STC51單片機(jī)的IO配置問題解決方案

我們?nèi)祟惪梢酝ㄟ^連接手腳上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，肌腱，控制著我們的肌肉做出各種動(dòng)作，完成各種造型。那單片機(jī)里的肌腱和神經(jīng)就是今天我們要講的主角----單片機(jī)的IO口。

我們學(xué)習(xí)單片機(jī)，到底學(xué)什么呢？最終落腳點(diǎn)，就是落在單片機(jī)的IO口上，其實(shí)最終就是操作單片機(jī)的IO口，什么串口通訊，IIC通信協(xié)議，中斷，定時(shí)器，最終在單片機(jī)上體現(xiàn)出來的還是我們對(duì)單片機(jī)IO口的操作。既然那么重要，今天我們就來好好的說一說單片機(jī)的IO口。

說起單片機(jī)的IO口，大家肯定會(huì)笑話小編，這么簡(jiǎn)單的東西，還要你說。對(duì)，它是簡(jiǎn)單，看遍你是個(gè)人寫的單片機(jī)教程，最開始講編程就是從操作單片機(jī)IO口開始，都是從點(diǎn)亮一個(gè)LED燈開始，是的點(diǎn)亮一個(gè)LED燈，就是對(duì)單片機(jī)IO的最簡(jiǎn)單的操作，要么給高電平，要么給低電平，這也是操作IO的唯一的兩個(gè)方法。怎么說？舉個(gè)例子：要在某個(gè)IO上輸出PWM信號(hào)，其實(shí)就是有規(guī)律的在這個(gè)IO上交替的給高低電平，給的速度快慢決定了PWM信號(hào)的頻率，給的高電平的時(shí)間所占一個(gè)高低電平周期的多少，決定了這個(gè)PWM信號(hào)的占空比。這么一說，高大上的PWM信號(hào)是不是就簡(jiǎn)單多了。

說了這么多，下面我們具體來說STC51單的IO的配置和各個(gè)模式的區(qū)別。

· 正 · 文 · 來 · 啦 ·

STC的51單片機(jī)為了更多更能的使用和運(yùn)用于不同場(chǎng)合，STC51單片機(jī)設(shè)計(jì)了4中IO口模式，分別是：準(zhǔn)雙向IO口模式、推挽輸出模式、高阻輸入模式和開漏輸出模式。每個(gè)IO口的模式配置，需要兩個(gè)寄存器結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)置。這兩個(gè)寄存器分別是PnM1和PnM0,（在STC8系列芯片中n=0,1,2,3,4,5,6,7），以P0口為例，配置P0口需要P0M1和P0M0兩個(gè)寄存器進(jìn)行配置，具體如下圖：

即P0M1寄存器的第0位和P0M0寄存器的第0位組合起來配置P0.0位的模式，P0M1寄存器的第1位和P0M0寄存器的第1位組合起來配置P0.1位的模式，P0口的其他位以此類推。具體的PnM1和PnM0寄存器的組合方式如下表所示：

1、準(zhǔn)雙向I/O模式題

準(zhǔn)雙向I/O模式與標(biāo)準(zhǔn)51相比，雖然在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上是不同的，但在用法上類同，比如要作為輸入時(shí)都必須先寫“1”置成高電平，然后才能去讀引腳的電平狀態(tài)。兼容傳統(tǒng)的51單片機(jī)，在上電復(fù)位后，常規(guī)的IO都是準(zhǔn)雙向IO模式。在準(zhǔn)雙向IO模式下，端口輸出1時(shí)能力很弱，允許外部將其拉低，輸出0時(shí)驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，可以吸收很大電流（20mA）。從輸出示意圖可以看出，在此模式下有三個(gè)晶體管來適應(yīng)不同的需求。當(dāng)端口寄存器輸出1且引腳也為1時(shí)，晶體管“弱上拉”打開，提供基本的驅(qū)動(dòng)電流，如果引腳輸出的1被外部電路拉低時(shí)，“極弱上拉”打開，且關(guān)閉“弱上拉”，此時(shí)外部需要有足夠的灌電流來拉低引腳電平；當(dāng)端口寄存器為1，且引腳懸空時(shí)，“極弱上拉”打開，提供微弱的電流來維持引腳的高電平；當(dāng)端口寄存器由0變到1時(shí)，“強(qiáng)上拉”打開來加快引腳上電平從0到1的轉(zhuǎn)換，強(qiáng)上拉打開后，引腳上電平由0到1的轉(zhuǎn)換需要兩個(gè)時(shí)鐘周期，所以需要讀外部狀態(tài)的時(shí)候，在端口寫1后需要加兩個(gè)空操作來等待引腳電平的轉(zhuǎn)換，完了讀取到的狀態(tài)才是實(shí)際引腳狀態(tài)。

準(zhǔn)雙向IO輸出示意圖

2、推挽輸出模式

推挽輸出的特點(diǎn)是不論輸出高電平還是低電平都能驅(qū)動(dòng)較大的電流，比如輸出高電平時(shí)可以直接點(diǎn)亮LED(要串聯(lián)幾百歐限流電阻)，而在準(zhǔn)雙向I/O模式下很難辦到。

推挽輸出模式輸出示意圖

3、高阻輸入模式

此模式下，電流既不能流入也不能流出，這樣可以獲得比較高的輸入阻抗，這在模擬比較器和ADC應(yīng)用中是必需的。高阻態(tài)是數(shù)字電路中的術(shù)語，它既不是高電平也不是低電平，上一級(jí)電路輸出到高阻輸入接口，此接口不會(huì)對(duì)上一級(jí)電路的狀態(tài)有影響，和沒接一樣，不產(chǎn)生電流的衰減，電平也由接入的電平?jīng)Q定，電路分析時(shí)高阻態(tài)可做開路理解。可以把它看作輸出（輸入）電阻非常大。這樣在做ADC轉(zhuǎn)換的時(shí)候是必須要的，我們都知道電壓表的內(nèi)阻我們認(rèn)為是無窮大的，在此，我們用ADC轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電壓表的時(shí)候，就需要在高阻模式下進(jìn)行。注意，在此模式下，不提供20mA的灌電流的吸收能力。

高阻輸入模式示意圖

4、開漏輸出模式

開漏輸出模式既可讀外部狀態(tài)，又可以對(duì)外輸出高低電平，但是必須加上拉電阻。當(dāng)端口鎖存器輸出0時(shí)，內(nèi)部將關(guān)閉所有上拉晶體管，此時(shí)可以提供20mA的灌電流吸收能力；當(dāng)端口寄存器輸出1是，外部必須接上拉電阻，這也是此模式下的最大的優(yōu)點(diǎn)----電氣兼容性好，外部上拉電阻接3V電源，就能和3V邏輯器件接口，如果上拉電阻接5V電源，又可以與5V邏輯器件接口。

開漏輸出模式示意圖

STC8A特例一 ----內(nèi)部集成了上拉電阻

內(nèi)部已經(jīng)集成了3.7K的上拉電阻，可以通過上拉電阻控制寄存器實(shí)現(xiàn)禁止和使能。使能上拉電阻控制寄存器相關(guān)位后，對(duì)應(yīng)引腳上將接通單片機(jī)內(nèi)部的3.7K電阻，可以省去外部上拉電阻，禁止上拉電阻控制寄存器后將斷開內(nèi)部上拉電阻。官方給出的資料顯示，此3.7K上拉電阻實(shí)測(cè)為4.2K左右，而且在P3.0和P3.1上的上拉電阻可能會(huì)略小一些。