单片机IO端口工作原理(P0端口,漏极开路,推挽,上拉电阻,准双向口)

单片机IO口结构及工作原理单片机（Microcontroller Unit，MCU）的IO口是指可用来输入输出数据的引脚，在单片机系统中具有重要的作用。

本文将详细介绍单片机IO口的结构和工作原理。

一、单片机IO口的结构单片机的所有IO口都可以看作是一个通用的数字引脚。

常用的单片机IO口主要包括输入端和输出端两个部分。

1.输入端：单片机IO口的输入端包含一个输入缓冲区，用于对输入信号进行缓冲和驱动。

输入缓冲区通常由一个高阻抗的MOSFET器件构成，可以对输入信号进行放大和处理。

输入端能够接收来自外界的高电平和低电平信号，通过输入缓冲区将信号传递给单片机的内部电路。

2.输出端：单片机IO口的输出端是由一个输出缓冲器和驱动电路构成的。

输出缓冲器一般由一个强驱动能力的MOSFET器件构成，可以对输出信号进行放大和驱动。

输出端能够将单片机内部的数据通过输出缓冲器传递给外部电路，形成相应的高电平或低电平电压信号。

3. 接口电路：为了提高单片机IO口的抗干扰能力和适应外部电路的需求，通常在IO口的输入和输出端之间设置了一些接口电路，如上拉电阻（Pull-Up Resistor）和下拉电阻（Pull-Down Resistor）。

上拉电阻和下拉电阻可以对输入或输出信号进行稳定的电平处理和电流限制，使得单片机的IO口在复杂的电路环境中能够正常工作。

二、单片机IO口的工作原理单片机的IO口工作原理主要包括输入和输出两种模式。

1.输入模式：当IO口被设定为输入模式时，输入信号可以通过外部电路或者内部电路输入到IO口，并经过输入缓冲器进行电平放大和处理。

在输入模式下，可以通过软件对IO口进行设置，使其能够读取外部电路的电平状态。

通过输入模式，单片机可以读取外部的开关状态、传感器的输出以及其他的输入信号，实现数据的采集和处理。

2.输出模式：当IO口被设定为输出模式时，单片机可以将内部处理的数据通过输出缓冲器驱动外部电路。

有关单片机P0口以及上拉电阻具体讲解图1(一)在我们讲解P0端口之前我们首先梳理一下各个端口有什么不同之处：P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时,当做数据（Data）总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）2、外部扩展存储器时,当作地址(Address)总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻（后面将详细介绍）。

P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。

P2口有两个功能：1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用（如图1中的A8~A15为地址总线接口）2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;P3口有两个功能：除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻）,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。

在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。

图2（注：该图只是P0口的一位，也就是说P0口有8个相同的这样的结构）图3(二)由图2可以看出每个P0口都有这些元件：一个锁存器，两个三态输入缓冲器和一个输出驱动电路组成在访问外部存储器时，P0是一个真正的双向口，当P0输出地址/数据信息时，CPU内部法控制电平“1”来打开上面的与门，又使模拟开关MUX把地址/数据信息经过反相器和T1接通（我们称上面的场效应晶体管FET为T1，下面的场效应管FET为T2）；输出的地址/数据信息既通过与门去驱动T1，又通过反相器去驱动T2，是两个FET构成推拉输出电路；1.当P0口作为外部扩展存储器的数据地址总线时：●若地址数据信息为“0”，那么这个信号就使得T1截止，使T2导通（经过反反相器作用使得T2接收到的信号为“1”，根据场效应晶体管的特性，T2导通），若T2导通，那么T2的上下两个N极就导通，而发射极（下面的N极）接地信号则为“0”，这样P0口就相当于接收到了“0”信号；●若地址数据信息输入“1”，则该信号使T2截止，使T1导通，在T1导通情况下，T1的上下N极导通，使得VCC与P0相同，从而输出高电平，即“1”信号；●若从P0口输入信号，信号从引脚通过输入缓冲器进入内部总线；2.当P0口作为一般I/O口使用时：●CPU内部发布控制信号“0”，封锁与门，使得T1截止，同时使模拟开关MUX把锁存器的非Q端与T2端的栅极接通；●在P0口作为输出时，由于非Q端和T2的倒相作用，那么内部总线上的信息与到达P0口上的信息是同相的，只要写脉冲加到锁存器的CL端，内部总线上的信息就会P0的引脚上；●但是由于此时T2为漏极开路输出，所以要外接上拉电阻。

、Po端口的结构及工作原理Po端口8位中的一位结构图见下图:地址∕ttiκI i O i XWwfr⅛⅛内部总线i⅛引脚PO 口工作康理图由上图可见，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：先看输入缓冲器：在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），上面一个是读锁存器的缓冲器，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：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。

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。

多路开关：在51单片机中，不需要外扩展存储器时，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。

这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O 口使用还是作为，数据/地址?总线使用的选择开关了。

