51单片机输入输出口详解：P0、P1、P2、P3口的结构与应用

51单片机输入输出口详解：P0、P1、P2、P3口的结构与应用

单片机的输入输出口

P0口的内部结构与功能

P0口某一位P0.x的内部结构电路原理图

P0口结构组成：

• 锁存器：由一个D触发器构成，D端是数据输入端，CLK是控制有效端，Q是输出端，Q非是反向输出端。
• 输入缓冲器：由三态门组成，包括高电平、低电平和高阻状态（禁止）。
• 多路开关：用于选择是作为普通I/O口使用还是作为‘数据/地址’总线使用。
• 与非门与门
• 输出驱动部分：由两个MOS管（场效应管）组成的推拉式结构。

P0口的功能：

• I/O口线读引脚时其缓冲器打开，通过内部数据总线输入读锁存器时打开三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，通过内部数据总线输入输出时信号→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
• 地址/数据复用口：地址信号经“地址/数据”线→反相器→V2场效应管栅极→V2漏极输出

P1口的内部结构与功能

P1口某一位的内部结构电路原理图

P1口的功能：

• I/O口线读引脚时其缓冲器打开，通过内部数据总线输入读锁存器时打开三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，通过内部数据总线输入输出时信号→锁存器的输入端D→锁存器的反向输出Q非端→T2管的栅极→T2的漏极到输出端P1.X。输出前，需要向锁存器写入“1”。

P2口的内部结构与功能

P2口某一位的内部结构电路原理图

P2口的功能：

• I/O口线读引脚有效后，输入信息经读引脚三态门电路到内部数据总线。读锁存器时打开三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，通过内部数据总线输入。输出时，“控制”信号为“0”，多路开关转向锁存器同相输出端Q，输出信号经内部总线→锁存器同相输出端Q→反相器→T2管栅极→T2管漏极输出。输出前需要先向锁存器写入“1”。
• 地址总线：当“控制”信号为‘1’时，多路开关向地址线（即向上接通），地址信息经反相器→T2管栅极→漏极输出。

P3口的内部结构与功能

P3口某一位的内部结构电路原理图

P3口的功能：

• I/O口线读引脚时其缓冲器打开，通过内部数据总线输入读锁存器时打开三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态，通过内部数据总线输入输出时信号→锁存器的输入端D→锁存器的输出Q端→T1管的栅极→T1的漏极到输出端P3.X。输出前需要先向锁存器写入“1”。
• 第二功能口：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信号

P口结构的区别

• P0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。同时承担了单片机扩展外部存储器时的地址/数据总线的低八位。
• P1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。
• P2口：在片内既有上拉电阻，又有切换开关MUX，所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特点。同时承担了扩展时的高八位地址线。
• P3口：和P1端口的结构相似，区别仅在于P3端口的各端口线有两种功能选择。

P口工作原理的区别

• P0口：是一个完全的I/O双向口；同时还承担了单片机扩展外部存储器时的地址/数据总线的低八位。P0端口是使用最广泛的I／O端口。
• P1口：是最普通的I/O口，但是他是准I/O口，所以在输出数据时需先向锁存器写“1”，以保证传输的正确性。
• P2口：跟P0口类似，但是是准I/O双向口；同时还承担了扩展时的高八位地址线。
• P3口：除了是一个准I/O口；同时还具有第二功能口的作用。

C语言基础知识

单片机的输入输出口

P口控制外设举例

• 位控制：P1^0=0;表示P1口的最末位，即第一位所连的LED灯点亮。
• 总线控制：P1=0xaa;表示P1.0、P1.2、P1.4、P1.6引脚所连接的LED灯均点亮。

总结

• 了解单片机的P0、P1、P2、P3口的结构
• 了解单片机的P0、P1、P2、P3口的结构区别
• 了解单片机的P0、P1、P2、P3口的工作原理
• 单片机的P0、P1、P2、P3口的功能区别
• 掌握如何用P口来控制外设