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2021-03-31
靓仔峰
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我们人类可以通过连接手脚上神经网络，肌腱，控制着我们的肌肉做出各种动作，完成各种造型。那单片机里的肌腱和神经就是今天我们要讲的主角----单片机的IO口。
我们学习单片机，到底学什么呢？最终落脚点，就是落在单片机的IO口上，其实最终就是操作单片机的IO口，什么串口通讯，IIC通信协议，中断，定时器，最终在单片机上体现出来的还是我们对单片机IO口的操作。既然那么重要，今天我们就来好好的说一说单片机的IO口。
说起单片机的IO口，大家肯定会笑话小编，这么简单的东西，还要你说。对，它是简单，看遍你是个人写的单片机教程，最开始讲编程就是从操作单片机IO口开始，都是从点亮一个LED灯开始，是的，点亮一个LED灯，就是对单片机IO的最简单的操作，要么给高电平，要么给低电平，这也是操作IO的唯一的两个方法。怎么说？举个例子：要在某个IO上输出PWM信号，其实就是有规律的在这个IO上交替的给高低电平，给的速度快慢决定了PWM信号的频率，给的高电平的时间所占一个高低电平周期的多少，决定了这个PWM信号的占空比。这么一说，高大上的PWM信号是不是就简单多了。
说了这么多，下面我们具体来说STC51单的IO的配置和各个模式的区别。
STC的51单片机为了更多更能的使用和运用于不同场合，STC51单片机设计了4中IO口模式，分别是：准双向IO口模式、推挽输出模式、高阻输入模式和开漏输出模式。每个IO口的模式配置，需要两个寄存器结合起来进行设置。这两个寄存器分别是PnM1和PnM0,（在STC8系列芯片中n=0,1,2,3,4,5,6,7），以P0口为例，配置P0口需要P0M1和P0M0两个寄存器进行配置，具体如下图：
即P0M1寄存器的第0位和P0M0寄存器的第0位组合起来配置P0.0位的模式，P0M1寄存器的第1位和P0M0寄存器的第1位组合起来配置P0.1位的模式，P0口的其他位以此类推。具体的PnM1和PnM0寄存器的组合方式如下表所示：
1、准双向I/O模式题
准双向I/O模式与标准51相比，虽然在内部结构上是不同的，但在用法上类同，比如要作为输入时都必须先写“1”置成高电平，然后才能去读引脚的电平状态。兼容传统的51单片机，在上电复位后，常规的IO都是准双向IO模式。在准双向IO模式下，端口输出1时能力很弱，允许外部将其拉低，输出0时驱动能力很强，可以吸收很大电流（20mA）。从输出示意图可以看出，在此模式下有三个晶体管来适应不同的需求。当端口寄存器输出1且引脚也为1时，晶体管“弱上拉”打开，提供基本的驱动电流，如果引脚输出的1被外部电路拉低时，“极弱上拉”打开，且关闭“弱上拉”，此时外部需要有足够的灌电流来拉低引脚电平；当端口寄存器为1，且引脚悬空时，“极弱上拉”打开，提供微弱的电流来维持引脚的高电平；当端口寄存器由0变到1时，“强上拉”打开来加快引脚上电平从0到1的转换，强上拉打开后，引脚上电平由0到1的转换需要两个时钟周期，所以需要读外部状态的时候，在端口写1后需要加两个空操作来等待引脚电平的转换，完了读取到的状态才是实际引脚状态。
准双向IO输出示意图
2、推挽输出模式
推挽输出的特点是不论输出高电平还是低电平都能驱动较大的电流，比如输出高电平时可以直接点亮LED(要串联几百欧限流电阻)，而在准双向I/O模式下很难办到。
推挽输出模式输出示意图
3、高阻输入模式
此模式下，电流既不能流入也不能流出，这样可以获得比较高的输入阻抗，这在模拟比较器和ADC应用中是必需的。高阻态是数字电路中的术语，它既不是高电平也不是低电平，上一级电路输出到高阻输入接口，此接口不会对上一级电路的状态有影响，和没接一样，不产生电流的衰减，电平也由接入的电平决定，电路分析时高阻态可做开路理解。可以把它看作输出（输入）电阻非常大。这样在做ADC转换的时候是必须要的，我们都知道电压表的内阻我们认为是无穷大的，在此，我们用ADC转换实现电压表的时候，就需要在高阻模式下进行。注意，在此模式下，不提供20mA的灌电流的吸收能力。
高阻输入模式示意图
4、开漏输出模式
开漏输出模式既可读外部状态，又可以对外输出高低电平，但是必须加上拉电阻。当端口锁存器输出0时，内部将关闭所有上拉晶体管，此时可以提供20mA的灌电流吸收能力；当端口寄存器输出1是，外部必须接上拉电阻，这也是此模式下的最大的优点----电气兼容性好，外部上拉电阻接3V电源，就能和3V逻辑器件接口，如果上拉电阻接5V电源，又可以与5V逻辑器件接口。
开漏输出模式示意图
STC8A特例一 ----内部集成了上拉电阻
内部已经集成了3.7K的上拉电阻，可以通过上拉电阻控制寄存器实现禁止和使能。使能上拉电阻控制寄存器相关位后，对应引脚上将接通单片机内部的3.7K电阻，可以省去外部上拉电阻，禁止上拉电阻控制寄存器后将断开内部上拉电阻。官方给出的资料显示，此3.7K上拉电阻实测为4.2K左右，而且在P3.0和P3.1上的上拉电阻可能会略小一些。
STC8A特例二----施密特触发控制
每一个IO口都对应有施密特触发控制位，都可程序控制其使能和禁止。具体使能和禁止的区别，请参看下表。
本文转载自： 单片机技术宅（作者： 小代126）
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