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1、MCS-51系列单片机的输入输出端口设计十分巧妙，熟悉了系列单片机的输入输出端口设计十分巧妙，熟悉了这种端口的电路设计，我们不但可以熟练的使用它，而且还这种端口的电路设计，我们不但可以熟练的使用它，而且还可以作为其它电路的输入输出部分的设计参考。可以作为其它电路的输入输出部分的设计参考。MCS51各个端口的设计有相同之处，但又因为各个端口功能不同又各个端口的设计有相同之处，但又因为各个端口功能不同又有所差别，各端口的设计各具特点。有所差别，各端口的设计各具特点。80C51共有四个共有四个8位的并行双向口，计有位的并行双向口，计有32根输入输出根输入输出（I/O）口线。各口的每一位均由锁存器、输
2、出驱动器和输口线。各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。因此，入缓冲器所组成。因此，CPU数据从并行数据从并行I/O接口输出时可接口输出时可以得到锁存，输入时可以得到缓冲。由于它们在结构上的一以得到锁存，输入时可以得到缓冲。由于它们在结构上的一些差异，故各口的性质和功能也就有了差异。些差异，故各口的性质和功能也就有了差异。并行输入并行输入/输出端口输出端口输入输入/输出端口结构输出端口结构P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0
3、P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7u4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作为双向均可作为双向I/OI/O端口使用。输入时可端口使用。输入时可以缓冲，输出时可以锁存。以缓冲，输出时可以锁存。(1)(1)(1)(1)特点：特点：特点：特点：P0 P0：访问片外扩展存储器时，访问片外扩展存储器时，复用为低复用为低8 8位地址线和数据线位地址线和数据线 P2P2：高高8 8位地址线。位地址线。P1P1：双向双向I/OI/O端口端口 P3P3：第二功能第二功能12345678910111213141516171819
4、20403938373635343332313029282726252424222180318051875189C51片外扩展存储器时片外扩展存储器时P0、P2口自动作为总线使用口自动作为总线使用（2）口的字节地址和位地址口的字节地址和位地址（3 3）下面分别介绍）下面分别介绍4 4个个I/OI/O口的结构口的结构图图211P0口位结构原理图口位结构原理图P0口口是是漏漏极极开开路路的的准准双双向向口口、低低8位位地地址址数数据据总总线线口口。P0口口中中一一个个多多路路开开关关：多多路路开开关关的的输输入入有有两两个个：输输出出锁锁存存器器的的输输出出、地地址址数数据据输输出出。多多路路开开
5、关关的的输输出出用用于于控控制制输输出出FET的导通和截止。多路开关的切换由内部控制信号控制。的导通和截止。多路开关的切换由内部控制信号控制。(2)当当内内部部信信号号置置0时时，多多路路开开关关接接通通输输出出锁锁存存器器的的/Q端端这这时时明明显地可以看出两点：显地可以看出两点：由由于于内内部部控控制制信信号号为为0，与与门门关关闭闭，上上拉拉FET截截止止，形形成成P0口口的输出电路为漏极开路输出。的输出电路为漏极开路输出。输输出出锁锁存存器器的的Q端端引引至至下下拉拉FET栅栅极极，因因此此P0口口的的输输出出状状态态由下拉电路决定。由下拉电路决定。在在P0口口作作输输出出口口用用时时
6、，若若P0i输输出出1，输输出出锁锁存存器器的的Q端端为为0，下下拉拉FET截截止止，这这时时P0i为为漏漏极极开开路路输输出出；若若P0i输输出出0，输出锁存器的输出锁存器的Q端为端为1，下拉，下拉FET导通，导通，P0i输出低电平。输出低电平。在在P0口口作作输输入入口口用用时时，为为了了使使P0i能能正正确确读读入入数数据据，必必须须先先使使D置置1，Q端端为为0。这这样样，下下拉拉FET也也截截止止，P0i处处于于悬悬浮浮状状态态。A点点的的电电平平由由外外设设的的电电平平而而定定，通通过过输输入入缓缓冲冲器器读读入入CPU。这时这时P0口相当于一个高阻抗的输入口口相当于一个高阻抗的输
