关于51单片机IO引脚驱动能力

51单片机主要引脚功能XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。

RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL 逻辑门电路，对端口P0 写1 时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。

对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。

P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。

对端口P2 写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。

P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。

P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。

对P3 口写入1 时，它。

P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当数据总线。

2、外部扩展存储器时，当地址总线。

3、不扩展时，可做一般的i/o使用，但内部没有上拉电阻，做为输入输出时应在外部接上上拉电阻。

P1口只做I/0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。

2、做一般I/O口使用时，其内部有上拉电阻。

P3口也有两个功能：1、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。

2、有内部EPROM的单片机芯片，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的。

RST/VPD：1、复位，当在此引脚加上两个机器周期的高电平时，面实现复位操作。

2、备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由些引脚引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。

ALE/PROG地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址的数据的隔离。

例如，ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出，ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当请问外部存储器时，ALE负跳变，将P0口上低8位地址信号送入锁存器，当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。

在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出，当访问外部存储器以1/12振荡周期输出，从这里我们可以看到，当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。

PROG为编程脉冲的输入端：单片机内部有一个4K或8K的程序存储器ROM。

R OM的作用是用来存放用户需要运行的程序，而PROG就是将这些程序写到ROM中的脉冲输入端。

PSEN外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作，内部ROM读取时，PSEN不动作，外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次。

51单片机引脚功能介绍40只引脚双列直插封装(DIP)。

40只引脚按功能分为3类：(1)电源及时钟引脚: Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。

(2)控制引脚： PSEN*、EA* 、ALE、RESET (即RST)。

(3)I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚。

2.2.1 电源及时钟引脚1.电源引脚(1)Vcc(40脚)： 5V电源;(2)Vss(20脚)：接地。

2.时钟引脚(1)XTAL1(19脚)：如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。

(2)XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。

2.2.2 控制引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。

(1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源。

(2) ALE/PROG*(30脚)：第一功能ALE为地址锁存允许，可驱动8个LS型TTL负载。

PROG*为本引脚的第二功能。

为编程脉冲输入端。

(3) PSEN* (29脚)：读外部程序存储器的选通信号。

可以驱动8个LS型TTL负载。

(4) EA*/VPP (Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31脚) EA*为内外程序存储器选择控制端。

EA*=1，访问片内程序存储器，但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对于8051、8751)时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。

VPP为本引脚的第二功能。

用于施加编程电压(例如21V或12V)。

对89C51，加在VPP脚的编程电压为 12V或 5V。

2.2.3 I/O口引脚(1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线(低8位)及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。

