姓名：郝津锐 学号：19020100179 学院：电子工程学院
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【嵌牛导读】本文介绍了单片机中的IO口与其基本组成、工作过程
【嵌牛鼻子】单片机IO口
【嵌牛提问】单片机的IO是什么，都有那些种类、功能
【嵌牛正文】
51单片机总的io分为：电平可变化的io口和VCC、GND两类，其中电平可变化的io有P0口、P1口、P2口、P3口、P4口、P5口。而所谓的P0.0可以理解为属于P0口，P0.0称为P0.0端口，如果需要定义一个端口，可使用 sbit Sftclk = P0^0，这样就申明了一个端口P1.6为Sftclk，注意这里是端口而不是口。使用口时可用 P0 = 0xFF，这样就可以让P0口的所有端口置成1。
P0端口的结构及工作原理：P0端口由锁存器、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。
（1）D锁存器：构成一个锁存器，通常要用一个时序电路，时序的单元电路在学数字电路时我们已知道，一个触发器可以保存一位的二进制数，在51单片机的32根I/O口线中都是用一个D触发器来构成锁存器的。对于D触发器来讲，当D输入端有一个输入信号，如果这时控制端CP没有信号（也就是时序脉冲没有到来），这时输入端D的数据是无法传输到输出端Q及反向输出端Q非的。如果时序控制端CP的时序脉冲一旦到了，这时D端输入的数据就会传输到Q及Q非端。数据传送过来后，当CP时序控制端的时序信号消失了，这时，输出端还会保持着上次输入端D的数据。如果下一个时序控制脉冲信号来了，这时D端的数据才再次传送到Q端，从而改变Q端的状态。
（2）输入缓冲器：在P0口中，有两个三态的缓冲器，我们知道三态门有三个状态，即在其的输出端可以是高电平、低电平，同时还有一种就是高阻状态（或称为禁止状态），要读取D锁存器输出端Q的数据，那就要使读锁存器的这个缓冲器的三态控制端有效。
（3）多路开关：在51单片机中，当内部的存储器够用（也就是不需要外扩展存储器时，这里讲的存储器包括数据存储器及程序存储器）时，P0口可以作为通用的输入输出端口使用，对于8031（内部没有ROM）的单片机或者编写的程序超过了单片机内部的存储器容量，需要外扩存储器时，P0口就作为‘地址/数据’总线使用。
（4）输出驱动：P0口的输出是由两个MOS管组成的推拉式结构，也就是说，这两个MOS管一次只能导通一个，当V1导通时，V2就截止，当V2导通时，V1截止。
1、作为I/O端口使用时的工作原理：
P0口作为I/O端口使用时，多路开关的控制信号为0（低电平），多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1，有0出0”那么控制信号是0的话，这时与门输出的也是一个0（低电平），与让的输出是0，V1管就截止，在多路控制开关的控制信号是0（低电平）时，多路开关是与锁存器的Q非端相接的（即P0口作为I/O口线使用）。
2、P0口用作I/O口线，其由数据总线向引脚输出的工作过程：
当写锁存器信号CP 有效，数据总线的信号→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。由于当多路开关的控制信号为低电平0时，与门输出为低电平，V1管是截止的，所以作为输出口时，P0是漏极开路输出，类似于OC门，当驱动上接电流负载时，需要外接上拉电阻。
3、P0口用作I/O口线，其由引脚向内部数据总线输入（即输入状态Input）的工作过程：
数据输入时（读P0口）有两种情况：（1）读引脚：读芯片引脚上的数据，读引脚数时，读引脚缓冲器打开（即三态缓冲器的控制端要有效），通过内部数据总线输入。（2）读锁存器：通过打开读锁存器三态缓冲器读取锁存器输出端Q的状态。
在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q＝0，Q非＝1，场效应管T2开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q＝1，Q非＝0，场效应管T2截止。如外接引脚信号为低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此，8051单片机在对端口P0一P3的输入操作上，有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指令，从锁存器读入信号，其它指令则从端口引脚线上读入信号。读-修改-写指令的特点是，从端口输入(读)信号，在单片机内加以运算(修改)后，再输出(写)到该端口上。
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