单片机IO口控制实验
一、实验目的
1、熟悉MCS-51的I/O结构； 2、掌握MCS-51 I/O的使用方法； 3、掌握MCS-51的中断机制。
二、实验原理
1、 MCS-51单片机的硬件结构片内结构：
2、 内部数据存储器（字节地址为00H~0FH）：
3、 SFR的名称及其分布：
4、 I/O端口地址：
5、 P0～P3端口功能总结：
（1）P0～P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口，还可用来构建系统的数据总线和地址总线，所以在电路中有一个MUX，以进行转换。而P1口和P3口无构建系统的数据总线和地址总线的功能，因此，无MUX。 P0口的MUX的一个输入端为“地址/数据”信号。P2口的MUX的一个输入信号为“地址”信号。
（2）在4个口中只有P0口是一个真正的双向口，P1～P3口都是准双向口。
原因:P0口作数据总线使用时，需解决芯片内外的隔离问题，即只有在数据传送时芯片内外才接通；不进行数据传送时，芯片内外应处于隔离状态。为此，
P0口的输出缓冲器应为三态门。 P0口中输出三态门是由两只场效应管（FET）组成，所以是一个真正的双向口。
P1～P3口，上拉电阻代替P0口中的场效应管，输出缓冲器不是三态的－准双向口。 （3）P3口的口线具有第二功能，为系统提供一些控制信号。
因此P3口增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其它各口的不同之处。
6、 P0口结构及特点： ⑴ P0口结构与运作
1个输出锁存器，用于进行输出数据的锁存；
2个三态输入缓冲器，分别用于锁存器和引脚数据的输入缓冲；1个多路开关MUX，它的一个输入来自锁存器，另一个输入是地址/数据信号的反相输出。在控制信号的的控制下能实现对锁存器输出端和地址/数据线之间的切换；由两只场效应管组成的输出驱动电路。
⑵ P0口的特点
P0口是一个双功能的端口：地址/数据分时复用口和通用I/O口；
具有高电平、低电平和高阻抗3种状态的I/O端口称为双向I/O端口。P0口作地址/数据总线复用口时，相当于一个真正的双向I/O口。而用作通用I/O口时，由于引脚上需要外接上拉电阻，端口不存在高阻（悬空）状态，此时P0口只是一个准双向口； 为保证引脚上的信号能正确读入，在读入操作前应首先向锁存器写1； 单片机复位后，锁存器自动被置1；
一般情况下，如果P0口已作为地址/数据复用口时，就不能再用作通用I/O口使用； P0口能驱动8个TTL负载。
7、 P1口的结构及特点： ⑴ P1口结构与运作
一个数据输出锁存器，用于输出数据的锁存；
两个三态输入缓冲器，BUF1用于读锁存器，BUF2用于读引脚； 数据输出驱动电路，由场效应管VT和片内上拉电阻R组成。
⑵ P1口的特点
P1口由于有内部上拉电阻，没有高阻抗输入状态，所以称为准双向口。作为输出口时，不需要再在片外拉接上拉电阻；
P1口读引脚输入时，必须先向锁存器写入1，其原理与P0口相同； P1口能驱动4个TTL负载。
8、 P2口结构及特点： ⑴ P2口结构与运作
一个数据输出锁存器，用于输出数据的锁存；
两个三态输入缓冲器，BUF1用于读锁存器，BUF2用于读引脚；
一个多路开关MUX，它的一个输入来自锁存器的Q端，另一个输入来自内部地址的高8位；
数据输出驱动电路由非门M，场效应管VT和片内上拉电阻R组成。
⑵ P2口的特点
P2口用作高8位地址输出线应用时，与P0口输出的低8位地址一起构成16位的地址总线，可以寻址64KB地址空间。
当P2口作高8位地址输出口时，其输出锁存器原锁存的内容保持不变。 作为通用I/O口使用时，P2口为准双向口，功能与P1口一样。 P2口能驱动4个TTL负载。
9、 P3口结构及特点： ⑴ P3口结构组成
一个数据输出锁存器，用于输出数据的锁存；
3个三态输入缓冲器，BUF1用于读锁存器，BUF2、BUF3用于读引脚和第二功能数据的缓冲输入；
数据输出驱动电路，由与非门M，场效应管VT和片内上拉电阻R组成。
⑵ P3口的特点
P3口内部有上拉电阻，不存在高阻输入状态，是一个准双向口； P3口作第二功能的输出/输入或作通用输入时，均需将相应的锁存器置1。实际应用中，由于复位后P3口锁存器自动置1，已满足第二功能运作条件，所以可以直接进行第二功能操作；
P3口的某位不作为第二功能使用时，则自动处于通用输出/输入口功能，可作为通用输出/输入口使用；
作通用输出/输入口使用时，输入信号取自缓冲器BUF2的输出端，作第二功能使用时，输入信号取自缓冲器BUF3的输出端； P3口能驱动4个TTL负载。
10、IO口锁存器操作：
IO口锁存器值与IO口值不一定一致，应采用读锁存器-修改-写锁存器来进行IO控制。