上拉电阻,下拉电阻的实现原理

本文详细解析了51单片机P0口的工作原理及其与P1-P3口的区别,通过实例介绍了如何利用上拉电阻解决P0口在高电平状态下的不稳定问题,并展示了具体的电路连接方式。

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P0口和其它三个口的内部电路是不同的,如下图

P0口是接在两个三极管D0和D1之间的,而P1-P3口的上部是接一个电阻的。P0口的上面那个三极管D0是在进扩展存储器或扩展总线时使用MOVX指令时才会控制它的导通和截止,在不用此指令时都是截止的。在平常我们使用如:P0_1=0 P0_1=1这些语句时控制的都是下面那个三极管D1。我们先假设P1口接一个74HC373,来看一看它的等效图

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当AT89S51的P1口上接了74HC373后就等于接了一个负载,如上图右边。一般来说这些数字电路的输入阻抗都很大,都在几百K到上兆欧姆,而P1口内的电阻R一般在几十K以内。

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如上图,当我们发出指令P1=0时,三极管D导通,见中间的等效图,这时P1点的电位为0。当发出P1=1的指令后,三极管D截止,见右边等效图,因为Rx的阻值要比R的阻值大得多,因此P1点的电位是接近电源电压的。即高电平。

我们再来看看P0口接负载时的图

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当P0=0时,等效图是中间的,三极管D1导通,P0点的电位为0。而当P0=1时,等效图是右边的,三极管D1截止,而上面的三极管D0始终是截止的,这样P0点就等效于悬空了,它处在不稳定状态,P0点又是RX的高阻抗输入点,很容易受到外界和周围电路的干扰从而直接影响到74HC373的输出状态。因此就得加上个电阻。如下图

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加上电阻Rc后,电路的状态就和P1口一样了,这个电阻Rc就是上拉电阻

但你如果只是为了让P0口驱动个发光管,那电路可以直接简化成下图那样。S51内部的电流最好不超过15mA,如果发光管的电压为2.2V那电阻就是(5-2.2)÷15=0.18K,也就是180欧姆。

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当P0=0时P0点为低电位,发光管亮起,流过D1的电流约为15mA。当P0=1时,P0点为悬空,但发光管和180欧电阻都是低阻抗元件,P点电位就为高电位,再说也无任何输出影响,因此这样电路是可以的。

【实验题目】 在RAM中执行程序代码 【实验目的】 掌握片外RAM扩展方法(重点是硬件接法,而程序操作很简单)。 弄清楚什么是“哈佛存储结构”和“冯·诺依曼存储结构”。 【硬件接法】 P1.2接交流蜂鸣器。 请认真参考硬件电路图中RAM的接法。RAM映射到地址“0x8000~0xBFFF”,共16KB。 【实验原理】 8051单片机本来是“哈佛存储结构”,程序ROM和片外数据RAM位于完全分开的存储空间。/WR和/RD信号用于访问片外数据RAM。当使用片外程序ROM时,/PSEN管脚负责读取程序代码或固定数表。通常ROM不可写,所以未安排ROM的写信号。ROM和RAM共用地址和数据总线,但读写选通信号是分开的,所以在逻辑上分属两个不同的64KB空间,总共128KB。另外片内数据RAM和SFR空间又与前两者有别,是独立编址的。在软件上,访问不同的存储空间采用不同的指令,如“MOVX A,@DPTR”、“MOVC A,@A+DPTR”、“MOV A,@Ri”等。 注意,/PSEN和/RD可以经过“与门”后再接到RAM的/OE。这样,代码和数据都位于相同的地址空间,在RAM中也可以跑程序,用“MOVC”和“MOVX”指令都能访问RAM的存储单元。如果把程序代码加载到片外RAM中,然后用“LJMP”指令跳转过去就能在RAM中执行程序代码。 【说明:片内Flash中的引导程序】 这是一个比较复杂的程序,其中还牵涉到了C51中嵌入汇编的用法。对大多数初学者来说,只要了解其工作过程即可,不必深究。如果您确实对其感兴趣,请自行仔细研究。 该引导程序位于片内Flash中,其作用是通过串行口加载HEX格式的程序文件,并自动转换成BIN格式,然后保存到片外RAM中,最后跳转过去执行。RAM起始地址为0x8000。引导完毕后,蜂鸣器鸣叫,并等待按下K4键。K4按下后,才开始执行。 【说明:在片外RAM中运行的程序】 编写在片外RAM中运行的程序与编写正常的A51或C51程序基本相同,但是需要做一些小的调整。正常的程序起始地址总是0x0000,但现在片外RAM的起始地址是0x8000,因此要在原有程序的基础上重新设置起始地址。 对于A51编程,找到ORG命令,修改复位地址和全部中断向量入口地址,使它们都偏移0x8000。例如复位地址为0x0000要改成0x8000,定时器T0中断入口地址0x000B要改成0x800B,等等。重新编译,生成HEX程序文件,备用。 而对于C51编程,设置的项目稍多一些,步骤如下: 第一,打开Keil C51安装目录“C:\Keil\C51\LIB”,找到文件“STARTUP.A51”,将其复制到您的工程文件夹下,然后右击项目管理窗口的“Source Group1”添加该文件。另一种方法是:在新建工程选择“CPU”后,当出现是否添加启动文件对话框时选择“是”,则文件“STARTUP.A51”会自动被加入。 第二,双击项目管理窗口里的“STARTUP.A51”,找到“CSEG AT 0”这一行,将起始地址“0”改成“0x8000”,保存。 第三,设置片外程序ROM的起始地址和大小。打开编译环境中设置(点击工具栏的那个绿色按钮进入该设置),在“Off-chip Code memory”Eprom(在这里,Eprom实际上已被RAM代替)栏第一行填入0x8000和0x3000(共12KB空间)。 第四,程序中有可能用到xdata数据,因此还要设置片外数据RAM的起始地址和大小。可以在“Off-chip Xdata memory”Ram栏第一行填入0xB000和0x1000,留足空间(有4KB呀!)。 第五,设置中断向量。打开“Options fo Target”设置里的“C51”选项页,找到“Interrupt vectors at...”项,修改为“0x8000”。 OK,所有设置都已完成,重新编译,生成HEX程序文件,备用。 【实验步骤】 1、ISP下载开关扳到“01”,用Flash Magic软件下载程序文件“HexLoader.hex”,暂时不要运行。 2、打开串行调试助手软件ZLGCOMView,操作如下: 勾中“HEX发送”(非常重要!); 通信口:选择实际的串行口(通常为COM1); 波特率:4800; 数据位:8; 停止位:1; 点击“打开文件”装入文件夹“在片外RAM中运行的程序”下的一个程序文件(HEX格式),在这些程序中,所有起始地址都已经预先设置好了; 按实验箱上单片机的RST键,会看到显示“Ready”; 点击“发送文件”,程序开始下载到片外RAM; 下载完毕,出现“OK, press K4...”,蜂鸣器同时鸣叫; 按一次实验箱上的K4键,程
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