱动8个LSTTL门电路或其他负载。

P1口占用1～8脚，分别是P1.0～P1.7。P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，每位能驱动4个LSTTL门负载。这种端口没有高阻状态，输入不能锁存，因而不是真正的双向I/O口。

P2的8个端口占用21～28脚，分别是P2.0～P2.7。P2口也是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，P2口输出高8位地址，每位也可以驱动4个LSTTL负载。

P3口的8个引脚占用10～17脚，分别是P3.0～P3.7。P3是双功能端口，作为普通I/O口使用时，同P1、P2口一样，作为第二功能使用时，引脚定义见表1-1。P3口的第二功能，能使硬件资源得到充分利用。

（3）时钟引脚

单片机有两个时钟引脚，分别是19脚XTAL1和18脚XTAL2，用于提供单片机的工作时钟信号。单片机是一个复杂的数字系统，内部CPU以及时序逻辑电路都需要时钟脉冲，所以单片机需要有精确的时钟信号。

单片机内部含有振荡电路，19脚和18脚用来外接石英晶体和微调电容。在使用外部时钟时，XTAL2则用来输入时钟脉冲，如图1-7所示。其中图1-7a为晶体振荡电路，图1-7b为外部时钟输入电路。利用外部时钟输入时，要根据单片机型号XTAL1接地或悬空，并考虑时钟电平的兼容性。

（4）控制引脚

在DIP40引脚封装中，9脚RST/VPD为复位/备用电源引脚，在此引脚外加两个机器周期的高电平就能使单片机复位。

30脚为锁存信号输出/编程引脚，在早期扩展了外部存储器的单片机系统中，单片机访问外部存储器时，ALE用于锁存低8位的地址信号。

29脚为输出访问片外程序存储器的读选通信号引脚。在CPU从外部程序存储器取指令期间，该信号每个机器周期两次有效。在访问片外数据存储器期间，这两次信号将不出现。

31脚用于区分片内外低4KB范围存储器空间。该引脚接高电平时，CPU访问片内程序存储器4KB的地址范围。若PC值超过4KB的地址范围，CPU将自动转向访问片外程序存储器；当此引脚接低电平时，则单片机只访问片外程序存储器，忽略片内程序存储器。

在STC系列单片机中，以上ALE、引脚已经省略，取而代之的是P4接口。

掌握单片机内部的各个部件功能、外部引脚特性是分析和设计单片机应用系统的硬件基础，只有全面地了解单片机的硬件以及单片机外部器件特性，才能熟练应用单片机系统所提供的硬件资源，设计开发出性价比较高的应用系统。