(2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。

(3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线(高8位)复用，可驱动4个LS型TTL负载。

51单片机IO引脚IO口工作原理一、IO引脚的基本特性1.输入与输出：IO引脚可以配置为输入（接收外部信号）或输出（发送信号到外部设备）。

2. 高低电平：IO引脚可以输出高电平（通常为Vcc电压）或低电平（通常为接地GND电压）。

3.上拉与下拉：IO引脚可以通过上拉电阻或下拉电阻实现电平的稳定。

4. 悬空状态：未配置输入的IO引脚可能处于悬空状态（floating），容易受到噪声的干扰。

二、IO口的工作原理1.寄存器配置：通过对相应的寄存器进行配置，可以选择IO引脚的工作模式（输入或输出）、电平（高或低）、上拉或下拉等。

2.IO端口的控制：通过对控制寄存器进行设置，可以使IO引脚产生相应的电平信号，控制外部设备的操作。

3.输入输出驱动能力：IO引脚的输出能力决定了其能够驱动的外部设备的负载能力。

对于较重的负载，需要考虑使用缓冲电路或者外部驱动芯片。

三、IO口的配置与操作1.选择IO引脚功能：通过寄存器配置，将IO引脚配置为输入模式（将输入电平传递给芯片内部）或输出模式（将芯片内部的电平输出到外部设备）。

2.设置电平状态：对于输出模式的引脚，可以通过寄存器来设置输出电平的状态，使其输出高电平或低电平。

3.上拉与下拉电阻：通过配置相关寄存器，可以启用上拉电阻（使引脚在悬空状态时拉高到高电平）或下拉电阻（使引脚在悬空状态时拉低到低电平）。

四、IO端口的应用1.输入：将外部设备的信号输入到IO引脚，通过编程来实现对信号的判断和处理。

例如，读取按键的状态、读取传感器的数据等。

2.输出：将芯片内部产生的信号输出到外部设备，用于控制和驱动外部设备的操作。

例如，控制LED灯的亮灭、控制继电器的开关等。

3.通信：通过IO引脚与其他设备（例如外围设备、传感器、通信模块等）进行通信。

4.扩展IO口：通过外部的IO扩展芯片或者接口芯片，可以扩展更多的IO口。

总结：51单片机的IO口是其与外部设备通信的接口，通过配置相关寄存器来选择引脚的工作模式、电平和电阻状态。

C8051F学习笔记：单片机的驱动能力学习51单片机的时候我们就知道51单片机的I/O口的特点：P0口没有弱上拉，所以做地址线时不用上拉，但输出“1”时就要加上拉电阻，不然输出电平到不了高电平，P1~P3则不存在这个问题，每个输出管脚都有弱上拉电阻(也就是电阻很大的上拉电阻)，造成的结果是输出高电平电流很小，为uA量级，驱动不了LED、数码管之类的，所以要么在外加一个NPN的三极管增强驱动，要么LED、数码管用共阳极接法(也就是LED正接VCC，负接MCU的I/O；数码管用共阳数码管，COM口接VCC)。

虽然道理懂得，但很多时候脑子太死了，MCU接其他器件的时候，就要MCU的I/O输出驱动电流这事给忘了。

下面是一个教训：三个不同类型MCU 控制继电器的电路。

图1 MCU采用STC89C51，增加一个PNP，增强了驱动能力，能控制继电器TQ-RELAY的闭合图2 MCU用的是C8051F120，I/O端口高低电平能控制光耦继电器AQW610的闭合图3 MCU用的是ADI公司的单片机ADuC842，这种解法，MCU的I/O控制不了AQW610的闭合图2和图3基本是相同的电路，只不过是MCU不一样，为什么一个能控制AQW610，一个不行呢？让我们先来看看AQW610的DataSheet.AQW610的电气特性AQW610光耦继电器里的二极管工作电流常闭端为3.0mA，常开端为1.3mA。

再来看看单片机ADuC842(ADI公司兼容的51单片机)ADuC842的电气特性I SINK为灌电流，是指低电平输出时，能够吸收的电流；I SOUCE为拉电流，指高电平输出时，能够输出的电流；在这里虽然没有明确给出拉电流灌电流的最大值，只是把这两个作为输出高电流和低电平的测试条件，但可以认为这个测试条件也就是这款MCU能输出的最大电流了。

ADuC842高电平的驱动电流只能到80uA，P0~02、ALE低电平的驱动电流为1.6mA，P3低电平的驱动电流能达到3mA。

对于51单片机P1口驱动能力的理解在51单片机系列中，现在生产厂家很多，兼容型号也很多。

不同厂家生产的单片机P1口的驱动能力是不同的。

下面仅举最常用的3种单片机为例，谈谈驱动能力。

先说说LS型TTL负载。

LS型TTL负载是指单片机端口所接负载是74LS系列的数字芯片。

以TI公司的74LS00芯片为例，其输入端接高电平时，输入电流为20μA，输入端接低电平时，输入电流是-0.4mA。

因此，单片机端口输出高电平时，每个LS型的输入端将是20μA的拉电流型负载；输出低电平时，将是0.4mA的灌电流负载。

1. 标准的Intel8051单片机：其P0口是一个漏极开路的准双向口，驱动能力是8个LS型TTL负载。

楼上3楼说“51单片机P1口只是准双向口，内部没有上拉的。

（上拉的概念只是对于I/O的输入来说，对于输出来说，无所谓上拉，下拉的）。

”，其实并不对。

不对之处有两点：①没有上拉的是P0口，而不是P1口。

P1口是有上拉的。

②没有上拉（即漏极开路）其实只对输出有影响，以致只能输出低电平，不能输出高电平，而不妨碍高低电平的输入。

因此对P0口来说，输出为高电平时，其输出电流为0，必须外接上拉电阻才能输出高电平；输出低电平时，允许灌入电流为0.4mA×8=3.2mA。

而P1、P2、P3口都是有上拉的准双向口，带负载能力为4个LS型TTL门，因此，高电平输出电流为20μA×4=80μA，低电平允许灌入电流为0.4mA×4=1.6mA。