7、入口。(3)当内部信号置当内部信号置1时，多路开关接通地址数据输出端。时，多路开关接通地址数据输出端。当地址数据输出线置当地址数据输出线置1时，控制上拉电路的时，控制上拉电路的“与与”门输出为门输出为1，上拉，上拉FET导通，同时地址数据输出通过反相器输出导通，同时地址数据输出通过反相器输出0，控制下拉控制下拉FET截止，这样截止，这样A点电位上拉，地址数据输出线为点电位上拉，地址数据输出线为1。当地址数据输出线置当地址数据输出线置0时，时，“与与”门输出为门输出为0，上拉，上拉FET截截止，同时地址数据输出通过反相器输出止，同时地址数据输出通过反相器输出1，控制下拉，控制下拉FET导导通，这
8、样通，这样A点电位下拉，地址数据输出线为点电位下拉，地址数据输出线为0。通通过过上上述述分分析析可可以以看看出出，此此时时的的输输出出状状态态随随地地址址数数据据线线而而变变。因因此此，P0口口可可以以作作为为地地址址/数数据据复复用用总总线线使使用用。这这时时上上下下两两个个FET处处于于反反相相，构构成成了了推推拉拉式式的的输输出出电电路路，其其负负载载能能力力大大增加。此时的大大增加。此时的P0口相当一个双向口。口相当一个双向口。P0口的功能口的功能作作IO口使用口使用相相当当于于一一个个真真正正的的双双向向口口：输输出出锁锁存存、输输入入缓缓冲冲，但但输输入入时时需需先先将将口口置置1
9、；每每根根口口线线可可以以独独立立定定义义为为输输入入或或输输出出。它它具具有有双双向向口口的一切特点。的一切特点。与与其其它它口口的的区区别别是是，输输出出时时为为漏漏极极开开路路输输出出，与与NMOS的的电电路路接接口口时时必必须须要要用用电电阻阻上上拉拉，才才能能有有高高电电平平输输出出；输输入入时时为为悬悬浮浮状状态，为一个高阻抗的输入口。态，为一个高阻抗的输入口。作地址数据复用总线用作地址数据复用总线用此此时时P0口口为为一一个个准准双双向向口口,T1、T2相相当当于于上上拉拉电电阻阻。作作数数据据输输入入口口时时，也也不不是是悬悬浮浮状状态态。作作地地址址数数据据复复用用总总线线用
10、用：作作数数据据总总线线用用时时，输输入入输输出出8位位数数据据D0D7；作作地地址址总总线线用用时时，输输出出低低8位位地地址址A0A7。当当P0口口作作地地址址数数据据复复用用总总线线用用之之后后，就就再再也也不不能能作作IO口使用了。口使用了。B B、P1P1口的位结构口的位结构P1口由于只能作为口由于只能作为I/O口使用，因而输出控制电路结口使用，因而输出控制电路结构同构同P0口不同。口不同。P1P1口是一个口是一个8 8位口，可以字节访问也可按位访问，其字节访位口，可以字节访问也可按位访问，其字节访问地址为问地址为90H90H，位访问地址为，位访问地址为90H90H97H97H。位结
11、构和工作原理位结构和工作原理包包含含输输出出锁锁存存器器、输输入入缓缓冲冲器器BUF1BUF1（读读引引脚脚）、BUF2BUF2（读读锁锁存存器器）以以及及由由 FETFET晶晶体体管管 Q0Q0与与上上拉拉电电阻阻组组成成的的输输出出输输入入驱驱动器。动器。P1口口P1P1口的工作过程分析如下：口的工作过程分析如下：P1.iP1.i位位作作输输出出口口用用时时：CPUCPU输输出出0 0时时，D D0 0，Q Q0 0，Q Ql l，晶晶体体管管Q0Q0导导通通，A A点点被被下下拉拉为为低低电电平平，即即输输出出0 0；CPUCPU输输出出1 1时时，D Dl l，Q Q1 1，Q Q0
12、0，晶晶体体管管Q0Q0截截止止，A A点点被被上上拉拉为为高电平，即输出高电平，即输出l l。P1i位位作作输输入入口口用用时时：先先向向P1i位位输输出出高高电电平平，使使FET截截止止（使使A点点提提升升为为高高电电平平），此此操操作作称称为为设设置置P1i为为输输入入线线。引脚的状态通过缓冲器引脚的状态通过缓冲器B2进入内部总线。进入内部总线。、P1口的特点口的特点输出锁存器，输出时没有条件；输出锁存器，输出时没有条件；输输入入缓缓冲冲，输输入入时时有有条条件件，即即需需要要先先将将该该口口设设为为输输入入状状态态，先输出先输出1；工工作作过过程程中中无无高高阻阻悬悬浮浮状状态态，也也
