单片机IO口结构及工作原理

一、P0端口的结构及工作原理P0端口8位中的一位结构图见下图：由上图可见，P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关、一个与非门、一个与门及场效应管驱动电路构成。下面，先分析组成P0口的各个部分：P0口中，有两个三态的缓冲器，在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），存器的缓冲器，下面一个是读引脚的缓冲器，读取P0.X引脚上的数据，要使这个三态缓冲器有效，引脚上的数据才会传输到内部数据总线上。D锁存器：5132I/ODD端是数据输入端，CP是控制端（也就是时序控制信号输入端），Q出端，Q非是反向输出端。51输出端口（即I/O）使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程口就作为地址/数据I/O口使用还是作为数据/P0口是作为普通的口使用的，当多路开关是与上面接通时，P0口是作为地址/数据总线使用的。输出驱动部份：P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，MOSV1导通时，V2就截止，当V2V1截止。P0I/O低电平Q非端相接的（即P0I/O口线使用）。作为地址/数据线使用时，多路开关的控制信号为管由地址/与地址/数据线连接。输出过程：1I/OCP→D→Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2P0.X出口时，P0OC接上拉电阻。下图就是由内部数据总线向P0口输出数据的流程图（红色箭头）。2、地址输出过程控制信号为1，地址信号为“0”时，与门输出低电平，V1管截止；反相器输出高电平，V2管导通，输出引脚的地址信号为低电平。反之，控制信号为“1”、地址信号为“1”，“与门”输出为高电平，V1管导通；反相器输出低电平，V2管截止，输出引脚的地址信号为高电平。请看下图（兰色字体为电平）：“地址/数据”信息时，V1V2以直接与外设存储器相连，无须增加总线驱动器。3、作为数据总线的输出过程MOVX@DPTR，A（P0口RAM中），“控制”信号为与门”解锁，与输出地址信号的工作流程类似，数据据由“地址/数据”线→反相器→V2场效应管栅极→V2漏极输出。输入过程：1、I/O读引脚工作过程：读芯片引脚上的数据时，读引脚缓冲器打开，通过内部数据总线输入，请看下图（红色简头）。2、I/O读锁存器工作过程：通过打开读锁存器三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，请看下图（红色箭头）：3、地址/数据时读指令码和数据过程作为数据总线使用。在访问外部程序存储器时，P08将变为数据总线，以便读指令码（输入）控制”信号为管截止，多路开关也跟着转向锁存器反相输出端Q非；CPU0FFH（11111111D锁存器写入一个高电平„1‟）P0V2管I/O读引脚过程是一样的。Q＝0，Q非＝1，场效应管T2开通，当从内部总线输出高电平后，锁存器非＝0，场效应管T2截止。如外8031P0P3的输入操作上，有如下约定：为此，8051单片P0P3的输入操作上，有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指-修改-写指令(读)(修改)(写)到该-修改-写指令需要得到端口原输出的状态，修改P0/数据总线使用时，在读指令码或输入数据前，CPUP00FFHP0口原来的状态。因此，不能再作为I/OP0口作为操作数（包含源操作数和目的操作数）的指令。二、P1端口的结构及工作原理端口与P0端口用内部上拉电阻R代替了P0端口的场效应管T1，并且输出的信息仅来自内部总线。由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后，锁存在端口线上，所以，P1端口是具l/I/O8051单片机P1P2P3P0端口由于输出有三态功能，输入前，端口线已处于高阻态，无需先写入l后再作读操作。单片机复位后，各个端口已自动地1P1一P301后再读引脚，才能得到正确的信息。此外，随输入指令的不同，P1端口也有读锁存器与读引脚之分。三、P2端口的结构及工作原理:端口在片内既有上拉电阻，又有切换开关MUX，所以P2P0P1相后，输出在端口引脚线上。8031单片机必须外接程序存储器才能构成应用电路（扩展了外部存储器），而P2端口就是用来周期性地输出从外存中取指令的地址(8位地址)，因此，P2端口的多路开关总是在进行切换，分时地输出从内部P2I/O端口。输RAM8位地址。在输入功能方面，P2P0HP2端口也是准双向口。可见，P2端口的主要特点包括：①不能输出静态的数据；②自身输出外部程序存储器的高8位地址；MOVXRAMP2端口。