单片机原理与应用技术-数据通用输入输出口

1.P0口作通用输入/输出口

以P0口的1位结构为例，P0口作通用数据输出口见图1-11，CPU从内部总线发出低电平控制信号“0”，使与门输出“0”，上拉场效应晶体管V1截止；同时使转换开关的（b～c）接通，输出驱动级变为漏极开路电路，“写锁存器”操作使锁存器与内部总线相连的D端数据（0/1）取反后从Q端输出（1/0），再经下拉场效应晶体管V2反相，在引脚上输出与内部总线相同的数据（0/1）。由于上拉场效应晶体管V1截止，下拉场效应晶体管为漏极开路状态，因此对吸电流负载为了保证数据“1”（高电平）正常输出，需要外接上拉电阻（可选4.7～10kΩ）。

图1-11 P0口作通用数据输出口

P0口作通用数据输入口见图1-12，仍以P0口的1位结构为例，但包含两种读入方式，均要从锁存器的D端写入“1”，使引脚端口先置“1”；由于此时锁存器的Q端为0，两个场效应晶体管V1和V2均截止，引脚便处于悬浮的高阻输入状态。

图1-12 P0口作通用数据输入口

（1）读引脚方式 因引脚端口先置了“1”，引脚上的外部信号便能沿着图中虚线方向从三态门2读入内部总线，得到正确的引脚信息。

（2）读锁存器方式 适用于单片机的“读-修改-写”指令（如ANL、JBC、INC、DJNZ、SETB等）。CPU先把端口的数据读入内部总线，在算术/逻辑运算单元ALU中进行运算，再把运算结果送回端口。这实际上是由三态门1以读回锁存器Q端数据的方式来实现，读锁存器是为了消除某位口线输出为1时，因外接器件（如晶体管）导通而将该口线拉为低电平的误读现象，所以这种情况下经三态门2读引脚状态则为0（读得的是引脚被拉低的实际电平），而经三态门1读锁存器的Q端状态则为1（读得的是内部总线原先向口线输出的电平），符合口线原状态。CPU会自动根据所执行的指令的性质选择读引脚或者读锁存器。

2.P1口作通用输入/输出口

以P1口（字节地址为90H）的1位结构为例，P1口作通用数据输入/输出口见图1-13。P1口在结构上与P0口相比，差别在于没有转换开关及其控制电路，输出驱动电路由场效应晶体管V和一个内部上拉电阻（实际是阻性元件场效应晶体管）组成。工作原理与P0口作输入/输出口相同，输入数据时同样分为读引脚和读锁存器两种方式，读引脚之前也必须先向锁存器置1，使场效应晶体管V截止，才不会造成误读。

图1-13 P1口作通用数据输入/输出口

3.P2口作通用输入/输出口(www.xing528.com)

以P2口（字节地址A0H）的1位结构为例，P2口作通用数据输入/输出口，见图1-14。P2口在结构上与P1口相比，多了一个转换开关和反相器，因此既可以用作通用输入/输出口，也可以用作地址总线。P2口作通用输入/输出口用时，内部控制信号使转换开关的b～c接通，并连接锁存器的输出端Q。输入数据时同样分为读引脚和读锁存器两种方式，读引脚之前也必须先向锁存器置1，使场效应晶体管V截止，以避免误读。

另外，如1.4.1节所述，P2口提供作高8位地址用时，内部控制信号使转换开关的a～c接通，地址信号便出现在引脚上，与P0口提供的片外低8位地址共同组成最大64KB的寻址范围。当片外访问结束后，转换开关自动切换到锁存器Q端。P2口用作地址总线时，其中未使用到的口线一般不能再作为通用输入/输出口使用。

图1-14 P2口作通用数据输入/输出口

4.P3口作输入/输出口

以P3口（字节地址B0H）的1位结构为例，P3口作数据输入/输出口见图1-15。P3口可作通用输入/输出口（称第一功能口）又可作第二功能口（端口的第二功能需由软件激活，否则P3口自动设置为第一功能）。在结构上与P1口相比，增加了一个与非门（其中一个输入端受第二功能输出的控制）和一个缓冲器3（其输出作为第二功能的输入）。其功能原理分为下述4种情况。

图1-15 P3口作数据输入/输出口

（1）P3口作为通用输出口 第二功能输出端保持高电平1时，与非门接通，内部总线把数据（1/0）通过输出锁存器Q端送出（1/0），经与非门反相输出（0/1），控制场效应晶体管V的截止/导通，在引脚输出数据（1/0）。

（2）P3口作为通用输入口 第二功能输出端保持高电平1时，与非门接通，同时内部总线向输出锁存器写入1，使与非门输出0，保持场效应晶体管V截止，引脚数据在读引脚的选通下经缓冲器3和三态门2进入内部总线，或者在读锁存器的三态门1选通下实现“读—修改—输出”指令的操作。

（3）P3口作为第二功能输出口 内部总线向输出锁存器置1时，Q端令与非门接通，此时第二功能输出端的数据通过与非门输出至引脚端口。第二功能输出信号有TXD、WR和RD。

（4）P3口作为第二功能输入口 内部总线向输出锁存器置1并且第二功能输出端保持高电平1时，与非门输出0，场效应晶体管V截止，引脚信号进入缓冲器3后，从缓冲器3的输出端取出第二功能的输入信号。第二功能输入信号有RXD、INT0、INT1、T0和T1。