单片机控制技术：P0、P2口结构详解

80C51单片机中，使用内部含有程序存储器的单片机，基本上不需要外部扩展程序存储器和数据存储器，这时P0、P2口可用作通用的输入/输出口。若使用内部无程序存储器型号的单片机，就需要通过外部电路扩展程序存储器和数据存储器，此时，P0、P2口作为总线接口使用，即P0口为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口作为高8位地址总线。

1.P0口的结构

P0口的位结构如图2-5所示。P0.X位由一个输出锁存器、一个转换开关MUX、两个三态输入缓冲器1、2、输出驱动电路（T₁、T₂）和一个与门4及一个反相器3组成，图中控制信号C的状态决定转换开关的位置。当C=0时，开关处于图中所示位置；当C=1时，开关拨向反相器输出端位置。

（1）P0作为通用I/O口使用

当单片机系统没有外部扩展ROM/RAM时，P0用作通用I/O口使用。在这种情况下，单片机硬件逻辑自动控制C=0，MUX开关处于当前位置。另外，C=0，与门4的输出为“0”，使输出驱动器的上拉场效应晶体管T₁处于截止状态。因此，输出驱动级工作在需要外接上拉电阻的漏极开路方式。

作输出口时，CPU执行口的输出指令，内部数据总线上的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器，经锁存器的Q端送至场效应晶体管T₂，再经T₂反相，在P0.X引脚出现的数据正好是内部总线的数据。

作输入口时，数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令，还是“读引脚”指令来决定。

CPU在执行“读—修改—写”类输入指令时（如ANL P0，A），内部产生的“读锁存器”操作信号，使锁存器Q端数据进入内部数据总线，在与累加器A进行逻辑运算之后，结果又送回P0口锁存器并出现在引脚上。读端口锁存器可以避免因外部电路原因造成的误读。

图2-5 P0口的位结构

CPU在执行“MOV”类输入指令时（如MOV A，P0），内部产生的操作信号是“读引脚”。注意，在执行该类输入指令前要先给锁存器写入“1”，目的是使场效应晶体管T₂截止，从而使引脚处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过“0”，T₂导通会使引脚钳位在“0”电平，使输入高电平“1”无法读入。所以，P0口在作为通用I/O口时，属于准双向口。

（2）P0作为地址/数据总线口使用

当系统扩展片外ROM/RAM时，P0作为地址/数据总线使用。在这种情况下，单片机内硬件逻辑自动使MUX开关控制端C=1，则MUX开关接到反相器3的输出端，这时与门4的输出由地址/数据线的状态决定。

CPU在执行输出指令时，低8位地址和数据信息分时地出现在地址/数据总线上。若地址/数据总线的状态为“1”，则场效应晶体管T₁导通、T₂截止，引脚状态为“1”；若地址/数据总线的状态为“0”，则场效应晶体管T₁截止、T₂导通，引脚状态为“0”。可见P0.X引脚的状态正好与地址/数据线的信息相同。

CPU在执行输入指令时，首先低8位地址信息出现在地址/数据总线上，P0.X引脚的状态与地址/数据总线的地址信息相同。然后，CPU自动地使转换开关MUX拨向锁存器，并向P0口写入FFH，同时“读引脚”信号有效，数据经缓冲器进入内部数据总线。(www.xing528.com)

由此可见，P0口作为地址/数据总线使用时是一个真正的双向口。

2.P2口的结构

P2口的位结构如图2-6所示，P2.X位由一个输出锁存器、一个转换开关MUX、两个三态输入缓冲器、输出驱动电路和一个反相器组成。图中控制信号的状态决定转换开关的位置。当控制信号为0时，开关处于图中所示位置；当控制信号为1时，开关拨向地址线位置。

由图可见，P2口的输出驱动电路与P0口不同，只使用一个场效应晶体管，其内部设有上拉电阻。

图2-6 P2口的位结构

（1）P2作为通用I/O口使用

当单片机系统没有外部扩展ROM/RAM时，P2可以作为通用I/O口使用。

CPU在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器，经反相器反相后送至场效应晶体管T₂，再经T₂反相，在P2.X引脚出现的数据正好是内部总线的数据。

P2口用作输入时，数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。

CPU在执行“读一修改一写”类输入指令时（如ANL P2，A），内部产生的“读锁存器”操作信号，使锁存器Q端数据进入内部数据总线，在与累加器A进行逻辑运算之后，结果又送回P2口的锁存器并出现在引脚。

CPU在执行“MOV”类输入指令时（如MOV A，P2），内部产生的操作信号是“读引脚”。应在执行输入指令前对锁存器写入“1”，目的是使场效应晶体管T₂截止，从而使引脚处于高阻抗输入状态。所以，P2口在作为通用I/O口时，属于准双向口。

（2）P2口作为地址总线接口使用

当需要在单片机外部扩展程序存储器或数据存储器时，单片机内部硬件逻辑自动控制MUX开关接向地址线，这时P2.X引脚的状态正好与地址线输出的信息相同。