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51单片机I/O引脚IO口工作原理一、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。
再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。
下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下：先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即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），大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端（上图中标号为‘读锁存器’端）有效。
下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。
D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数（即具有保持功能），在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。
大家看上图中的D锁存器，D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是输出端，Q非是反向输出端。
对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q 及反向输出端Q非的。
如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。
数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据（即把上次的数据锁存起来了）。
如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。
知识结构图2-1典型单片机的基本组成结构P3——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
P3还提供各种替代功能。
在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。
P3口可以驱动4个LSTTL负载。
·串行口：P3.0——RXD（串行输入口），输入。
P3.1——TXD（串行输出口），输出。
·中断：P3.2——INT0，外部中断0，输入。
P3.3——INT1，外部中断1，输入。
·定时器/计数器：P3.4——T0 ，定时器/计数器0的外部输入，输入。
P3.5——T1 ，定时器/计数器1的外部输入，输入。
·数据存储器选通：P3.6——WR，低电平有效，输出，片外数据存储器写选通。
P3.7——RD，低电平有效，输出，片外数据存储器读选通。
(3) 控制线：共4根。
①输入：RST——复位输入信号，高电平有效。
在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。
EA/V PP——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。
在编程时，其上施加21 V或12 V 的编程电压。
②输入、输出：ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。
用做片外存储器访问时，低字节地址锁存。
ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出的时钟或用于定时。
在EPROM编程期间，作输入。
输入编程脉冲（PROG）。
1ALE 可以驱动8个LSTTL负载。
③输出控制线：PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。
在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。
PSEN可以驱动8个LSTTL负载。
2) 数据指针DPTR数据指针是80C51中一个功能比较特殊的寄存器。
从结构上说，DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，主要功能是作为片外数据存储器寻址用的地址寄存器（间接寻址），故称为数据指针。
访问片外数据存储器的指令为：MOVX A，@DPTR 读MOVX @DPTR，A 写此时，DPTR的输出，即片外数据存储器的地址，与P0、P2口之间的关系如图2--5所示。
第1章习题答案1．什么是单片机？答:将中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具有计算机的基本功能，就叫做单片微型计算机（Single Chip Micro Computer，SCMC），简称单片机。
由于单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，所以单片机又称为微控制器（Micro Controller Unit，MCU）。
2．单片机有哪些特点？答: （1）单片机的存储器ROM和RAM是严格区分的。
ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数及数据表格。
RAM则为数据存储器，用作工作区及存放用户数据。
（2）采用面向控制的指令系统。
（3）单片机的I/O引脚通常是多功能的。
（4）单片机的外部扩展能力强。
（5）单片机体积小，成本低，运用灵活，易于产品化。
（6）面向控制，能有针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
（7）抗干扰能力强，适用温度范围宽。
（8）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。
3．单片机的应用有哪些？答: （1）工业控制。
单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。
如数控机床、自动生产线控制、电机控制、测控系统等。
（2）仪器仪表。
