關(guān)于單片機I/0口置低的引腳不能拉高的問題

       平時沒注意單片機的I/0結(jié)構(gòu)，以為軟件置0的端口，加個外部高電平就可以拉高，下次采樣的時候，就成了高電平了。現(xiàn)在看了一下P口結(jié)構(gòu)才知道，不行。

　　P0口做通信用，輸出用時，必須外部加上拉電阻，拉高到電源，不然會出錯!!!!!

　　內(nèi)部把端口置0之后，場效應(yīng)管導(dǎo)通到地，把電平拉到了地。就算外部加一個高電平信號，因為此時引腳相當于對地短接，所以引腳狀態(tài)還是低電平。

　　但是：如果外部加一個電流很大的高電平信號，還是可以把引腳電平拉高的。因為內(nèi)部場效應(yīng)管有一定內(nèi)阻。但是注意用是不允許的。會縮短單片機壽命。

　　所以：單片機采樣引腳外部電平信號時，一般要內(nèi)部把引腳抬高，采樣外部拉低信號。如果非要采樣外部引腳高電平的信號。那必須初始狀態(tài)引腳為低電平，而內(nèi)部又不能置低。解決辦法是：引腳接一個電阻到到地，外部沒有高信號來時，引腳被“外部拉低”，來高電平信號時，才“外部抬高”引腳。

　　一、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(tài)的緩沖器，在學(xué)數(shù)字電路時，我們已知道，三態(tài)門有三個狀態(tài)，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(tài)(或稱為禁止狀態(tài))，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(shù)據(jù)，那就得使讀鎖存器的這個緩沖器的三態(tài)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(shù)據(jù)，也要使標號為‘讀引腳’的這個三態(tài)緩沖器的控制端有效，引腳上的數(shù)據(jù)才會傳輸?shù)轿覀儐纹瑱C的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。

　　D鎖存器：構(gòu)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(xué)數(shù)字電路時我們已知道，一個觸發(fā)器可以保存一位的二進制數(shù)(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(fā)器來構(gòu)成鎖存器的。大家看上圖中的D鎖存器，D端是數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端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(shù)據(jù)就會傳輸?shù)絈及Q非端。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)(即把上次的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)才再次傳送到Q端，從而改變Q端的狀態(tài)。

　　多路開關(guān)：在51單片機中，當內(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)部沒有ROM)的單片機或者編寫的程序超過了單片機內(nèi)部的存儲器容量，需要外擴存儲器時，P0口就作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用。那么這個多路選擇開關(guān)就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為‘數(shù)據(jù)/地址’總線使用的選擇開關(guān)了。大家看上圖，當多路開關(guān)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(guān)是與上面接通時，P0口是作為‘地址/數(shù)據(jù)’總線使用的。

　　輸出驅(qū)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(jié)構(gòu)，也就是說，這兩個MOS管一次只能導(dǎo)通一個，當V1導(dǎo)通時，V2就截止，當V2導(dǎo)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(shù)字及常用邏輯電路時已做過介紹，不明白的同學(xué)請回到第四節(jié)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(shù)據(jù)總線使用時的具體工作過程。

　　1、作為I/O端口使用時的工作原理

　　P0口作為I/O端口使用時，多路開關(guān)的控制信號為0(低電平)，看上圖中的線線部份，多路開關(guān)的控制信號同時與與門的一個輸入端是相接的，我們知道與門的邏輯特點是“全1出1，有0出0”那么控制信號是0的話，這時與門輸出的也是一個0(低電平)，與讓的輸出是0，V1管就截止，在多路控制開關(guān)的控制信號是0(低電平)時，多路開關(guān)是與鎖存器的Q非端相接的(即P0口作為I/O口線使用)。

　　P0口用作I/O口線，其由數(shù)據(jù)總線向引腳輸出(即輸出狀態(tài)Output)的工作過程：當寫鎖存器信號CP 有效，數(shù)據(jù)總線的信號→鎖存器的輸入端D→鎖存器的反向輸出Q非端→多路開關(guān)→V2管的柵極→V2的漏極到輸出端P0.X。前面我們已講了，當多路開關(guān)的控制信號為低電平0時，與門輸出為低電平，V1管是截止的，所以作為輸出口時，P0是漏極開路輸出，類似于OC門，當驅(qū)動上接電流負載時，需要外接上拉電阻。

　　下圖就是由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線向P0口輸出數(shù)據(jù)的流程圖(紅色箭頭)。

　　數(shù)據(jù)輸入時(讀P0口)有兩種情況

　　1、讀引腳

　　讀芯片引腳上的數(shù)據(jù)，讀引腳數(shù)時，讀引腳緩沖器打開(即三態(tài)緩沖器的控制端要有效)，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入，請看下圖(紅色簡頭)。

　　通過打開讀鎖存器三態(tài)緩沖器讀取鎖存器輸出端Q的狀態(tài)，請看下圖(紅色箭頭)：

在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的，但也有例外。例如，當從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q=0，Q非=1，場效應(yīng)管T2開通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時無論端口線上外接的信號是低電乎還是高電平，從引腳讀入單片機的信號都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如，當從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器Q=1，Q非=0，場效應(yīng)管T2截止。如外接引腳信號為低電平，從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。為此，8031單片機在對端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：為此，8051單片機在對端口P0一P3的輸入操作上，有如下約定：凡屬于讀-修改-寫方式的指令，從鎖存器讀入信號，其它指令則從端口引腳線上讀入信號。