51单片机的P1、P2、P3口的工作原理

1、P1口某一位的内部电路结构如下图所示，在51单片机的P0，P1，P2，P3口中，P1口的结构最简单，用途也最单一。仅仅只作为普通的数据输入/输出(I/O)端口使用。从图中可以看出，P0口与P1口的主要差别在于：P1端口用内部上拉电阻代替了P0端口的场效应管，并且输出的信息只有内部总线的信息，没有了数据/地址总线的复用。

1)P1口用作输入端口

如果P1口用作输入端口，即Q=0,/Q=1;则场效应管导通，引脚被直接连到电源的地GND上，即使引脚输入的是高电平，被直接拉低为“0“，所以，与P0端口一样，在将数据输入P1端口之前，先要通过内部总线向锁存器写”1“，这样/Q=0，场效应管截止，P1端口输入的“1”才可以送到三态缓冲器的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，引脚上的“1”就可以通过三态缓冲器送到内部总线。具有这种操作特点的输入/输出端口，一般称之为准双向I/O口，51单片机的P1，P2，P3口都是准双向口。而P0端口由于输出具有三态功能(输出端口的三态是指：高电平，低电平，高阻态这三态)，所以在作为输入端口时，无需先写“1”然后再进行读操作。

2)P1口用作输出端口

如果P1口用作输出端口，应给锁存器的写锁存CP端输入写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和/Q端输出，如果D端输入“1”，则/Q=0，场效应管截止，由于上拉电阻的作用，在P1.X引脚输出高电平“1”，反之，如果D端输入“0”，则/Q=1，场效应管导通， P1.X引脚连到地线上，从而在引脚输出“0”。

2、P2口的内部电路结构如下图所示，可以看出P2口既有片内上拉电阻，又有切换开关MUX，所以P2口在功能上兼有P0和P1端口的特点，这主要体现在输出功能上，当切换开关向下接通时，从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上;当多路开关向上时，输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上。

1)P2口用作输入端口

如果P2口用作输入端口，即Q=0,/Q=1;则场效应管导通，引脚被直接连到电源的地GND上，即使引脚输入的是高电平，被直接拉低为“0“，所以，与P0端口一样，在将数据输入P2端口之前，先要通过内部总线向锁存器写”1“，这样/Q=0，场效应管截止，P2端口输入的“1”才可以送到三态缓冲器的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，引脚上的“1”就可以通过三态缓冲器送到内部总线。

2)P2口用作输出端口

如果P2口用作输出端口，应给锁存器的写锁存CP端输入写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和/Q端输出，再通过电子开关、非门和场效应管从端口输出。

3、P3口的内部电路结构如下图所示，可以看出P3口和P1口的结构相似，区别仅在于P3端口的个端口线有两种功能选择，当处于第一功能时，第二输出功能线为1，此时，内部总线信号经锁存器和场效应管输入/输出，其作用与P1端口作用相同，当处于第二功能时，锁存器输出1，通过第二输出功能线输出特定的信号，在输入方面，既可以通过缓冲器读入引脚信号。还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。

1)P3口用作输入端口

P3用作输入端口时，其使用方法与P1和P2类似。

2)P2口用作输出端口

P3用作输出端口时，其使用方法与P1和P2类似。

使P3端口各引脚处于第二功能的条件是:

1、串行I/O处于运行状态(RXD,TXD);

2、打开了处部中断(INT0,INT1);

3、定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)

4、执行读写外部RAM的指令(RD,WR)

在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能(WR,RD信号的的产生不用设置),则P3端口线自动处于第一功能状态，也就是静态I/O端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要，把几条端口线设置为第二功能，而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下，不宜对P3端口作字节操作，需采用位操作的形式。

端口的负载能力和输入/输出操作:

P0端口能驱动8个LSTTL负载。如需增加负载能力，可在P0总线上增加总线驱动器。

P1，P2，P3端口各能驱动4个LSTTL负载。

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p1口是准双向口，p1口的每一位口线能独立地作输入线或输出线。

作输出时：将“1”写入锁存器，是输出极的场效应管截止，输出线有内部上拉电阻提升为高点位，输出“1”

作输入时：必须先将“1”写入锁存器，场效应管截止。该口线由内部上拉电阻提拉成高电平，同时也能被外部输入源拉成低电平，既当外部输入“1”时该口线为高电平，而出入0时，该口为低电平。