输出高低电平的带负载能力都很差，因此应该接入4.7k~10k左右的上拉电阻。

2. AT89系列单片机：因为输出电流会影响输出电压，所以参数表中是结合输出电压来提供输出电流能力的。

AT89C51和AT89S51允许的高电平输出电流为：输出电压为3.7V时，电流为25μA；允许的低电平输出电流（实际为灌入电流）为：输出电压为0.45V 时，电流为-1.6mA。

单片机的IO是有驱动能力限制的，特别是输出为高电平的时候，是有限制的。

我们来看单片机的IO口在输出时电路结构：
通过等效我们可以做出如下的模型
因此我们通过测试可得到每个IO口的输出能力，上拉或下拉电阻实际包括两部分组成，实际上拉/下拉电阻+Mos管的Rdson。

如果超过了这个电流，负载电路再减小的时候，输出电压就会持续的降低。

因此我们在实际输出接口要考虑不同芯片的电压和输入和输出的能力，根据实际的计算来考虑设置模式或者限制电流。

以上测试都是在负载电容50pf左右的时候。

在驱动容性负载的时候，由于初始充电电流比较大，因此波形可能变得很缓。

因此随着负载容性的增大，信号变得越缓，但容性超过一定程度的时候，IO口的电流不注意承担的时候，
就很容易出现问题。

我们在设计单片机输出的时候，一定要注意IO口的输出能力和输出电平是否可以接受，其次是负载类型会不会造成信号不良或对IO口本身造成伤害。

前面博文中有提到，IO直接接地的问题就是源于IO内部可能存在内部上拉，（51系列P1，P2，P3做输出口都是内部上拉），如果程序紊乱，寄存器设置为高电平，就会出现电流猛增，造成单片机的损坏，但这不是一定的，属于设计风险。

单片机输出低电平的时候，单个的引脚，向引脚灌入的最大电流为 10 mA;一个 8 位的接口(P1、P2 以及 P3)，灌入的总电流最大为 15 mA，P0 允许灌入的最大总电流为 26 mA;全部的四个接口所允许的灌电流之和，最大为 71 mA。

但是当引脚输出高电平的时候，它们的“拉电流”能力可就差多了，竟然还不到 1 mA。

为了合理利用IO引脚的低电平能力强的特点，在外接耗电较大的器件(如LED数码显示器、继电器等)的时候，应该优先选用低电平输出来驱动外部器件。

使用IO口输出高电平驱动负载，就是一个错误的选择。

下图是一个直接利用单片机IO引脚驱动LED的电路。

图中P0口使用低电平驱动方式，只要加上约1K的限流电阻即可，甚至不需要常见的P0口上拉电阻。

发光的段，每个引脚灌电流约为3mA，不发光的段，电流为0。

即使各个段全都发光，电流也不超过P0所容许的电流，这是一个合理的驱动方式。

图中P3口使用了高电平驱动方式，这就必须加上上拉电阻来帮助IO接口输出电流。

电阻也采用了1K，发光的段，LED上的电流约为3mA，不发光的段，电流则为5mA，灌入了单片机的IO引脚。

单片机输出低电平的时候，LED不亮，此时VCC通过上拉电阻把电流全部灌进单片机IO口，并且电流是5mA，单片机输出高电平的时候，VCC通过上拉电阻将电流注入到LED中，led亮。

注意到了吗？LED 不发光的时候，上拉电阻给的电流全部灌入单片机的引脚了！如果在一个 8 位的接口，安装了 8 个 1k 的上拉电阻，当单片机都输出低电平的时候，就有 40mA 的电流灌入这个 8 位的接口！如果四个 8 位接口，都加上 1k 的上拉电阻，最大有可能出现32 × 5 = 160mA 的电流，都流入到单片机中！这个数值已经超过了单片机手册上给出的上限。