如智能仪表、医疗器械、数字示波器等。
（3）计算机外部设备与智能接口。
如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、智能终端机等。
（4）商用产品。
如自动售货机、电子收款机、电子秤等。
（5）家用电器。
如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。
（6）消费类电子产品。
（7）通讯设备和网络设备。
（8）儿童智能玩具。
（9）汽车、建筑机械、飞机等大型机械设备。
（10）智能楼宇设备。
（11）交通控制设备。
4．常见的单片机有哪些类型？答: 1．AVR单片机；2．Motorola单片机；3．MicroChip单片机；4．Scenix单片机；5．EPSON单片机；7．GMS90单片机；8．华邦单片机9．Zilog单片机；10．NS单片机；11．AX1001单片机第2章习题答案1．MCS-51单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？答:（1）1个8位的微处理器CPU。
一、51单片机的硬件结构1. 硬件结构框图说明：○1微处理器(CPU)：51单片机含一个8位CPU，与通用的CPU功能基本相同，含运算器和控制器，不仅可以字节处理，还可以位处理。
例如：未处理、查表、状态检测、中断处理等。
○2数据存储器(RAM)：51为128B，52为256B；片外最大可扩展到64K。
○3程序存储器(ROM/EPROM)：8031没有，8051有4K的ROM，8751有4K的EPROM；片外可扩展至64K。
○4中断系统：5个中断源，2级优先权。
○5定时器/计数器：2个16位定时/计数器，四种工作方式。
○6串行口：1个全双工串行口，四种工作方式。
可进行串口通信，扩展并行I/O口，多机通信等。
○7P1、P2、P3、P0口：四个8位并行I/O口。
○8特殊功能寄存器(SFR):共21个，对片内部件进行管理、控制、监视；实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。
2. 引脚排列(1)电源及时钟引脚○1电源引脚：Vcc(40脚)解5V电源、Vss(20脚)接地。
○2时钟引脚：两个始终引脚XTAL1、XTAL2外接晶振，或接晶体与片内反相放大器构成振荡器。
XTAL1(19脚)：内部反相放大器的输入端。
若接晶振则应接地；XTAL2(18脚)：内部反相放大器的输出端。
若采用外部时钟振荡器，该引脚接收时钟振荡信号。
(2)控制引脚○1RST/Vpd(9脚)：复位信号输入，高电平有效。
单片机运行时，此脚持续2个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平，就可复位。
平时应为0.5V低电平；Vpd为第二功能，备用电源输入端。
○2:ALE为地址锁存允许，正常工作时，ALE不断输出正脉冲信号。
当访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳变沿用作低8位地址的锁存信号；PROG’为编程脉冲输入端。
○3PSEN’(Program Strobe Enable,29脚)：程序存储器允许输出控制端。
低电平是外部程序存储器选通。
单片机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。
再看图的右边，标号为P0.X引脚的图标，也就是说P0.X引脚可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8个与上图相同的电路组成。
下面，我们先就组成P0口的每个单元部份跟大家介绍一下：先看输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，在学数字电路时，我们已知道，三态门有三个状态，即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)，大家看上图，上面一个是读锁存器的缓冲器，也就是说，要读取D锁存器输出端Q的数据，那就得使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端(上图中标号为‘读锁存器’端)有效。
下面一个是读引脚的缓冲器，要读取P0.X 引脚上的数据，也要使标号为‘读引脚’的这个三态缓冲器的控制端有效，引脚上的数据才会传输到我们单片机的内部数据总线上。
D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数(即具有保持功能)，在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。
大家看上图中的D锁存器，D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是输出端，Q非是反向输出端。
对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号(也就是时序脉冲没有到来)，这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。
如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。
数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据(即把上次的数据锁存起来了)。
如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。
多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用(也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器)时，P0口可以作为通用的输入输出端口(即I/O)使用，对于8031(内部没有ROM)的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。
51单片机各针脚介绍51单片机是一款广泛应用于嵌入式系统中的微控制器，它在电子行业中具有重要的地位。
了解51单片机的各个针脚和其功能对于学习和应用它来说至关重要。
本文将为读者介绍51单片机的各个针脚以及它们的功能。