13、就就是是该该口口不不是是输输入入态态就就是是输出态。输出态。具具有有这这种种特特性性的的口口不不属属于于“真真正正”的的双双向向口口，而而被被称称为为“准准”双向口。双向口。C、P2口位结构P2口既可用作I/O口，也可用作高8位地址总线。P2口口是是一一个个多多功功能能的的8位位口口，可可以以字字节节访访问问也也可可位位访访问，其字节访问地址为问，其字节访问地址为A0H，位访问地址为，位访问地址为A0HA7H。P2口位结构和工作原理口位结构和工作原理多多路路开开关关的的输输入入口口有有两两个个：一一个个是是输输出出锁锁存存器器的的输输出出端端Q；一一个个是是地地址址寄寄存存器器（PC或或DPT
14、R）的的高高位位输输出出端端。多多路路开开关关的的输输出出经经反反相相器器反反相相后后去去控控制制输输出出FET的的Q0。多路开关的切换由内部控制信号控制。多路开关的切换由内部控制信号控制。输出锁存器的输出端是输出锁存器的输出端是Q而不是而不是Q，多路开关之后需接，多路开关之后需接反相器。反相器。P2口口P2P2口的工作状态是口的工作状态是I/OI/O口状态。口状态。在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向输在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向输出锁存器的输出出锁存器的输出Q Q（C C点）侧，这样多路开关将接通输出锁存点）侧，这样多路开关将接通输出锁存器。器。若经由内部总线输出若经由
15、内部总线输出0 0，输出锁存器的，输出锁存器的Q Q端为端为0 0，信号经多，信号经多路开关和反相器后输出路开关和反相器后输出1 1，Q0Q0导通，导通，A A点为点为0 0，输出低电平；若，输出低电平；若经由内部总线输出经由内部总线输出1 1，输出锁存器的，输出锁存器的Q Q端为端为1 1，反相器后输出，反相器后输出0 0，Q0Q0截止，截止，A A点为点为1 1，输出高电平。，输出高电平。P2P2口的工作状态是输出高口的工作状态是输出高8 8位地址。位地址。在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向地址输出在内部控制信号的作用下，多路开关的输入投向地址输出（B B点）侧，这样多路开关将接通
16、地址寄存器输出。点）侧，这样多路开关将接通地址寄存器输出。A A点的电点的电平将随地址输出的平将随地址输出的0 0、1 1而而0 0、1 1地变化。地变化。P2 P2口的功能口的功能 从上述工作过程的分析中可以看出从上述工作过程的分析中可以看出P2P2口是一个双功能的口：口是一个双功能的口：作作I IO O口使用时，口使用时，P2P2口为一准双向口。口为一准双向口。作作地地址址输输出出时时，P2P2口口可可以以输输出出程程序序存存储储器器或或片片外外数数据据存存储储器器的的高高8 8位位地地址址，与与P0P0输输出出的的低低地地址址一一起起构构成成1616位位地地址址线线，从从而而可可分分别别
17、寻寻址址64KB64KB的的程程序序存存储储器器或或片片外外数数据据存存储储器器。地地址址线线是是8 8位一起自动输出的。位一起自动输出的。P2 P2口使用中注意的问题口使用中注意的问题 由由于于P2P2口口的的输输出出锁锁存存功功能能，在在取取指指周周期期内内或或外外部部数数据据存存储储器器读读、写写选选通通期期间间，输输出出的的高高8 8位位地地址址是是锁锁存存的的，故故无无需需外外加加地址锁存器。地址锁存器。在在系系统统中中如如果果外外接接有有程程序序存存储储器器，由由于于访访问问片片外外程程序序存存储储器器的的连连续续不不断断的的取取指指操操作作，P2P2口口需需要要不不断断送送出出高
18、高位位地地址址，这这时时P2P2口的全部口线均不宜再作口的全部口线均不宜再作I/OI/O口使用。口使用。在在无无外外接接程程序序存存储储器器而而有有片片外外数数据据存存储储器器的的系系统统中中，P2P2口口使使用可分为两种情况：用可分为两种情况：若若片片外外数数据据存存储储器器的的容容量量256 256 B B：可可使使用用“MOVX MOVX A A，RiRi”及及“MOVX MOVX RiRi，A”A”类类指指令令访访问问片片外外数数据据存存储储器器，这这时时P2P2口口不不输出地址，输出地址，P2P2口仍可作为口仍可作为I/OI/O口使用；口使用；若若片片外外数数据据存存储储器器的的容容