此时单片机就会出现工作不稳定的现象。

而且这些电流，都是在负载处于无效的状态下出现的，它们都是完全没有用处的电流，只是产生发热、耗电大、电池消耗快...等后果。

51单片机引脚介绍(全)51单片机引脚介绍(全)单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器和各种输入输出控制电路的集成电路芯片，广泛应用于嵌入式系统中。

而51单片机（8051 Microcontroller）是最早被广泛使用的一款单片机型号，其引脚布局和功能十分重要。

本文将对51单片机的引脚进行详细介绍，以便更好地理解和应用。

1. 引脚简介51单片机共有40个引脚，编号为P0.0至P3.7，其中P0、P1、P2、P3为4个8位的I/O端口，分别对应于32个可编程的引脚。

此外，引脚还包括VCC（供电正极）、GND（接地）以及RESET（复位引脚）、PSEN（程序存储器使能引脚）、ALE/PROG（地址锁存/编程使能引脚）、EA/VPP（外部访问使能/编程电压），共计7个特殊功能引脚。

2. I/O口的功能P0口是可用的8位双向I/O口，可以用于与外设的数据传输。

P0口在模拟输入/输出工作状态下为双向I/O口，在数字输入/输出工作状态下为输出口。

P1口也是一个可用的8位双向I/O口，用于与外设的数据传输。

P2口是一个不可用的8位双向I/O口，它被用作外部总线的高8位数据总线。

P3口是一个可用的8位双向I/O口，用于与外设的数据传输。

3. 特殊功能引脚RESET引脚是用于复位单片机的引脚。

将RESET引脚拉低，即可使单片机复位。

PSEN引脚是用于访问外部程序存储器（EPROM或闪存）的引脚。

当PSEN为高时，表示访问的是程序存储器。

ALE/PROG引脚在T0（定时器0）的溢出和外部中断0激活时产生外部地址锁存信号。

在程序编程时，它与PSEN引脚一起用作编程使能信号，并提供编程电压。

EA/VPP引脚是用于控制单片机是否使用外部存储器。

当EA/VPP 为低时，表示单片机使用外部存储器；当EA/VPP为高时，表示单片机使用内部存储器。

4. 其他引脚VCC引脚是单片机的正电源引脚，需要接入正电源。

单片机输出低电平时，将允许外部器件，向单片机引脚内灌入电流，这个电流，称为“灌电流”，外部电路称为“灌电流负载”；单片机输出高电平时，则允许外部器件，从单片机的引脚，拉出电流，这个电流，称为“拉电流”，外部电路称为“拉电流负载”。

这些电流一般是多少？最大限度是多少？这就是常见的单片机输出驱动能力的问题。

早期的 51 系列单片机的带负载能力，是很小的，仅仅用“能带动多少个 TTL 输入端”来说明的。

P1、P2 和 P3口，每个引脚可以都带动 3 个 TTL 输入端，只有 P0 口的能力强，它可以带动 8 个！分析一下 TTL 的输入特性，就可以发现，51 单片机基本上就没有什么驱动能力。

它的引脚，甚至不能带动当时的 LED 进行正常发光。

记得是在 AT89C51 单片机流行起来之后，做而论道才发现：单片机引脚的能力大为增强，可以直接带动 LED 发光了。

看看下图，图中的 D1、D2 就可以不经其它驱动器件，直接由单片机的引脚控制发光显示。

虽然引脚已经可以直接驱动 LED 发光，但是且慢，先别太高兴，还是看看 AT89C51 单片机引脚的输出能力吧。

从 AT89C51 单片机的 PDF 手册文件中可以看到，稳态输出时，“灌电流”的上限为：Maximum IOL per port pin: 10 mA;Maximum IOL per 8-bit port ort 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;Maximum total I for all output pins: 71 mA.这里是说：每个单个的引脚，输出低电平的时候，允许外部电路，向引脚灌入的最大电流为 10 mA；每个 8 位的接口（P1、P2 以及 P3），允许向引脚灌入的总电流最大为 15 mA，而 P0 的能力强一些，允许向引脚灌入的最大总电流为 26 mA；全部的四个接口所允许的灌电流之和，最大为 71 mA。