IO口操作是單片機(jī)實(shí)踐中最基本最重要的一個(gè)知識(shí)，本篇花了比較長(zhǎng)的篇幅介紹IO口的原理。也是查閱了不少資料，確保內(nèi)容正確無(wú)誤，花了很長(zhǎng)時(shí)間寫(xiě)的。IO口原理原本需要涉及很多深入的知識(shí)，而這里盡最大可能做了簡(jiǎn)化方便理解。這樣對(duì)于以后解決各種IO口相關(guān)的問(wèn)題會(huì)有很大的幫助。

IO口等效模型是本人獨(dú)創(chuàng)的方法，通過(guò)此模型，能有效的降低對(duì)IO口內(nèi)部結(jié)構(gòu)理解的難度。并且經(jīng)查閱資料確認(rèn)，這種模型和實(shí)際工作原理基本一致。

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前面說(shuō)了很多東西，不少人或許已經(jīng)迫不及待的想要實(shí)際操作單片機(jī)了。IO口作為單片機(jī)與外界通信最主要的手段，是單片機(jī)學(xué)習(xí)最基本也最重要的一個(gè)知識(shí)。前面我們編程實(shí)現(xiàn)了IO口點(diǎn)亮LED的實(shí)驗(yàn)，本篇繼續(xù)對(duì)IO口相關(guān)知識(shí)進(jìn)行介紹。

為了更好的學(xué)習(xí)IO口操作，有必要了解一下IO口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)概念。這些知識(shí)對(duì)于后續(xù)的學(xué)習(xí)很有幫助，重點(diǎn)是理解，完全不需要刻意去記。不記得就回來(lái)再看看就行了，用得多了自然就記住了。

我們說(shuō)過(guò)，要了解一個(gè)芯片，最準(zhǔn)確有效的方法，是查看官方給出的芯片手冊(cè)等資料。但是初學(xué)單片機(jī)，直接看芯片手冊(cè)資料恐怕很難弄明白，尤其是看到一堆英文、陌生的電路、名詞術(shù)語(yǔ)，如果是我，一定也會(huì)抓狂的。但是這里我還是給出一張從Atmel官方的《Atmel 8051 Microcontrollers Hardware Manual》中截取的圖片。

給出這張圖片并不是為了打擊大家學(xué)習(xí)熱情，而是希望大家能明白，我們所見(jiàn)過(guò)的各種單片機(jī)資料到底是怎么來(lái)的，到底是否準(zhǔn)確，這一切都可以通過(guò)官方資料弄清楚，對(duì)于大家以后深入學(xué)習(xí)一些東西有一定的幫助。

上圖正是官方給出的權(quán)威的51單片機(jī)IO口結(jié)構(gòu)圖。可以看出，單片機(jī)的四組IO口內(nèi)部結(jié)構(gòu)各不相同，原因是有些IO口有第二功能，入門(mén)篇里面提到過(guò)。

還記得這張管腳圖嗎？括號(hào)中標(biāo)注的就是IO口的第二功能名稱。除了P1以外，每個(gè)接口都有第二功能。介紹單片機(jī)系統(tǒng)模塊時(shí)，我提到51單片機(jī)有預(yù)留擴(kuò)展存儲(chǔ)器的接口，正是圖中的P0和P1的第二功能（同時(shí)還要用到29、30等管腳）。因?yàn)橛玫牟欢啵婕爸R(shí)也比較深入，就不做具體研究了。順便一提，其實(shí)這里我們看到的AD0~AD7，就是用于并行口的。而P3口的第二功能，就包括串口等，后面學(xué)到了還會(huì)具體介紹。

由于深入理解IO口的原理涉及到很多電路甚至微機(jī)原理相關(guān)知識(shí)，這里只做簡(jiǎn)化介紹，能滿足絕大多數(shù)情況下的需要。作為普通IO口使用時(shí)，四個(gè)IO口的工作原理基本一致。

下面的圖是從前面圖中的P1電路中裁剪出來(lái)的，也是我們需要理解的關(guān)鍵。

右邊的P1.X表示P1的一個(gè)IO口，如P1.0；電阻右邊寫(xiě)的英文是內(nèi)部上拉電阻的意思，之所以叫上拉電阻，是因?yàn)殡娮璧囊欢私釉赩CC上。下面的三角形表示接地，相當(dāng)于GND。除此之外，最關(guān)鍵的一個(gè)器件是下面這個(gè)。

這個(gè)器件的本質(zhì)是晶體管，起到電子開(kāi)關(guān)的作用（如果想深入了解，可以學(xué)習(xí)模擬電路相關(guān)的知識(shí)，或者等到原理篇中介紹）。上面的電路可以大致等效成下圖。注意，這樣的結(jié)構(gòu)只是一個(gè)IO口，整個(gè)單片機(jī)中有32個(gè)這種結(jié)構(gòu)。

圖中的R為阻值10k的上拉電阻，S是由前面的晶體管等效的電子開(kāi)關(guān)。藍(lán)色框中的部分在單片機(jī)內(nèi)部。

S的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由CPU控制。當(dāng)用程序設(shè)置P1.0管腳為低電平時(shí)，電子開(kāi)關(guān)S閉合。實(shí)際上電子開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，兩端還有很小的電阻。根據(jù)分壓原理，P1.0上會(huì)有一個(gè)很低的電壓，近似0V，已經(jīng)可以視為低電平了。當(dāng)設(shè)置管腳為高電平時(shí)S斷開(kāi)，P1.0通過(guò)10k上拉電阻接到VCC上。如果用電壓表測(cè)量，因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻很大，所以可以得出其電壓值為高電平。

前面介紹了點(diǎn)亮第一個(gè)LED的程序和電路。程序如下：

#include

sbit LED = P1^0;

void main()

{

LED = 0;

while(1);

}