51单片机的IO配置详解

51单片机的IO配置详解

51单片机的IO（输入/输出）端口是其与外部设备进行数据交换的重要接口。根据不同的应用场景和需求，51单片机提供了多种IO配置模式，包括准双向I/O模式、推挽输出模式、高阻输入模式和开漏输出模式。本文将详细介绍这些模式的特点和使用场景，帮助读者更好地理解和应用51单片机的IO端口。

准双向I/O模式

准双向I/O模式与标准51单片机相比，在内部结构上有所不同，但在使用方法上基本相同。例如，要将端口配置为输入模式时，都必须先写入“1”以置成高电平，然后再读取引脚的电平状态。这种模式在上电复位后是默认的IO模式。

在准双向IO模式下，端口输出1时的驱动能力较弱，允许外部将其拉低；输出0时的驱动能力很强，可以吸收较大电流（20mA）。从输出示意图可以看出，在此模式下有三个晶体管来适应不同的需求：

• 当端口寄存器输出1且引脚也为1时，晶体管“弱上拉”打开，提供基本的驱动电流。
• 如果引脚输出的1被外部电路拉低时，“极弱上拉”打开，同时关闭“弱上拉”，此时外部需要有足够的灌电流来拉低引脚电平。
• 当端口寄存器为1，且引脚悬空时，“极弱上拉”打开，提供微弱的电流来维持引脚的高电平。
• 当端口寄存器由0变到1时，“强上拉”打开来加快引脚上电平从0到1的转换。强上拉打开后，引脚上电平由0到1的转换需要两个时钟周期，因此在读取外部状态时，在端口写1后需要加两个空操作来等待引脚电平的转换，以确保读取到的实际引脚状态。

推挽输出模式

推挽输出模式的特点是不论输出高电平还是低电平都能驱动较大的电流。例如，输出高电平时可以直接点亮LED（需要串联几百欧的限流电阻），而在准双向I/O模式下很难实现这一点。

高阻输入模式

高阻输入模式下，电流既不能流入也不能流出，这样可以获得比较高的输入阻抗。这种模式在模拟比较器和ADC（模数转换器）应用中是必需的。高阻态是数字电路中的术语，它既不是高电平也不是低电平，上一级电路输出到高阻输入接口时，此接口不会对上一级电路的状态产生影响，可以看作没有连接一样，不产生电流的衰减，电平也由接入的电平决定。在电路分析时，高阻态可做开路理解。可以把它看作输出（输入）电阻非常大。因此，在进行ADC转换时，需要在这种模式下进行。需要注意的是，在此模式下，不提供20mA的灌电流的吸收能力。

开漏输出模式

开漏输出模式既可读外部状态，又可以对外输出高低电平，但必须加上拉电阻。当端口锁存器输出0时，内部将关闭所有上拉晶体管，此时可以提供20mA的灌电流吸收能力；当端口寄存器输出1时，外部必须接上拉电阻，这也是此模式下的最大优点——电气兼容性好。外部上拉电阻可以接3V电源，就能和3V逻辑器件接口，如果上拉电阻接5V电源，又可以与5V逻辑器件接口。