51單片機 P0口工作原理詳細講解

一、P0端口的結構及工作原理

P0端口8位中的一位結構圖見下圖：

由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關、一個與非門、一個與門及場效應管驅動電路構成。再看圖的右邊，標號為P0.X引腳的圖標，也就是說P0.X引腳可以是P0.0到P0.7的任何一位，即在P0口有8個與上圖相同的電路組成。

下面，我們先就組成P0口的每個單元部份跟大家介紹一下：

先看輸入緩沖器：在P0口中，有兩個三態的緩沖器，在學數字電路時，我們已知道，三態門有三個狀態，即在其的輸出端可以是高電平、低電平，同時還有一種就是高阻狀態(或稱為禁止狀態)，大家看上圖，上面一個是讀鎖存器的緩沖器，也就是說，要讀取D鎖存器輸出端Q的數據，那就得使讀鎖存器的這個緩沖器的三態控制端(上圖中標號為‘讀鎖存器’端)有效。下面一個是讀引腳的緩沖器，要讀取P0.X引腳上的數據，也要使標號為‘讀引腳’的這個三態緩沖器的控制端有效，引腳上的數據才會傳輸到我們單片機的內部數據總線上。

D鎖存器：構成一個鎖存器，通常要用一個時序電路，時序的單元電路在學數字電路時我們已知道，一個觸發器可以保存一位的二進制數(即具有保持功能)，在51單片機的32根I/O口線中都是用一個D觸發器來構成鎖存器的。大家看上圖中的D鎖存器，D端是數據輸入端，CP是控制端(也就是時序控制信號輸入端)，Q是輸出端，Q非是反向輸出端。

對于D觸發器來講，當D輸入端有一個輸入信號，如果這時控制端CP沒有信號(也就是時序脈沖沒有到來)，這時輸入端D的數據是無法傳輸到輸出端Q及反向輸出端Q非的。如果時序控制端CP的時序脈沖一旦到了，這時D端輸入的數據就會傳輸到Q及Q非端。數據傳送過來后，當CP時序控制端的時序信號消失了，這時，輸出端還會保持著上次輸入端D的數據(即把上次的數據鎖存起來了)。如果下一個時序控制脈沖信號來了，這時D端的數據才再次傳送到Q端，從而改變Q端的狀態。

多路開關：在51單片機中，當內部的存儲器夠用(也就是不需要外擴展存儲器時，這里講的存儲器包括數據存儲器及程序存儲器)時，P0口可以作為通用的輸入輸出端口(即I/O)使用，對于8031(內部沒有ROM)的單片機或者編寫的程序超過了單片機內部的存儲器容量，需要外擴存儲器時，P0口就作為‘地址/數據’總線使用。那么這個多路選擇開關就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為‘數據/地址’總線使用的選擇開關了。大家看上圖，當多路開關與下面接通時，P0口是作為普通的I/O口使用的，當多路開關是與上面接通時，P0口是作為‘地址/數據’總線使用的。

輸出驅動部份：從上圖中我們已看出，P0口的輸出是由兩個MOS管組成的推拉式結構，也就是說，這兩個MOS管一次只能導通一個，當V1導通時，V2就截止，當V2導通時，V1截止。

與門、與非門：這兩個單元電路的邏輯原理我們在第四課數字及常用邏輯電路時已做過介紹，不明白的同學請回到第四節去看看。

前面我們已將P0口的各單元部件進行了一個詳細的講解，下面我們就來研究一下P0口做為I/O口及地址/數據總線使用時的具體工作過程。