單片機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)圖見下圖：

由上圖可見，P0端口由鎖存器、輸入緩沖器、切換開關(guān)、一個與非門、一個與門及場效應(yīng)管驅(qū)動電路構(gòu)成。再看圖的右邊，標(biāo)號為P0.X引腳的圖標(biāo)，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。

單片機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)動能力，相當(dāng)于從電源借點兒功率到IO口，下拉主要是在IO口功率足夠的情況下，為了保護IO口，靜態(tài)時為0電平。

對于不同的單片機和端口，上拉電阻的作用不同，最常見的由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，不能處于懸空狀態(tài)。我就以51單片機進行敘述，以其P0口為例，P0口是集電極開路輸出，也就是OC門，這種結(jié)構(gòu)沒有輸出高電平的能力就相當(dāng)于一個一端接地的開關(guān)， 按下去就輸出低電平0V，斷開就沒有電壓，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器件，而這個器件本身又沒有內(nèi)置上拉，就必須自己接一個上拉電阻，如果要用低電平控制一個器件，則可以不用加上拉。一般來講，做板子時都會在P0口放一個排阻，10Kohm就可以了。

P0口作為I/O口輸出的時候時，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P0 口不能真正的輸出高電平）。給所接的負載提供電流，因此必須接上拉電阻（一電阻連接到VCC），由電源通過這個上拉電阻給負載提供電流。P0作輸入時不需要上拉電阻，但要先置1。因為P0口作一般I/O口時上拉場效應(yīng)管一直截止，所以如果不置1，下拉場效應(yīng)管會導(dǎo)通，永遠只能讀到0。因此在輸入前置1，使下拉場效應(yīng)管截止，端口會處于高阻浮空狀態(tài)，才可以正確讀入數(shù)據(jù)。

單片機p0口為什么要加上拉電阻

P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，是開漏的，不管它的驅(qū)動能力多大，相當(dāng)于它是沒有電源的，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口和其它三個口的內(nèi)部電路是不同的，如下圖：

P0口是接在兩個三極管D0和D1之間的，而P1－P3口的上部是接一個電阻的。P0口的上面那個三極管D0是在進擴展存儲器或擴展總線時使用MOVX指令時才會控制它的導(dǎo)通和截止，在不用此指令時都是截止的。在平常我們使用如：P0_1=0P0_1=1這些語句時控制的都是下面那個三極管D1。

我們先假設(shè)P1口接一個74HC373，來看一看它的等效圖

當(dāng)AT89S51的P1口上接了74HC373后就等于接了一個負載，如上圖右邊。一般來說這些數(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，三極管D導(dǎo)通，見中間的等效圖，這時P1點的電位為0。

當(dāng)發(fā)出P1＝1的指令后，三極管D截止，見右邊等效圖，因為Rx的阻值要比R的阻值大得多，因此P1點的電位是接近電源電壓的。即高電平。

我們再來看看P0口接負載時的圖

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

而當(dāng)P0＝1時，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點就等效于懸空了，它處在不穩(wěn)定狀態(tài)，P0點又是RX的高阻抗輸入點，很容易受到外界和周圍電路的干擾從而直接影響到74HC373的輸出狀態(tài)。因此就得加上個電阻。如下圖

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

但你如果只是為了讓P0口驅(qū)動個發(fā)光管，那電路可以直接簡化成下圖那樣。S51內(nèi)部的電流最好不超過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P0點為低電位，發(fā)光管亮起，流過D1的電流約為15mA。

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