电子技术（十八）——MCU的IO口

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一、概述
CPU包括运算器和控制器，运算器主要包括算术运算、逻辑运算和位运算，控制逻辑包括定时和控制、指令寄存器、译码器、地址指针和程序计数器PC。CPU外还有时钟电路、ROM、RAM、定时/计数器、并行IO、串行接口、中断系统。
这些IO口实际上就是GPIO，它是单片机内的特殊功能寄存器SFR里面的4个8bit的寄存器。IO可以作为输出或输入。IO作为输出时自带锁存功能，也就是写1后，输出一直是1（锁存器上的值），引脚上可能被外部电路影响而不是1了。
单片机4组IO口，P0输出时需要上拉；P1/P2/P3是准双向口。有些口还可以作为数据或地址输入输出口。P1只能作为双向口，P0扩展数据和地址，P2扩展地址高8位，P3有第二特殊功能。读引脚时需要先想端口写1，把T2截止，这样读到才是外部真实电平。
双向IO口/准双向IO口的区别
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。
单片机的P0口如果工作在第二功能状态下，则是双向IO口。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。
注：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。
二、双向口与准双向口【来源“芋头莎莎”】
2.1P0口双向八位三态IO

这是P0口内部结构图，首先P0口的上面那个三极管D0是在进扩展存储器或扩展总线时使用MOVX指令时才会控制它的导通和截止，在不用此指令时都是截止的。也就是我们平常使用如：P0_1=0　P0_1=1这些语句时控制的都是下面那个三极管D1。
当P0＝0时，等效图是中间的，三极管D1导通，P0点的电位为0。
而当P0＝1时，等效图是右边的，三极管D1截止，而上面的三极管D0始终是截止的，这样P0点就等效于悬空了，
所以要外接上拉电阻，才能有高电平。
所以，当你置1时，由于内部没有上拉电阻，所以为高组态，不能正常输出高、低（高组态输出的电平不确定）
2.2P1口准双向IO
内带上拉电阻

当P1＝0时，三极管D导通，见中间的等效图
当发出P1＝1的指令后，三极管D截止，见右边等效
那为什么叫准双向IO,因为当IO口要设置为输入时，需要先想该端口写“1”，单片机才能正确读取外部的高低电平。
也就是要现有个准备过程，所以叫“准双向3”.P2 P3也是。
双向口与准双向口的区别主要是：准双向口I/O口操作时做数据输入时需要对其置1,否则若前一位为低电平，后一位输入的电平为高则MOS管拉不起来导致出错。而双向口则不需要做此动作，因为双向口有悬浮态。
准双向口就是做输入用的时候要有向锁存器写1的这个准备动作，所以叫准双向口。
真正的双向口不需要任何预操作可直接读入读出。
1：准双向一般只能用于数字输入输出，输入时为弱上拉状态（约50K上拉），端口只有两种状态：高或低。
2：双向除用于数字输入输出外还可用于模拟输入输出，模拟输入时端口通过方向控制设置成为高阻输入状态。双向端口有三种状态：高、低或高阻
三、常用的用法
推挽输出：可以输出较大电流，适合驱动小灯、蜂鸣器等
高阻输入：可读可写，读取IO口值等操作
开漏： 方便外设操作，IIC，SPI等配置
准双向口：读之前要写，写之前要读，类似STM32的清除串口状态，读一次才能把寄存器清零。
上拉
上拉是指单片机的引脚通过电阻接VCC，这样可以把这个引脚的电平固定为高电平。
为什么不直接接到VCC？
如果直接接到VCC，万一你把引脚配置为输出模式，输出低电平，就相当于VCC和GND接在一起了，单片机就烧了啊！如果有一个限流电阻，那么即使配置为输出低电平了，也不会烧芯片了。为了降低功耗(减少耗电，发热)，这个电阻一般比较大。例如:CC2530的上拉和下拉电阻都是20K，那么电流为\(3.3V/20K=16.5uA\)。
下拉
下拉的情况和上拉的相反，是为了把引脚固定为低电平，要有下拉电阻也是为了防止误配置导致烧掉芯片。
三态
三态又称为高阻态，简单理解就是电平的高低由这根线上的外部电路决定，当外部电路为高电平的时候，它也是高电平；当外部电路为低电平的时候，它也是低电平；当外部电路为高阻态的时候，它就是高阻态的，状态完全和外部电路一样
【待补充】
四、MCU引脚悬空时处理
输出引脚 在 不用时候 悬空就可以 NC输入引脚，和 输入输出引脚 在不使用是 ，不能悬空，需要接上0 或 +5V 的固定电压。 不一定是+5，这里代表 表示1 的电压。