1. VCC和GND：VCC代表供电正极，GND代表接地。
这两个针脚是最基本的供电和接地连接，使用者需要将这两个引脚连接到电源，以提供电压和地线。
2. P0.0 - P0.7：P0口是51单片机最常用的8位通用I/O口之一。
每个引脚可以被配置为输入或输出，用于连接和控制外部设备。
3. P1.0 - P1.7：P1口也是一个8位通用I/O口，具有与P0口相同的功能。
P1口的特点是它具备上拉电阻功能，可以用于外部开关和按钮的输入控制。
4. P2.0 - P2.7：P2口也是一个8位通用I/O口，同样可以作为输入或输出引脚。
与P1口类似，P2口也具备上拉电阻功能。
5. P3.0 - P3.7：P3口是最后一个8位通用I/O口，同样可用作输入或输出引脚。
与P2口类似，P3口具备上拉电阻功能。
6. RST：RST是复位控制引脚，用于将51单片机重启至复位状态。
当对RST引脚施加低电平脉冲时，单片机将会重新启动，并执行初始化操作。
7. EA/VPP：EA/VPP引脚具有两个不同的功能。
在系统中，EA引脚必须连接到GND，以选择外部程序存储器；VPP引脚在烧录代码时使用，通常连接到12V电压。
8. ALE/PROG：ALE/PROG引脚也有两种功能，ALE用于地址锁存器的时钟输入，PROG用于编程电平切换。
在应用中，ALE通常用于与外部设备进行时序协调。
9. PSEN：PSEN引脚用于外部程序存储器的读取操作。
当进行指令获取或通信时，PSEN引脚连接到程序存储器并发送读取控制信号。
10. XTAL1和XTAL2：这两个引脚用于外部晶振或陶瓷谐振器的连接。
XTAL1接收晶振信号输入，XTAL2输出晶振信号。
80C51单片机原理RAM地址寄存器 RAM 128B 程序地址寄存器P0驱动器 P2锁存器 P2驱动器P1锁存器 暂存器2 B 寄存器 4KB ROM暂存器1ACC SP P0锁存器 PC PC 增1 缓冲器 P3锁存器 OSC中断、串行口及定时器PSW ALU DPTRP1驱动器 P3驱动器XTAL1XTAL2 P0.0～P0.7 P2.0～P2.7 P3.0～P3.7 P1.0～P1.7 RST ALEV CCV SS定时控制 指令译码器 指令寄存器 PSEN EA表2-1 P3口各引脚与第二功能表PSW 的各位定义见表80C51 P0～P3接口功能简见大多数口线都有双重功能，介绍如下： 1、P0口具有双重功能：（1） 作为通用I/O ，外接I/O 设备。
（2） 作为地址/数据总线。
在有片外扩展存储器的系统 中，低8位地址和数据由P0口分时传送。
PSW 位地址 PS W.7PSW .6PSW .5 PSW .4 PSW .3 PSW .2 PSW .1 PSW .0 位标志CY ACF0RS1RS0OVF1P2、P1口是唯一的单功能口：作为输入/输出口，P1口的每一位都可作为输入/输出口。
3、P2口具有双重功能：（1）作为输入/输出口。
（2）作为高8位地址总线。
在有片外扩展存储器的系统中，高8位地址由P2口传送。
4、P3口具有双重功能：（1）作第一功能使用时，其功能为输入/输出口。
（2）作第二功能使用时，每一位功能定义如表2.1所示。
80C51单片机的4个I/O口都是8位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点，以下将分别介绍之。
图2-9 P0口某位的结构图2-10 P1口某位的结构图2-11 P2口某位的结构图2-12 P3口某位的结构P0～P3口使用时应注意事项1、如果80C51单片机内部程序存贮器ROM够用，不需要扩展外部存贮器和I/O接口，80C51的四个口均可作I/O口使用。
单片机IO口结构及上拉电阻
MCS-51有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线。
一、P0口和P2口
图1和图2为P0口和P2口其中一位的电路图。
由图可见，电路中包含一个数据输出锁存器（D触发器）和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动（T1和T2）和控制电路。
这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展口，而不能象P1、P3直接用作输出口。
它们一起可以作为外部地址总线，P0口身兼两职，既可作为地址总线，也可作为数据总线。
图1 单片机P0口内部一位结构图
图2 单片机P2口内部一位结构图
P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。
外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为2^16=64k，所以MCS-51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。
二、P1口
图3为P1口其中一位的电路图，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口，当作为输入口时，1写入锁存器，Q(非)=0，T2截止，内上拉电阻将电位拉至"1"，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,T2导通，输出则为0。
图3 单片机P2口内部一位结构图
作为输入口时，锁存器置1，Q(非)=0，T2截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平，正因为这个原因，所以P1口常称为准双向口。
需要说明的是，作为输入口使用时，有两种情况:
1.首先是读锁存器的内容，进行处理后再写到锁存器中，这种操作即读—修改—写操作，象JBC(逻辑判断)、CPL(取反)、INC(递增)、DEC(递减)、ANL(与逻辑)和ORL(逻辑或)指令均属于这类操作。
2.读P1口线状态时，打开三态门G2,将外部状态读入CPU。
三、P3口
P3口的电路如图4所示，P3口为准双向口，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。
由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。
图4 单片机P0口内部一位结构图
