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单片机P0口以及上拉电阻
双击自动滚屏 恒邦单片机与嵌入式技术培训2017-04-01 阅读:942次 关注微信公众号 PLC958,获取最快捷,最有用的技术资讯
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  混过单片机圈子的兄弟,应该都听过这句:“平生不被51烦,纵称英雄也枉然”。虽然王的领地在逐渐地萎缩,但是王的雄风犹存啊。好了,不缅怀了,言归正传,说说他独特的P0端口吧。

  P0口有三个功能:
  1、外部扩展存储器时,当做数据(Data)总线(如图1中的D0~D7为数据总线接口)
  2、外部扩展存储器时,当作地址(Address)总线(如图1中的A0~A7为地址总线接口)
  3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻(后面将详细介绍)。
  第三条提到了一个“上拉电阻”的名词,那么上拉电阻又是一个什么东东呢?他起什么作用呢?都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。

(注:上图只是P0口的一位,也就是说P0口有8个相同的这样的结构)

  由上图看出每个P0口都有这些元件:一个锁存器,两个三态输入缓冲器和一个输出驱动电路组成。在访问外部存储器时,P0是一个真正的双向口,当P0输出地址/数据信息时,CPU内部法控制电平“1”来打开上面的与门,又使模拟开关MUX把地址/数据信息经过反相器和T1接通(我们称上面的场效应晶体管FET为T1,下面的场效应管FET为T2);输出的地址/数据信息既通过与门去驱动T1,又通过反相器去驱动T2,是两个FET构成推拉输出电路;
  1.当P0口作为外部扩展存储器的数据地址总线时:
  若地址数据信息为“0”,那么这个信号就使得T1截止,使T2导通(经过反反相器作用使得T2接收到的信号为“1”,根据场效应晶体管的特性,T2导通),若T2导通,那么T2的上下两个N极就导通,而发射极(下面的N极)接地信号则为“0”,这样P0口就相当于接收到了“0”信号;
  若地址数据信息输入“1”,则该信号使T2截止,使T1导通,在T1导通情况下,T1的上下N极导通,使得VCC与P0相同,从而输出高电平,即“1”信号;
  若从P0口输入信号,信号从引脚通过输入缓冲器进入内部总线;

  2.当P0口作为一般I/O口使用时:
  CPU内部发布控制信号“0”,封锁与门,使得T1截止,同时使模拟开关MUX把锁存器的非Q端与T2端的栅极接通;
  在P0口作为输出时,由于非Q端和T2的倒相作用,那么内部总线上的信息与到达P0口上的信息是同相的,只要写脉冲加到锁存器的CL端,内部总线上的信息就会P0的引脚上;
  但是由于此时T2为漏极开路输出,所以要外接上拉电阻。
  当P0作为输入时,由于该信号既加到T2又加到下面的三态缓冲器。现在我们假设我们刚刚输出的信号为“0”,也就是输入锁存器的数据为“0”,经过非Q达到T2使T2导通,这样P0引脚上的信号就被T2钳在“0”电平上,这样就使输入的“1”无法读入。那么我们就必须在输入信号前,应该先向锁存器Q端写“1”,非Q就为“0”,使T2截止,这就是所谓的“准双向口”的解释。但是在访问片外存储器时,CPU会自动向锁存器Q写入“1”,所以对用户而言P0口作为数据/地址总线时,是一个真正的双向口。


  下面我们说一下为什么要上拉电阻,就是下面这位兄弟抱着的那个东东。


  
  由于P0口内部没有上拉电阻,是开漏的,不管它的驱动能力多大,相当于它是没有电源的,需要外部的电路提供,绝大多数情况下P0口是必需加上拉电阻的。作为一般的I/O口时,当P0口用来驱动PNP(如上图4所示)管子的时候,就不需要上拉电阻,因为此时的低电平有效;当P0口用来驱动NPN管子的时候,就需要上拉电阻的,因为此时只有当P0为1时候,才能够使后端导通。其实说白了上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平!电阻同时起限流作用!上拉电阻就是从电源高电平引出的电阻接到输出端。

  分两种情况讨论:

  第一种,如果电平用OC(集电极开路,TTL)或OD(漏极开路,CMOS)输出,那么不用上拉电阻是不能工作的, 这个很容易理解,管子没有电源就不能输出高电平了。 (这个就可以解释我们这里的原因)


  第二种,如果输出电流比较大,输出的电平就会降低(这是电路中已经有了一个上拉电阻的情况下,但是电阻太大,压降太高),就可以用上拉电阻提供电流分量, 把电平“拉高”。(就是并一个电阻在IC内部的上拉电阻上, 让它的压降小一点)。其实这些都是按需要,工作在线性范围的上拉电阻不能太小,当然也会用这个方式来实现门电路电平的匹配。

  总结并提高下,51系列单片机的P0口作为通用I/O口使用时,内部输出电路为OD(漏极开路,CMOS),必须外接上拉电阻才能有高电平输出;而P1、P2、P3口内部输出电路中有上拉电阻故不需要接上拉电阻(这里的不需要接上拉电阻是相对而言的,若遇到第二种情况,就需要适当加一个上拉电阻,来减小压降)。

 
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