第三節 I/O口

MCS-51共有四個8位的I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個口都包含一個鎖

存器、一個輸出驅動器和輸入緩沖器。實際上，它們已被歸入特殊功能寄存器之列，并且具有字節尋址和位尋址功能。

在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數據由P0分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統中，這四個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。

MCS-51單片機的P1、P2、P3口內部有拉高電平，稱為準雙向口，可以驅動四個LSTTL負載。P0口是開漏輸出的，內部沒有拉高電路，是三態雙向I/O口，可以驅動八個LSTTL負載。這些口在結構和特性上基本相同，但又各具特點。

一、P0口

P0口的口線邏輯電路如圖27所示。電路中包含一個數據輸出鎖存器、兩個三態數據輸入緩沖器、一個數據輸出的驅動電路和一個輸出控制電路。當對P0口進行寫操作時，由鎖存器和驅動電路構成數據輸出通路。由于通路中已有輸入鎖存器，因此數據輸出時可以與外設直接連

圖2-7 P0口位結構

接，而不需再加數據鎖存電路。

P0口既可以作為通用的I/O口進行數據輸入/輸出，也可以作為單片機系統的地址/數據線使用，為此在P0口的電路中有一個多路轉接電路MUX。在控制信號的作用下，多路轉接電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數據線。當作為通用的I/O口使用時，內部的控制信號為低電平，封鎖與門，將輸出電路的上拉場效應管截止，同時使多路轉接電路MUX接通鎖存器Q端的輸出通路。

當P0口作為輸出口使用時，內部的寫脈沖加在D觸發器的CLK端，數據寫入鎖存器，并向端口輸出。

當P0口作為輸入口使用時，應區分讀引腳和讀端口兩種情況，為此，在端口電路中有兩個用于讀入驅動的三態緩沖器。所謂讀引腳即讀芯片引腳的數據，這時使用下方的數據緩沖器，由“讀引腳”信號把緩沖器打開，把端口引腳上的數據從緩沖器通過內部總線讀進來。使用傳送指令（MOV）進行讀端口操作都是屬于這種情況。

讀端口是指通過上面的緩沖器讀鎖存器Q端的狀態。在端口已處于輸出狀態的情況下，Q端與引腳信號是一致的，這樣安排的目的是為了適應對端口進行“讀—修改—寫”操作指令的需要。例如，“ANL P0，A”就是屬于這類指令，執行時先讀入P0口鎖存器中的數據，然后與A的內容進行邏輯與，再把結果送回P0口。對于這類“讀—修改—寫”指令，不直接讀引腳而讀鎖存器是為了避免可能出現的錯誤。因為在端口已處于輸出狀態的情況下，如果端口的負載恰是一個晶體管的基極，導通了的PN結會把端口引腳的高電平拉低，這樣直接讀引腳就會把本來的“1”誤讀為“0”；但若從鎖存器Q端讀，就能避免這樣的錯誤，得到正確的數據。

需要注意的是，當P0口進行一般的I/O輸出時，由于輸出電路是漏極開路電路，因此必須外接上拉電阻才能有高電平輸出；當P0口進行一般的I/O輸入時，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”使場效應管截止，以避免鎖存器為“0”狀態時對引腳讀入的封鎖。

在實際應用中，P0口絕大多數情況下都是作為單片機系統的地址/數據線使用，這要比一般I/O口應用簡單。當輸出地址或數據時，由內部發出控制信號，打開上面的與門，并使多路轉接電路MUX處于內部地址/數據線與驅動場效應管柵極反向接通狀態，這時輸出驅動電路由于上、下兩個場效應管處于反相，形成推拉式電路結構，使負載能力大為提高。當輸入數據時，數據信號直接從引腳通過輸入緩沖器進入內部總線。

二、P1口

P1口的口線邏輯電路如圖2-8所示。因為P1口通常是作為通用I/O口使用的，所以在電路結構上與P0口有一些不同之處：首先它不再需要多路轉接電路MUX；其次是電路的內部有上拉電阻，與場效應管共同組成輸出驅動電路。因此，P1口作為輸出口使用時，已經能向外提供推拉電流負載，無需再外接上拉電阻。當P1口作為輸入口使用時，同樣也需先使驅動電路場效應管截止。

三、P2口

P2口的口線邏輯電路如圖29所示。P2口電路比P1口電路多了一個多路轉接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用I/O口使用，這時多路轉接電路開關倒向鎖存器Q端。通常情況下，P2口是作為高位地址線使用，此時多路轉接電路開關應倒向相反方向。

圖2-8 P1口位結構

圖2-9 P2口位結構

四、P3口

P3口的口線邏輯電路如圖2-10所示。P3口為多功能口，其特點在于適應引腳信號第二功能的需要，增強了第二功能控制邏輯。由于第二功能信號有輸入和輸出兩類，因此分兩種情況說明。對于第二功能為輸出的信號引腳，當作為I/O使用時，第二功能信號引腳應保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數據輸出通路的暢通。輸出第二功能信號時，該位的鎖存器應置“1”，使與非門對第二功能

圖2-10 P3口位結構

信號的輸出是暢通的，從而實現第二功能信號的輸出。

對于第二功能為輸入的信號引腳，在口線的輸入通路上增加了一個緩沖器，輸入的第二功能信號就從這個緩沖器的輸出端取得。而作為I/O使用的數據輸入，仍取自三態緩沖器的輸出端。不管是作為輸入口使用還是第二功能信號輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號線都應該保持高電平。

P3口的第二功能輸入/輸出定義如表2-7所示。

表2-7

P3口第二功能定義