P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。
我们着重讨论P3口的第二功能，P3口的第二功能各管脚定义如下：
·P3.0串行输入口(RXD)
·P3.1串行输出口(TXD)
·P3.2外中断0(INT0)
·P3.3外中断1(INT1)
·P3.4定时/计数器0的外部输入口(T0)
·P3.5定时/计数器1的外部输入口(T1)
·P3.6外部数据存储器写选通(WR)
·P3.7外部数据存储器读选通(RD)
对于第二功能为输出引脚，当作I/O口使用时，第二功能信号线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出口数据输出通路畅通无阻。
而当作第二功能口线使用时，该位的锁存器置高电平，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。
对于第二功能为输入的信号引脚，在口线上的输入通路增设了一个缓冲器，输入的第二功能信号即从这个缓冲器的输出端取得。
而作为I/O口线输入端时，取自三态缓冲器的输出端。
这样，不管是作为输入口使用还是第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能输出信号线均应置“1”。
四、IO口工作原理
1. P0作为地址数据总线时，T1和T2是一起工作的,构成推挽结构。
高电平时，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,当T1打开,T2截止,输出高电平的时候,因为内部电源直接通过T1输出到P0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"驱动8个TTL负载"的原因。
2. P0作为一般端口时，T1就永远的截止，T2根据输出数据0导通和1截止，导通时拉地，当然是输出低电平；要输出高电平，T2就截止，P0口就没有输出了，(注意,这种情况就是所谓的高阻浮空状态),如果加上外部上拉电阻，输出就变成了高电平1。
3. 其他端口P1、P2和P3,在内部直接将P1口中的T1换成了上拉电阻,所以不用外接，但内部上拉电阻太大，电流太小，有时因为电流不够，也会再并一个上拉电阻。
4. 在某个时刻,P0口上输出的是作为总线的地址数据信号还是作为普通I/O口的电平信号,是依靠多路开关MUX来切换的。
而MUX的切换,又是根据单片机指令来区分的。
当指令为外部存储器/IO口读/写时,比如MOVX A,@DPTR ,MUX是切换到地址/数据总线上；而当普通MOV传送指令操作P0口时,MUX是切换到内部总线上的。
5. P0、P1、P2、P3口用于输入时，需要写1使IO下拉的MOS管截止，以免MOS管导通将输入拉底为0，当一直用于输入时不用置1（先使用该IO输出，该IO锁存器里可能是0，再用该IO输入则会使MOS管导通），将IO写1后，该IO锁存器不会变了，所以再一直用于输入不用置1。
p0用于地址数据线时输入不用写1，因为MUX没和锁存器相连。
PS:
Because Ports 1, 2, and 3 have fixed internal pullups, they are sometimes called “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。
Port 0, on the other hand, is considered “true” bidirectional, because when configured as an input it floats.
端口0, 从另外一方面来说,就被认为是"真正的"双向,因为当它被设置为输入的时候是浮空(高阻态)的。
五、P0口上拉电阻选择
如果是驱动led，那么用1K左右的就行了。
如果希望亮度大一些，电阻可减小，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以上时，亮度就很弱了，但是对于超高亮度的LED，有时候电阻为10K时觉得亮度还能够用。
我通常就用1k的。
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LED的情况是一样的；如果是低电位有效，即耦合器输入端接端口和VCC之间，那么除了要串接一个1——4.7k之间的电阻以外，同时上拉电阻的阻
值就可以用的特别大，用100k~500K之间的都行，当然用10K的也可以，但是考虑到省电问题，没有必要用那么小的。
对于驱动晶体管，又分为PNP和NPN管两种情况：对于NPN，毫无疑问NPN管是高电平有效的，因此上拉电阻的阻值用2K~20K之间的，具体的大小还要看晶体管的集电极接的是什么负载，对于LED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，有时候甚至用2K的。
对于PNP管，毫无疑问PNP管是低电平有效的，因此上拉电阻的阻值用100K以上的就行了，且管子的基极必须串接一个1~10K的电阻，阻值的大小要看管子集电极的负载是什么，对于LED类负载，由于发光电流很小，因此基极串接的电阻的阻值可以用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，因此基极电阻的阻值最好不要大于4.7K。
对于驱动TTL集成电路，上拉电阻的阻值要用1~10K之间的，有时候电阻太大的话是拉不起来的，因此用的阻值较小。
但是对于CMOS集成电路上拉电阻的阻值就可以用的很大，一般不小于20K，我通常用100K的，实际上对于CMOS 电路，上拉电阻的阻值用1M的也是可以的，但是要注意上拉电阻的阻值太大的时候，容易产生干扰，尤其是线路板的线条很长的时候，这种干扰更严重，这种情况下上拉电阻不宜过大，一般要小于100K，有时候甚至小于10K。
另外有说法是这样的：
不是每个单片机电路都要在P0口加上拉的。
当用P0口驱动LED或是数码管时，可以不接任何的上拉电阻。
一样可以使用，加了上拉反而会增加耗电。
有些资料说要加上拉电阻是为了保证以P0口做数据输出时保证数据的正确。
单片机的其他IO口非高既低。
有明显的状态。
但是，P0口因为没有内部上拉，所以P0口只可以输出低电平，而无法输出高电平。
这样，在与外部逻辑器件链接的时候，因为没有确切的状态，就会导致逻辑错误。
所以，P0口是否连接上拉电阻关键是看具体应用。