即然P2口可以作为I/O口使用，也可以作为地址总线使用，下面我们就分析下它的两种工作状态。1、作为I/O端口使用时的工作过程8位地址时（DPTR读写外部数据存储器），P2I/O口使用。这时，“控制”信号为“0”，多路开关转向锁存器同相输出端Q→锁存器同相输出端→反相器→V2管栅极→V29漏极输出。V28个TTL“1”V22、作为地址总线使用时的工作过程P2控制”信号为（即向上接通地址信息经反相器→V2管栅极→漏极输出。由于P28位地址，与P0P2口上的地址信息（A15~A8）8DPH保存时间长，无须锁存。四、P3端口的结构及工作原理P3口是一个多功能口，它除了可以作为I/O一位结构见下图P1P3端口的各端口线有两种功能选择。当处于第一功能时，第二输出功能线为1锁存器和场效应管输入/P1I/O端口。当处于第二功能时，锁存器输出1，通过第二输出功能线输出特定的内含P3端口为静态双功能端口。使P3端品各线处于第二功能的条件是:1、串行I/O处于运行状态(RXD,TXD);2、打开了处部中断(INT0,INT1);3、定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)4、执行读写外部RAM的指令(RD,WR)在应用中,P3(WR,RD),P3I／O端口的工作状态。在更P3操作的形式。四、驱动能力P08LSTTL负载。如需增加负载能力，可在P04LSTTL负载。由于P0-P3端口已映射P0P3就实现了信息从相应端口的输入／输出。例如：MOVAP1；把PlMoVP1AAP1端口输出MOVP3，#0FFHP3lＩ／Ｏ口线的低电平的驱动能力明显高于高电平的驱动能力；关于51单片机P0口的结构及上拉问题.P0,Ｔ１打开，Ｔ２截止；低电平时，Ｔ１截止，Ｔ２打开。这种情况下不用外接上拉电阻.而且,T1,T2截止,,T1P0口线上,因此驱动能力(电流)可以很大,这就是为什么教科书上说可以"8TTL负载".２.P01导通时拉地，当然是输出低电平；截止时，ＰＯ口就没有输出了，(注意,这种情况就是所谓的高阻浮空状态),1.３.其他端口Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３,P1T1,所个上拉电阻。4.在某个时刻,P0I/O电平信号,MUX来切换的.MUX的切换,来区分的.当指令为外部存储器/IO口读/写时MOVXA,@DPTR,MUX换到地址/数据总线上;而当普通MOV传送指令操作P0口时,MUX总线上的.PS:BecausePorts1,2,and3havefixedinternalpullups,theyaresometimescalled“quasi-bidirectional”ports.因为端口1、2、3有固定的内部上拉,所以有时候他们被称为"准双向"口.Port0,ontheotherhand,isconsidered“true”bidirectional,becausewhenconfiguredasaninputitfloats.0,从另外一方面来说,就被认为是"真正的"双向,候是浮空(高阻态)的.51P0I/O51P1理解了，主要是一个锁存器和推拉结构，在此作些说明。当用作输出，所有口线的状态都与SFR锁存位的设置有密切的联系。P0口为低除外。当P0口的一个位写入0时，这个位被拉低。但是对P0口的其中一个位写入1时，这个位呈现高阻，也就是未能连机，不能使用。要想获得1输出你必须在P0口外加上拉电阻一般驱动LED的上拉电阻为470Ω，外接逻辑电路的上拉电阻为4.7K。 补充：一些口线被作为简单的高电平输入也与SFR锁存位有关因为P1P2P3有内部上拉电阻可以随意被拉高，拉低。而P0口作为高电平输入时，也会呈现高阻态。P0P2口用作外部存贮器16P28位的位址线，因此当对外面存贮时，P0口、P2I/O口线。P11P1口的引脚由内部上拉电阻拉为高P11，工作正常。P0应管，它只是在对外存储器进行读写操作，用作地址/数据时才起作用，当向位11而未获得。P0口上拉电阻的阻值：1、如果是驱动led1K小，最小不要小于200欧姆，否则电流太大；如果希望亮度小一些，电阻可增大，增加到多少呢，主要看亮度情况，以亮度合适为准，一般来说超过3K以上LED10K时觉得亮度1k的。2、对于驱动光耦合器，如果是高电位有效，即耦合器输入端接端口和地之间，那么和LEDVCC1——4.7k100k——500K10K考虑到省电问题，没有必要用那么小的。3PNPNPNNPN，毫无疑问NPN2K——20KLED类负载，由于发管电流很小，因此上拉电阻的阻值可以用20k的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电流大，因此上拉电阻的阻值最好不要大于4.7K，有时候甚至2K的。对于P