单片机I/O接口：设计与实训

单片机的I/O接口是用来输入和控制输出的端口，DIP40封装的51系列单片机共有P0、P1、P2、P3四组端口，分别与单片机内部P0、P1、P2、P3寄存器对应，每组端口有8位，因此DIP40封装的51系列单片机共有32个I/O端口。STC89C52RC单片机有5个端口P0、P1、P2、P3、P4，其中P4口在LQFP44、PQFP44、PLCC44等封装形式中才有，其他有很多引脚和控制信号共用引脚。

1 P0口引脚

P0是一个双功能的8位并行接口，字节地址为80H，位地址为80H～87H。接口的各位具有完全相同但又相互独立的电路结构。P0口分别占用32～39脚，依次命名为P0.0～P0.7。P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，上电复位后处于开漏模式，P0口内部无上拉电阻，所以作为I/O接口必须外接10～4.7kΩ的上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线（A0～A7）和数据线（D0～D7）共用，此时无须外接上拉电阻。

如果用户向3V单片机的引脚上加5V电压，将会有电流从引脚流向V_CC，这样导致额外的功率消耗。因此，建议不要在准双向口模式中向3V单片机引脚施加5V电压，如使用的话，要加限流电阻，或用二极管进行输入隔离，或用三极管进行输出隔离。准双向口带有一个干扰抑制电路。准双向口读外部状态前，要先锁存为1，才可读到外部正确的状态。

P0口具有高电平、低电平和高阻抗输入3种状态的端口，因此，P0口作为地址/数据总线使用时，是一真正的双向端口，简称双向口。

P0口用作通用I/O输出口时，来自CPU的写脉冲加在D锁存器的CP端，内部总线上的数据写入D锁存器，并由引脚P0.X输出。当D锁存器为1时，输出为漏极开路，此时，必须外接上拉电阻才能有高电平输出；当D锁存器为0时，P0口输出为低电平。

P0口作为通用I/O输入口时，有两种读入方式：读锁存器和读引脚。当CPU发出读锁存器指令时，锁存器的状态由Q端经上方的三态缓冲器BUF1进入内部总线；当CPU发出读引脚指令时，锁存器的输出状态为1，从而使下方场效应晶体管V2截止，引脚的状态经下方的三态缓冲器BUF2进入内部总线。

综上所述，P0口具有如下特点：

1）当P0口作为地址/数据总线口使用时，是一个真正的双向口，与外部扩展的存储器或I/O连接，输出低8位地址和输出/输入8位数据。

2）当P0口作为通用I/O口使用时，P0口各引脚需要在片外接上拉电阻，此时端口不存在高阻抗的悬浮状态，因此是一个准双向口。

大多数情况下，单片机片外部扩展RAM或I/O接口芯片，此时P0口只能作为复用的地址/数据总线使用。如果单片机片外没有外扩RAM和I/O接口芯片，此时P0口才能作为通用I/O口使用。

2 P1口引脚

P1口占用1～8脚，分别是P1.0～P1.7，字节地址为90H，位地址为90H～97H。P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口，每位能驱动4个LSTTL门负载。这种接口没有高阻状态，输入不能锁存，因而不是真正的双向I/O接口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。其中，P1.0和P1.1还可以作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体见表2-6。

表2-6 P1.0和P1.1引脚特性

对P1口的操作既可字节操作，又可位操作。

P1口作为输入口时，分为读锁存器和读引脚两种方式。这样保证单片机输入的电平与外接电路电平相同。例如，使用输入指令MOV A，P1时，应先使锁存器置1（即通常所说的置端口为输入方式），再把P1口的数据读入累加器A。(www.xing528.com)

P1口作为输出口时，内部总线输出0时，即输出为0；内部总线输出1时，即输出为1。

3 P2口引脚

P2口是一个双功能口，分别是P2.0～P2.7，字节地址为A0H，位地址为A0H～A7H。P2口内部带上拉电阻的8位双向I/O接口，P2可以作为普通I/O接口使用，也可作为高8位地址总线使用（A8～A15），当系统外接存储器和扩展I/O接口时，作为扩展系统的高8位地址总线，与P0口一起组成16位地址总线，兼有地址总线高8位输出功能。

当P2口作为输入/输出口时，P2是一个8位准双向口。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @R1”指令）时，P2口引脚上的内容就是专用寄存器SFR区中的P2寄存器的内容，在整个访问期间不会改变。

1）P2口用作地址总线口：P2口作为地址输出线使用时，可输出外部存储器的高8位地址，与P0口输出的低8位地址一起构成16位地址，可寻址64KB的片外地址空间。当P2口作为高8位地址输出口时，输出锁存器的内容保持不变。

2）P2口用作通用I/O接口：在内部控制信号作用下，CPU输出1时，P2.X引脚输出1；CPU输出0时，P2.X引脚输出0。

P2口作为通用I/O接口使用时，功能与P1口一样。一般情况下，P2口大多作为高8位地址总线口使用，这时就不能再作为通用I/O接口。如果不作为地址总线口使用，可作为通用I/O接口使用。

P2口输出的高8位地址可以是片外ROM、RAM高8位地址，与P0口输出的低8位地址共同构成16位地址线，从而可分别寻址64KB的程序存储器和片外数据存储器。地址线以字节为操作单位，8位一起输出的，不能进行位操作。

如果AT89C51单片机有扩展程序存储器（地址不小于1000H），访问片外ROM的操作连续不断，P2口要不断送出高8位地址，这时，P2口不宜再作为I/O接口使用。

4 P3口引脚

P3口的8个引脚占用10～17脚，分别是P3.0～P3.7。P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O接口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。P3是双功能端口，作为普通I/O接口使用时，同P1、P2口一样，作为第二功能使用时，引脚定义见表2-7。P3口引脚具有的第二功能，能使硬件资源得到充分利用。

表2-7 P3口的第二功能表

（续）

由于P3口每一引脚都有第一功能与第二功能，究竟是使用哪个功能，完全是由单片机执行的指令控制来自动切换的，用户不需要进行任何设置。