单片机外部引脚及典型设计实例

1.单片机的封装和逻辑符号

单片机有很多不同型号和封装，常用的AT89C51/52、STC89C51/52/54/58单片机多采用DIP 40封装，也有DIP 20、DIP 28以及扁平封装等封装形式。图1-5a所示为双列直插式封装外形，图1-5b为扁平封装，图1-5c为MCS-51系列单片机的电路符号，其中电源正极和地两个引脚隐藏。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、EA、PSEN和ALE）以及I/O接口引脚（P0～P3）。

2.引脚功能描述

（1）电源引脚

在单片机的DIP 40封装中，40脚为单片机电源正极引脚VCC，20脚为单片机的接地引脚VSS。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，电源电压误差不应超过0.5V。在移动的单片机系统中，可以用4节镍镉电池或镍氢电池直接供电，实验情况下也可以用三节普通电池或计算机的USB接口电源供电。在单片机系统电路中，一般采用集成稳压器7805提供电源。图1-6所示为简单的单片机集成稳压电源电路，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。

（2）控制引脚

在单片机DIP 40封装中，9脚RST/VPD为复位/备用电源引脚，在此引脚加上两个机器周期的高电平就使单片机复位。单片机正常工作时，此引脚应为低电平。在单片机掉电期间，此引脚可接备用电源（＋5V）。在系统工作的过程中，如果VCC低于规定的电压值，VPD就向片内RAM提供电源，以保持RAM内的信息不丢失。

图1-5 MCS-51系列单片机的引脚分布图

图1-6 单片机集成稳压电源

在单片机DIP 40封装中，30脚ALE/为锁存信号输出/编程引脚。在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。如果系统没有扩展外部存储器，ALE端输出周期性脉冲信号，频率为时钟振荡频率的1/6，可用于单片机外部器件的时钟。对于EPROM型单片机，此引脚用于输入编程脉冲。

在单片机DIP 40封装中，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。

在单片机DIP 40封装中，31脚EA/VPP用于区分片内外低4KB范围程序存储器空间。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。8031单片机没有片内程序存储器，此引脚必须接地。对于EPROM型单片机，在编程期间，此引脚用于接入较高的编程电压VPP，一般为＋12V。

（3）单片机的I/O接口引脚

单片机的I/O接口是用来输入和控制输出的端口，DIP40封装的MCS-51系列单片机共有P0、P1、P2、P34组接口，分别与单片机内部4个寄存器P0、P1、P2、P3对应连接，每组接口有8位，因此采用DIP 40封装的MCS-51系列单片机共有32个I/O接口。(www.xing528.com)

图1-7 P0口中一位的结构

P0接口分别占用32～39脚，依次命名为P0.0～P0.7，与其他I/O接口不同，P0接口是漏极开路（OD门）的双向I/O接口，P0接口中任意一位电路原理如图1-7所示，其中P0.X接口的输出与内部对应的寄存器P0.X状态一致。单片机在访问片外存储器时，P0接口分时作为低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接口作为通用的I/O接口使用，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接口占用1～8脚，分别对应于P1.0～P1.7。P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口，每位能驱动4个LSTTL门负载。这种接口没有高阻状态，输入不能锁存，因而不是真正的双向I/O接口。

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

P3接口的8个引脚占用10～17脚，分别是P3.0～P3.7。P3口是双功能接口，作为普通I/O接口使用时，同P1、P2口一样，作为第二功能使用时，引脚定义见表1-2。P3接口具有的第二功能能使硬件资源得到充分利用，见表1-2。

表1-2 P3接口的第二功能表

（4）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用来输入时钟脉冲，如图1-8所示。其中图1-8a所示为晶体振荡电路，图1-8b所示为外部时钟输入电路。利用外部时钟输入时，要根据单片机型号使XTAL1接地或悬空，并考虑时钟电平的兼容性。

图1-8 单片机时钟电路

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，设计出性价比较高的应用系统。