当多路开关与下面接通时，P0 口是作为普通的I/O 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，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。

Po 口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0 （低电平）,V1管截止, 多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0 口作为I/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1，V1管由地址/数据线决定，多路开关与地址/数据线连接。

输出过程：1、I/O输出工作过程：当写锁存器信号CP有效，数据总线的信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→多路开关→V2管的栅极→V2的漏极到输出端P0.X。

单片机IO端口工作原理（P0端口,漏极开路,推挽,上拉电阻,准双向口）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：输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，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。

图中有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。

图中另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：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。

图中的锁存器，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。

那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用的选择开关了。

单片机IO端口工作原理一、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：输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，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。

图中有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。

图中另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：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。

图中的锁存器，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。

那么这个多路选择开关就是用于选择是做为普通I/O口使用还是作为…数据/地址‟总线使用的选择开关了。

大家看上图，当多路开关与下面接通时，P0口是作为普通的I/O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。

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。

8051单片机I O引脚工作原理8051单片机IO引脚工作原理一、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。

单片机准双向io口原理单片机准双向IO口原理单片机是一种集成电路，它可以通过IO口与外部设备进行通信。

IO口是单片机的重要组成部分，它可以实现输入和输出功能。

在单片机中，IO口分为准双向IO口和普通IO口两种类型。

本文将重点介绍准双向IO口的原理。

准双向IO口是指单片机的IO口既可以作为输入口，也可以作为输出口。

在准双向IO口中，输入和输出是通过一个三态门来实现的。

三态门是一种逻辑门，它可以将输入信号转换为输出信号，并且可以控制输出信号的状态。

在准双向IO口中，三态门的控制信号来自于单片机的控制寄存器。

当准双向IO口被设置为输入模式时，三态门的控制信号为高电平，此时输出信号为高阻态，即不输出任何信号。

当外部设备向准双向IO口输入信号时，信号会被传递到单片机内部，单片机可以通过读取IO口的状态来获取输入信号。

当准双向IO口被设置为输出模式时，三态门的控制信号为低电平，此时输出信号为有效信号。

单片机可以通过向IO口写入数据来控制输出信号的状态。

当单片机向IO口写入高电平时，IO口输出高电平；当单片机向IO口写入低电平时，IO口输出低电平。

需要注意的是，准双向IO口的输入和输出不能同时进行。

当IO口被设置为输出模式时，如果外部设备向IO口输入信号，会导致信号冲突，从而影响系统的正常工作。

因此，在使用准双向IO口时，需要根据实际需求选择输入或输出模式，并且需要合理控制IO口的状态。

准双向IO口是单片机中常用的IO口类型之一，它可以实现输入和输出功能，并且具有灵活性和可控性。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的IO口类型，并且合理控制IO口的状态，以确保系统的正常工作。

单片机IO口推挽、开漏输出、准双向IO详解加入论坛的方式：在公众号对话框内，输入数字“1”，即可进入论坛，无需注册，就是这么简单。

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在学单片机和选用逻辑器件的时候我们常别人说这款芯片是推挽输出驱动能力强，这个引脚是开漏输出需要加上拉电阻。

是不是有时候感觉一头雾水？今天就详解一下推挽和开漏，以后你买芯片的时候就可以和别人大声理论了。

1. 什么是推挽输出推挽输出既可以输出低电平，也可以输出高电平，可以直接驱动功耗不大的数字器件。

2. 推挽输出电路的结构推挽电路是由两个三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，电路工作时，两只对称的开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高、既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

其示意结构如下图所示：1. 当内部输出1电平时，上边的MOS管导通同时下边的MOS管截至，IO口输出高电平；2. 当内部输出0电平时，上边的MOS管截至同时下边的MOS管导通，IO口输出低电平；3. 什么是开漏输出开漏输出只能输出低电平，如果要输出高电平必须通过上拉电阻才能实现。

就类似于三极管的集电极输出。

4. 开漏输出电路的结构如上图：1. 内部输出1时MOS管截止，输出与地断开，这时候IO口其实是没有驱动能力的，需要外部连接上拉电阻才能输出高电平，才能驱动数字器件；2. 内部输出0时MOS管导通，输出低电平，所以开漏能输出低电平；5. 准双向IO在学51单片机的时候老师告诉我们，51单片机的IO口是准双向的，什么是准双向的？示意如下：其结构类似于开漏输出，只不过是把上拉电阻集成到了单片机内部。

6. IO口如何应用对于推挽输出的IO口可以直接输出高低电平驱动功耗较小的数字器件，但对于开漏输出的话必须要在外部接上拉电阻才行。

比如说LPC11C14单片机的片上I2C资源就是开漏输出的，如果要使用这两个引脚做输出就必须加上拉电阻，如下图所示：进入论坛的方式：在公众号对话框内，输入数字“1”，即可进入论坛，无需注册，就是这么简单。

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，CLK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CLK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CLK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CLK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。