【 1. 接口电路】

$\color{red}{接口电路的必要性：}$
计算机对外设进行数据操作时，外设的数据是不能直接接到CPU的数据线上的，必须经过接口。
这是由于CPU的数据线是外设或存储器和CPU进行数据传输的唯一公共通道，为了使数据线的使用对象不产生使用总线的冲突，以及快速的CPU和慢速的外设时间上协调，CPU和外设之间必须有接口电路( 简称接口或I/O口)接口起着缓冲、锁存数据，地址译码、信息格式转换、传递状态(外设状态)，发布命令等功能。
$\color{red}{I/O接口种类：}$
I/0接口有并行、串行、定时/计数器、A/D、D/A等接口，根据外设的不同情况和要求选择不同的接口。
单片机已将这些接口集成在内部，无需外加接口，外设可直接接单片机(有时需加驱动)。
$\color{red}{51单片机的I/O接口：}$
51单片机有P0、P1、 P2、P3四个8位双向I/O口,每个端口可以按字节输入或输出，也可以按位进行输入或输出 ，用作位控制十分方便。
P0口为三态双向口，能带8个TTL电路;
P1、P2、 P3口为准双向口，负载能力为4个TTL电路。
四个端口的一位结构见下图，四个端口的结构有相同之处:
★都有两个输入缓冲器，分别受内部读锁存器和读引脚控制信号的控制。
★都有锁存器(即专用寄存器P0~P3)
★都是场效应管输出驱动。依据每个端口的不同功能，内部结构亦有不同之处。

【 2. P0口】

P0口的输出驱动电路由上拉场效应管T1和驱动场效应T2组成，控制电路包括一个与门、一个非门、一个模拟开关MUX，三态门作用：使能后输出为输入，否则为高阻。
在这里插入图片描述
$\color{red}{ 1. P0作I/O口使用：}$
CPU发控制电平“0”封锁与门，使T1管截止，同时使MUX开关同下面的触点接通，使锁存器的 $\overline{\text{Q}}$ 与T2栅极接通。
① 当CPU向端口输出数据时，写时钟输入到在锁存器的CL上、内部总线的数据经锁存器反相，再经T2管反相，P0口的这一位引脚上出现正好和内部总线同相的数据。由于输出驱动级是漏极开路电路(因T1截止)，故P0 在作 I/O 口使用时应外接10K的上拉电阻。
② 当输入操作时，端口中两个三态缓冲器用于读操作。
缓冲器2用于读端口引脚的数据。当执行端口读指令时，读引脚时钟输入并打开三态缓冲器2，于是端口引脚数据经三态缓冲器2送到内部总线；
缓冲器1用于读取锁存器Q端的数据，当执行“读-修改-写”指令(即读端口信息，在片内加以运算修改后，再输出到该端口的某些指令如:ANL PO,A指令)，即是读的锁存器Q的数据。
用两个缓冲器读取数据的原因： 这是 为了避免错读引脚的电平信号 ，例如用一根口线去驱动一个晶体管基极，当向口线写1”，晶体管导通，导通的PN结会把引脚的电平拉低，如读引脚数据，则会读为0，而实际上原口线的数据为1。因而采用读锁存器Q的值而避免了错读。究竟是读引脚还是读锁存器，CPU内部会自行判断是读引脚脉冲还是读锁存器脉冲，用户不必在意。
应注意，当作输入端口使用时，应先对“该口写入1”使场效应管T2截止（T2截止了，端口引脚就不会被拉低），再进行读入操作，以防场效应管处于导通状态，使引脚箝位到零，而引起误读。
$\color{red}{ 2. P0作地址/数据总线使用：}$
作为地址/数据总线，接外围芯片时P0口分时输出低8位地址与数据信号。
当P0口作地址/数据线使用时，CPU及内部控制信号为“1”，转换开关MUX打向上面的触点，使反相器的输出端和T2管栅极接通，输出的地址或数据信号通过与门驱动T1管，同时通过反相器驱动T2管完成信息传送，数据输入时，通过缓冲器进入内部总线。

【 3. P1口】

在这里插入图片描述
$\color{red}{ 1. P1口作通用I/0口使用：}$
因电路结构上输出驱动部分接有上拉电阻（故不用外加上拉电阻）。
当作输入读取时，同P0一样，“要先对该口写“1”
$\color{red}{ 2. P1口的附加功能：}$
在增强型(52系列)和ISP型(在系统编程型)中 P1 口还有如下功能：在这里插入图片描述

【 4. P2口】

其MUX的的倒向是受CPU内部控制的。P2口的位结构比P1多了一个转换控制部分。
在这里插入图片描述
$\color{red}{ 1. P2口作通用I/0口使用：}$
当P2口作通用I/0口时，多路开关MUX倒向左，其余设置与P1口一样。
$\color{red}{ 2. P2口作高8位地址总线：}$
当扩展片外存储器时，MUX开关打向右，P2口作高八位地址线输出高八位地址信号。
应当注意：当P2口的几位作地址线使用时，剩下的P2口线不能作I /0口线使用。

【 5. P3口】

P3口为双功能 I/O 口，内部结构中增加了第二输入/输出功能。
在这里插入图片描述
$\color{red}{ 1. P3口作第一功能使用时，其功能为普通输入/输出口：}$
当作为普通 I/O 口使用时，第二输出功能端保持 “1”，打开与非门3，用法同P1口。
$\color{red}{ 2. P3口作第二功能使用时：}$

当作第二功能输出时，锁存器输出为“1”打开与非门3,第二功能内容通过与非门J3和T送至引脚。
输入时，引脚的第二功能信号通过三态缓冲器4进入第二输入功能端。两种功能的引脚输入都应使T截止，此时第二输出功能端和锁存器输出端Q均为高电平。
P3的各位如不设定为第二功能则自动处于第一功能，在更多情况下，根据需要，把几条口线设为第二功能，剩下的口线可作第一功能(I/O)使用，此时，宜采用位操作形式。