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第四章 I/O接口及应用4.1 并行接口概述当单片机用来控制一个设备时，首先要知道设备的状态，其次是要能控制设备运行。
例如用单片机控制自动门。
首先单片机要检测（输入）自动门的开启或关闭命令，当收到开启或关闭命令时，发出（输出）开启或关闭控制指令，在开启或关闭自动门的过程中，要检测门是否开启或关闭到位（输入），到位后要发出停止信号（输出）。
所以单片机必定要有输入与输出引脚。
几乎所有单片机都设计有并行输入、输出接口。
并行输入、输出接口一般为8位。
通过一条输入指令可以一次读取8个引脚的状态，组成一个字节的数据，称为并行输入；通过一条输出指令可以将一个字节的数据送到8个引脚上，称为并行输出。
并行输入接口一般用来采集外部数据；并行输出接口用来输出控制信息。
4.1.1 并行输入工作原理并行输入接口中某一位的简化接口电路如图4-1所示：引脚的状态取决于外部电路，缓ATmega16有四个8位的并行输入/输出接口，分别为PA、PB、PC和PD，对应的引脚是PA0~PA7 、PB0~PB7、PC0~PC7和PD0~PD7。
每一个引脚的简化接口电路如图4-3所示：由输入电路、输出电路及方向选择控制电路组成。
输出锁存器、三态驱动器、三态门1、上拉管组成输出电路（等效为图4-2所示的输出电路）；缓冲器、三态门2组成输入电路（等效为图4-1所示的输入电路）；方向锁存器、三态门3、与非门组成方向控制电路。
当方向锁存器Q端为低电平时，三态驱动器控制为高阻抗状态，输出无效，引脚状态由外部电路及上拉管控制。
输出锁存器Q端为0时，上拉管截止；输出锁存器Q端为1时，上拉管作上拉电阻用。
可通过RP端控制读取引脚信号。
当方向锁存器Q端为高电平时，三态驱动器控制为导通状态，输出引脚状态与输出锁存器的Q端状态相同，电路等效为图4-2所示的输出电路，工作原理同并行输出。
C语言编程时，在头文件<mega16.h>中定义了一些与I/O接口有关的特定变量，每一个特定变量对应单片机内部的一个特殊功能寄存器，用大写字母书写。
80C51的I/O端口结构及应用特性一，I/O端口的结构1，锁存器加引脚的典型结构80C51的I/O端口都有内部总线实现操作控制。
P0-P3四个I/O 口都可以做普通I/O口，因此，要求具有输出锁存功能。
内部总线有事分时操作，因此每个I/O端口都有相应的锁存器。
然而I/O端口又是外部的输入/输出通道，必须有相应的引脚，故形成了I/O端口的锁存器加引脚的典型结构。
2，I/O口的复用功能（1）I/O口的总线复用。
80C51在使用并行总线扩展时，P0口可作为数据总线口和低8位地址总线口，这是，P0为三态双向口。
P0口输出总线的地址数据信号，P2口输出高8位地址信号。
（2）I/O口的功能复用。
I/O口的P3为功能复用的I/O端口。
端口有复用输出的控制端；引脚也有复用输入的控制端。
3，准双向结构P0,P1,P2,P3口做普通I/O口使用时，都是准双向口结构。
准双向口的典型结构见P1口位结构图。
准双向口的输入操作和输出操作本质不同，输入操作时读引脚状态；输出操作时对口锁存器的写入操作。
有口锁存器和引脚电路可知：当有内部总线对只1或只0时，锁存器的0、1状态立即反应到引脚上。
但是输入操作（读引脚）时，如果口锁存器的状态为0，引脚被嵌位在0状态，导致无法读出引脚的高电平输入。
二，I/O端口的应用特性1，引脚的自动识别。
无论P0，P2口的总线复用，还是P3口的功能复用，内部资源会自动选择，不需要通过指令的状态选择。
2，口锁存器的读、该、写操作。
许多涉及到I/O端口的操作，只是涉及口锁存器的读出、修改、写入的操作。
这些指令都是一些逻辑运算指令、置位/清除指令、条件转移指令以及将I/O口作为目的地址的操作指令。
3，读引脚的操作指令。
如果某个I/O口被指定为源操作数，则为读引脚的操作指令。
例如，执行MOV A,P1时，P1口的引脚状态传送到累加器中，执行MOV P1，A是，指令则将累加器的内容传送到P1口锁存器中。
4，准双向口的使用。
IO口详解AVR单片机IO结构全攻略为搞清IO结构，首先看看上拉和下拉电阻的作用。
一、上拉电阻上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平！电阻同时起限流作用！下拉同理！上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。
一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流。
1、在用TTL电路驱动CMOS电路时，若TTL的高电平低于CMOS要求的高电平的门限值（1，TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。
在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。
2，CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。
