- 单片机小白学步系列（二十） IO口原理

类似的，还可以读取单刀单掷开关（或按键开关）的状态，读取前先设置输出高电平，电路图如下。

上面这种电路需要依赖上拉电阻才能工作。P0口由于没有上拉电阻，需要在外部添加一个上拉电阻（因为如果没有上拉电阻，并且S和S0都断开时，IO口变成高阻态，读取的电平结果不确定，于是无法正确判断S0的开关状态）。

双向IO口/准双向IO口

标准双向IO口的特点有两条：

1、在输出模式下，可以输出高低电平；

2、在输入模式下，如果没有接外部电路，应呈现高阻态。

对于51单片机的P1、P2、P3口，由于有内部上拉电阻，输入模式下不可能出现高阻态，所以称之为准双向IO口。而P0口作为IO口工作时，如果不加上拉电阻就无法输出高电平；而加了上拉电阻，输入时又不会出现高阻态，所以也是准双向IO口。

备注1：51单片机的P0口如果工作在第二功能状态下，则是双向IO口。初学时具体原理不需要研究的很透彻，下面一段对此进行分析，仅供有兴趣的读者参考。

对照官方的完整IO口结构图，P0口内部有上下两个晶体管。当P0口工作在IO口模式下，上面那个晶体管断开，可以直接忽略，前面的等效电路就没有考虑上面那个晶体管。而当P0口工作在第二功能状态下，两个晶体管都可以工作。如果上面的晶体管断开，下面的导通，就输出低电平；反之上面的导通下面的断开，就输出高电平并且不需要上拉电阻；如果两个晶体管都断开，则可以作为输入，并且在没有外界电路时呈现高阻态。所以是双向IO口。

备注2：关于双向IO口和准双向IO口的概念存在一定争议，这里的介绍综合了网上多方面的观点，被多数人所接受。

线与逻辑

如果把两个单片机IO口连接在一起会发生什么现象呢？下面就是我们的电路图。

当设置两个IO口都输出低电平，即S和S1都闭合时，总体是低电平；而当设置其中一个IO口输出低电平另一个输出高电平时，即S或S1闭合，此时两个IO口上都会呈现低电平。只有当P1.0、P1.1都输出高电平，即S和S1都断开时，才会呈现高电平。

可以简单表述成：两个IO口连接在一起，仅当P1.0与P1.1都设置输出高电平时，两者接线上才会呈现高电平。这就是所谓的线与逻辑。不仅是两个，如果是很多的这样的IO口连在一起，只有所有IO都设置输出高电平，接线上才会呈现高电平。线与逻辑会在后面的矩阵键盘中使用到。

总结

最后总结起来，主要就是下面几点。内容有点多，但是实际上常用的只有其中的几点。再次强调，不需要刻意去记，明白了原理，用多了自然就记住了。

1、灌电流比拉电流能通过更大的电流；点亮LED一般用灌电流方式

2、上拉电阻越小，拉电流输出能力越大，但输出低电平时越费电

3、读取IO口前，要先设置输出高电平

4、P0作为输出，需外接上拉电阻

5、按键开关作为输入时，接在IO口和GND之间，另外需要上拉电阻

6、51单片机的四个IO口在普通IO状态下都是准双向口

7、51单片机IO口遵从线与逻辑

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《单片机小白学步》系列教程（原名《单片机入门指南》）介绍

本系列教程从最基本的入门知识开始，逐步深入介绍单片机系统设计，内容包括：
1、入门篇：单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇：单片机/计算机系统设计的工程思想
3、学习篇：单片机学习过程、方法和技巧，以51单片机为例介绍，并推广到其他单片机
4、应用篇：遵循规范的工程方法，设计单片机系统实例（计划设计的系统有：计算器、电子表、密码锁、简易手机，具体看有没有时间再确定）
5、原理篇：从模拟电路、数字电路开始，逐步深入介绍单片机/计算机系统原理，并自行设计简易的CPU（由于个人水平有限，这部分没有把握写好，具体内容视情况而定）

教程特点 1、技术知识点全面，从入门到精通