單片機(jī)P0端口的結(jié)構(gòu)及工作原理

P0端口8位中的一位結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下圖：

由上圖可見(jiàn)，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開(kāi)關(guān)、一個(gè)與非門(mén)、一個(gè)與門(mén)及場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。再看圖的右邊，標(biāo)號(hào)為P0.X引腳的圖標(biāo)，也就是說(shuō)P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8個(gè)與上圖相同的電路組成。

單片機(jī)端口上拉電阻的作用

顧名思義，上拉就是把電平拉高（一般到電源），下拉就是拉低（一般到地）。上拉主要是為了提高灌電流驅(qū)動(dòng)能力，相當(dāng)于從電源借點(diǎn)兒功率到IO口，下拉主要是在IO口功率足夠的情況下，為了保護(hù)IO口，靜態(tài)時(shí)為0電平。

對(duì)于不同的單片機(jī)和端口，上拉電阻的作用不同，最常見(jiàn)的由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，不能處于懸空狀態(tài)。我就以51單片機(jī)進(jìn)行敘述，以其P0口為例，P0口是集電極開(kāi)路輸出，也就是OC門(mén)，這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有輸出高電平的能力就相當(dāng)于一個(gè)一端接地的開(kāi)關(guān)， 按下去就輸出低電平0V，斷開(kāi)就沒(méi)有電壓，是懸空狀態(tài)。至于用不用上拉電阻，取決于外部電路，如果要輸出高電平控制一個(gè)器件，而這個(gè)器件本身又沒(méi)有內(nèi)置上拉，就必須自己接一個(gè)上拉電阻，如果要用低電平控制一個(gè)器件，則可以不用加上拉。一般來(lái)講，做板子時(shí)都會(huì)在P0口放一個(gè)排阻，10Kohm就可以了。

P0口作為I/O口輸出的時(shí)候時(shí)，輸出低電平為0 輸出高電平為高組態(tài)（并非5V，相當(dāng)于懸空狀態(tài)，也就是說(shuō)P0 口不能真正的輸出高電平）。給所接的負(fù)載提供電流，因此必須接上拉電阻（一電阻連接到VCC），由電源通過(guò)這個(gè)上拉電阻給負(fù)載提供電流。P0作輸入時(shí)不需要上拉電阻，但要先置1。因?yàn)镻0口作一般I/O口時(shí)上拉場(chǎng)效應(yīng)管一直截止，所以如果不置1，下拉場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)導(dǎo)通，永遠(yuǎn)只能讀到0。因此在輸入前置1，使下拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，端口會(huì)處于高阻浮空狀態(tài)，才可以正確讀入數(shù)據(jù)。

單片機(jī)p0口為什么要加上拉電阻

P0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，是開(kāi)漏的，不管它的驅(qū)動(dòng)能力多大，相當(dāng)于它是沒(méi)有電源的，需要外部的電路提供，絕大多數(shù)情況下P0口是必需加上拉電阻的。

P0口和其它三個(gè)口的內(nèi)部電路是不同的，如下圖：

P0口是接在兩個(gè)三極管D0和D1之間的，而P1－P3口的上部是接一個(gè)電阻的。P0口的上面那個(gè)三極管D0是在進(jìn)擴(kuò)展存儲(chǔ)器或擴(kuò)展總線時(shí)使用MOVX指令時(shí)才會(huì)控制它的導(dǎo)通和截止，在不用此指令時(shí)都是截止的。在平常我們使用如：P0_1=0P0_1=1這些語(yǔ)句時(shí)控制的都是下面那個(gè)三極管D1。

我們先假設(shè)P1口接一個(gè)74HC373，來(lái)看一看它的等效圖

當(dāng)AT89S51的P1口上接了74HC373后就等于接了一個(gè)負(fù)載，如上圖右邊。一般來(lái)說(shuō)這些數(shù)字電路的輸入阻抗都很大，都在幾百K到上兆歐姆，而P1口內(nèi)的電阻R一般在幾十K以內(nèi)。

如上圖，當(dāng)我們發(fā)出指令P1＝0時(shí)，三極管D導(dǎo)通，見(jiàn)中間的等效圖，這時(shí)P1點(diǎn)的電位為0。

當(dāng)發(fā)出P1＝1的指令后，三極管D截止，見(jiàn)右邊等效圖，因?yàn)镽x的阻值要比R的阻值大得多，因此P1點(diǎn)的電位是接近電源電壓的。即高電平。

我們?cè)賮?lái)看看P0口接負(fù)載時(shí)的圖

當(dāng)P0＝0時(shí)，等效圖是中間的，三極管D1導(dǎo)通，P0點(diǎn)的電位為0。

而當(dāng)P0＝1時(shí)，等效圖是右邊的，三極管D1截止，而上面的三極管D0始終是截止的，這樣P0點(diǎn)就等效于懸空了，它處在不穩(wěn)定狀態(tài)，P0點(diǎn)又是RX的高阻抗輸入點(diǎn)，很容易受到外界和周?chē)娐返母蓴_從而直接影響到74HC373的輸出狀態(tài)。因此就得加上個(gè)電阻。如下圖

加上電阻Rc后，電路的狀態(tài)就和P1口一樣了，這個(gè)電阻Rc就是上拉電阻。

但你如果只是為了讓P0口驅(qū)動(dòng)個(gè)發(fā)光管，那電路可以直接簡(jiǎn)化成下圖那樣。S51內(nèi)部的電流最好不超過(guò)15mA，如果發(fā)光管的電壓為2.2V那電阻就是（5-2.2）÷15＝0.18K，也就是180歐姆。

當(dāng)P0＝0時(shí)P0點(diǎn)為低電位，發(fā)光管亮起，流過(guò)D1的電流約為15mA。

當(dāng)P0＝1時(shí)，P0點(diǎn)為懸空，但發(fā)光管和180歐電阻都是低阻抗元件，P點(diǎn)電位就為高電位，再說(shuō)也無(wú)任何輸出影響，因此這樣電路是可以的