51單片機I/O口使用經(jīng)驗

    按常規(guī)，在51端口（P1、P2、P3）某位用作輸入時，必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入1，使FET截止。一般情況是這樣，也有例外。所謂IO口內(nèi)部與電源相連的上拉電阻而非一常規(guī)線性電阻，實質(zhì)上，該電阻是由兩個場效應(yīng)管并聯(lián)在一起：一個FET為負載管，其阻值固定；另一個FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)（姑且叫可變FET）。使其總電阻值變化近似為0或阻值較大（20千歐--40千歐）兩種情況。當和端口鎖存器相連的FET由導(dǎo)通至截止時，該阻值近似為0，可將引腳快速上拉至高電平；當和鎖存器相連的FET由截止至導(dǎo)通時，該電阻呈現(xiàn)較大阻值，限制了和端口鎖存器相連的FET的導(dǎo)通電流。  
    51I/O口作為輸入端和外部信號相連有時必須考慮上述特性，本人在設(shè)計LTP1245熱敏打印頭驅(qū)動板時，資料上推介熱敏頭“抬頭”和“紙盡”信號由頭中內(nèi)嵌檢測電路提供，MCU IO口采集該信號時需加緩沖（如74HC04）。當時本人認為51IO口上拉電阻為一較大阻值的固定電阻，對 輸入信號無影響，故未加緩沖電路（為降低成本能省則?。?。可到調(diào)試PCBA時發(fā)現(xiàn)，“抬頭”、“紙盡”狀態(tài)變化時，采集信號只在3.90V--5.10V之間變化,應(yīng)為低電平時無低電平輸出。究其原因，打印頭的“抬頭”、“缺紙”信號輸出為一光敏三極管的集電極輸出，集電極和電源間原有一個負載電阻，飽和導(dǎo)通設(shè)計工作電流僅為450--1100微安，當該集電極直接和MCU IO口某位相連時，IO口上拉電阻和光敏三極管負載電阻并聯(lián)，當IO口上拉時，上拉電阻極小致使光敏三極管直流負載線斜率陡然增大，工作狀態(tài)進入放大區(qū)而非希望的飽和區(qū)。當時在不改硬件的條件下，我?guī)缀鯚o計可施，甚至想到了準備燒斷IO口上拉電阻（前兩天我曾發(fā)帖求救怎么燒斷IO口上拉電阻的方法）后來聽網(wǎng)友建議該方法風險較大，所以總想用軟件方法解決。  

    后來我的解決方法是：采樣信號前不是先向?qū)?yīng)鎖存器寫1，而是先寫入0，再寫入1，延時約10毫秒以上，然后再采樣（當然此法只適應(yīng)于采樣頻率很低的情況）。這樣作的目的是：先寫入0迫使IO口上拉電阻先為一較大值，此時如果外部光敏三極管本來處于截止狀態(tài)，當完成上述一系列鎖存器的寫入過程后光敏管仍為截止態(tài)，IO口正確采樣到高電平；此時如果外部光敏三極管基極電流足夠大有容許三極管飽和導(dǎo)通的條件（即基極吸收到充分光強），雖然采樣一開始集電極被人為鉗位在低電平，但當下一時隙和IO口相連的鎖存器被寫入1時，在IO口上拉電阻中的可變FET導(dǎo)通之前，光敏三極管已先進入飽和態(tài)而又把引腳鉗位在實際輸出的低電平，此時MCU IO口的上拉電阻仍為較大阻值，同時和原光敏三極管集電極負載電阻并聯(lián)（考慮并聯(lián)后阻值變化，原光敏三極管集電極負載電阻需增大到適當阻值）充當飽和導(dǎo)通后光敏三極管的負載電阻，事實上，IO口上拉電阻中的可變FET未來得及導(dǎo)通又被截止了，由此又保證了信號低電平的正確采樣。經(jīng)過波形測試問題得
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