而且具有很宽的噪声容限。
），此时需用上拉电阻来提升输出高电平的电压值。
2、OC门必须外加上拉电阻，才能使用。
（OC门:三极管的叫集电极开路，场效应管的叫漏极开路，简称开漏输出。
具备"线与"能力,有0得0。
）3、为加大输出管脚的驱动能力，单片机的引脚常接入上拉电阻，（AVR单片机可配置是否接上拉，51单片机P1 P2 P3均带上拉，P0口不带，所以用P0口做按键，液晶等应用时要自己加上上拉电阻，否则无法使用切记）4、CMOS芯片上为防止静电破坏，不用的管脚不能悬空，需要接上拉电阻降低输入阻抗，提供泄荷通路。
5、提高总线的搞电磁干扰能力，悬空就容易就电磁干扰。
二、上拉电阻阻值的选择1、为节约功耗或使灌电流足够大，阻值要大，电流小。
2、为确保足够的驱动电流，阻值要小，电流大。
3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能导致边沿变得平缓。
基于以上三点，一般选取上拉阻值为1K-10K。
三、上拉阻值的计算OC门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。
单片机IO口介绍单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器、存储器和各种I/O接口的芯片。
其中，I/O口是单片机与外部设备进行数据交换的通道，它是单片机最重要的功能之一、本文将详细介绍单片机的I/O口。
一、I/O口的基本概念在单片机中，I/O口是单片机与外部设备进行数据交换的接口。
它通过I/O线与外部设备相连接，可以实现数据的输入和输出。
单片机的I/O口可以分为通用I/O口和特殊功能I/O口两种类型。
通用I/O口是单片机常用的一种I/O口，它可以通过软件编程实现不同的功能，包括数字输入、数字输出和模拟输入输出等。
通用I/O口可以根据实际需求进行设置，提供灵活的数据交换方式。
特殊功能I/O口是单片机固定的一些特殊功能接口，通常用于特定的应用，如定时器、比较器、串行通信等。
特殊功能I/O口具有特殊的功能和特殊的操作要求，需要根据具体的应用进行设置。
二、通用I/O口的工作原理通用I/O口是单片机最常用的一种I/O口，它可以通过软件编程实现不同的功能。
通用I/O口的工作原理如下：1.输入模式：通用I/O口可以设置为输入模式，接收来自外部设备的输入信号。
在输入模式下，通用I/O口通常通过上拉或下拉电阻来实现输入的稳定性，并通过软件读取输入信号的状态。
2.输出模式：通用I/O口可以设置为输出模式，向外部设备输出信号。
在输出模式下，通用I/O口可以输出高电平或低电平信号，并通过软件控制输出的状态。
通用I/O口的状态可以通过软件进行设置和读取，可以实现灵活的数据交换。
通用I/O口的应用非常广泛，可以用于控制开关、驱动显示、读取按键等。
三、特殊功能I/O口的工作原理特殊功能I/O口是单片机固定的一些特殊功能接口，通常用于特定的应用。
特殊功能I/O口具有特殊的功能和特殊的操作要求，需要根据具体的应用进行设置。
下面介绍一些常见的特殊功能I/O口。
1.定时器/计数器：定时器/计数器是特殊功能I/O口中最常用的一个。
51单⽚机IO特点51单⽚机I/O 特点在上⼀单元中⼩灯闪烁的实例中，I/O 控制⼩灯闪烁51 ，只需在软件中对IO 置⾼和置低就可以了，使⽤起来⾮常⽅便。
但是在实际应⽤中如果不了解IO 的特点，设计的电路存在缺陷，IO 使⽤起来未必会得⼼应⼿，初学者不必深究IO 控制原理，但⾄少得弄明⽩⼏个基本的概念，这对后期学习⾼档单⽚机也很有帮助。
1、弱上拉输出、推挽输出、开漏输出51单⽚机（AT89和STC89系列）IO 作为输出，既有开漏输出，也有弱上拉输出。
其中P0⼝是开漏输出，P1、P2和P3是弱上拉输出。
P1、P2和P3结构基本差不多，IO 输出端是⼀个接上拉电阻的MOS 管，漏极输出，当程序写“1”，锁存器输出反相信号“0”，则MOS 管截⽌，输出端对外呈现⾼电平；反之MOS 饱和导通，输出低电平。
因内部上拉电阻阻值较⼤，所以称之为弱上拉输出。
P0⼝⽐较特殊，既可以作为地址/数据总线，⼜可以作为输⼊输出⼝。
地址/数据总线的作⽤我们不⽤去理会了（基本不会在51单⽚机上加载存储器），但地址/数据总线的输出形式确值得⼀提，从图上可以看出，MUX 开关打向上边，IO 作为地址/数据⽤，OS上拉电阻，阻值很⼤上拉电阻⼤，输出电流⼩程序写“1”，锁存器输出“0”，则MOS 管截⽌，输出对外呈现⾼电平。
反之，程序写“0”，MOS 管导通，输出对外呈现低电平。
作为地址/数据线⽤，T1和T2轮流导通，推挽输出。
作为普通IO ⽤，T1截⽌，只有T2起作⽤，相当于漏极开路。
管T1和T2轮流导通，这种形式成为推挽输出。
尽管我们不⽤地址数据总线，但这种双管轮流导通的形式是AVR/PIC 等单⽚机IO 输出的主要形式，输出和输⼊具有同样⼤的电流。
P0⼝⽤作普通IO 时，MUX 开关打向锁存器端，锁存器输出只与MOS 管T2连接，MOS 管T1不起作⽤，MOS 管T2漏极开路，称之为开漏输出。
所以P0⼝作为普通IO 使⽤，需在外部接上拉电阻。