19、量量256 256 B B：这这时时使使用用“MOVX MOVX A A，DPTR”DPTR”及及“MOVXMOVXDPTRDPTR，A”A”类类指指令令访访问问片片外外数数据据存存储储器器，P2P2口口需需输输出出高高8 8位位地地址址。在在片片外外数数据据存存储储器器读读、写写选选通通期期间间，P2P2口口引引脚脚上上锁锁存存高高8 8位位地地址址信信息息，但但是是在在选选通通结结束束后后，P2P2口口内内原原来来锁锁存存的内容又重新出现在引脚上。的内容又重新出现在引脚上。使使用用“MOVX“MOVX A A，Ri”Ri”及及“MOVX“MOVX RiRi，A”A”类类访访问问指指令令时时
20、，高高位位地地址址通通过过程程序序设设定定，只只利利用用P1P1、P3P3甚甚至至P2P2口口中中的的某某几几根根口口线送高位地址，从而保留线送高位地址，从而保留P2P2口的全部或部分口线作口的全部或部分口线作I/OI/O口用。口用。D、P3口位结构P3口既可用I/O口，又分别具有第二功能，但二者不能混用，其第二功能如下表所示。输出工作过程：输出工作过程：当当替替代代输输出出功功能能B点点置置1时时，“与与非非”门门打打开开，输输出出锁锁存存器器的的输输出出可可以以顺顺利利通通到到引引脚脚P3i。其其工工作作状状况况与与P1口口相相类类似似。这这时时P3口口的的工工作作状状态态为为I/O口口，
21、显显然然此此时时该该口口具具有有准准双双向向口口的的性质。性质。当当输输出出锁锁存存器器的的输输出出置置1时时，“与与非非”门门打打开开，替替代代输输出出功功能可以顺利通到引脚能可以顺利通到引脚P3i。若若替替代代输输出出为为0时时，因因与与非非门门的的C点点已已置置l，现现B点点为为0，故故与与非非门门的的输输出出为为l，使使Q0导导通通，从从而而使使A点点也也为为0。若若替替代代输输出出为为1时时，与与非非门门的的输输出出为为0，Q0截截止止，从从而而使使A点点也也为为高高电电平平。这时这时P3口的工作状态处于替代输出功能状态。口的工作状态处于替代输出功能状态。P3口的功能口的功能P3口是
22、一个多功能口。口是一个多功能口。可作可作I/O口使用，为准双向口。口使用，为准双向口。既既可可以以字字节节操操作作，也也可可以以位位操操作作；既既可可以以8位位口口操操作作，也也可可以以逐逐位位定定义义口口线线为为输输入入线线或或输输出出线线；既既可可以以读读引引脚脚，也也可可以以读读锁存器，实现锁存器，实现“读一修改一输出读一修改一输出”操作。操作。可以作为替代功能的输入、输出。可以作为替代功能的输入、输出。替代输入功能：替代输入功能：P30RXD，串行输入口。，串行输入口。P32INT0，外部中断，外部中断0的请求。的请求。P33INT1，外部中断，外部中断1的请求。的请求。P34T0，定
23、时器计数器，定时器计数器0外部计数脉冲输入。外部计数脉冲输入。P35T1，定时器计数器，定时器计数器1外部计数脉冲输入。外部计数脉冲输入。替代输出功能：替代输出功能：P3lTXD，串行输出口。，串行输出口。P3 6外外 部部 数数 据据 存存 储储 器器 写写 选选 通通，输输 出出，低低 电电 平平 有有 效效。P37外部数据存储器读选通，输出，低电平有效。外部数据存储器读选通，输出，低电平有效。读引脚与读端口操作 1.1.读端口操作读端口操作在在CPUCPU发出读端口指令时，锁存器的值首先通过读锁发出读端口指令时，锁存器的值首先通过读锁存器输入缓冲器进入内部总线，待该值修改后，又存器输入缓
24、冲器进入内部总线，待该值修改后，又重新写到锁存器中。这类指令称为重新写到锁存器中。这类指令称为“读改写读改写”操作的指令操作的指令.2.2.读引脚操作读引脚操作当需要读引脚时，必须先由指令或通过复位置端口当需要读引脚时，必须先由指令或通过复位置端口锁存器为锁存器为1 1，使端口输出，使端口输出FETFET截止，然后再发读引脚截止，然后再发读引脚指令。指令。4个I0端口的主要异同点 1 1.主要相同点主要相同点1 1）锁存器加引脚的典型结构）锁存器加引脚的典型结构 2 2）I/O I/O 的复用结构的复用结构I/O I/O 端口的总线复用端口的总线复用 I/O I/O 端口的功能复用端口的功能复用 2 2.主要不同点主要不同点1 1）P1P1P3P3为准双向口结构为准双向口结构 在对准双向口操作时，一定要先向锁存器写在对准双向口操作时，一定要先向锁存器写 “1”“1”，然后才能正确读入引脚状态。，然后才能正确读入引脚状态。2 2）驱动能力不同）驱动能力不同3 3）功能不同）功能不同 二、片外三总线结构1、地址总线（AB）由P2，P0提供16位地址2、数据总线（DB）由P0口提供8位数据3、控制总线（CB）由P3口和RST、EA、ALE、PSEN组成