STC51 P0 口 与P1 口输出

P0 口漏极开路输出及外接上拉电阻的原因

1. P0 口的电路结构

P0 口的每个引脚内部电路由一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制电路组成。其输出驱动电路由两个场效应管(FET)构成,上面的场效应管是 PMOS,下面的是 NMOS,这种结构为漏极开路输出结构。

2. 输出低电平情况

当向 P0 口的某一位写 0 时,输出锁存器的 Q 端为 0,经过输出控制电路使下面的 NMOS 管导通,而上面的 PMOS 管截止。此时引脚通过导通的 NMOS 管接地,输出低电平。

3. 输出高电平情况

当向 P0 口的某一位写 1 时,输出锁存器的 Q 端为 1,上面的 PMOS 管和下面的 NMOS 管都截止,引脚处于高阻态(相当于浮空)。此时引脚没有驱动能力,如果不外接上拉电阻,引脚无法输出稳定的高电平。外接上拉电阻后,当 PMOS 和 NMOS 都截止时,电源通过上拉电阻为引脚提供高电平,从而使引脚能够输出稳定的高电平信号。

P1 口内部带上拉电阻与 P0 口输出的区别

1. 电路结构区别
  • P0 口:前面提到是漏极开路输出结构,由两个场效应管组成输出驱动,无内部上拉电阻。
  • P1 口:P1 口的输出驱动电路内部连接了上拉电阻。每个引脚的上拉电阻一端接电源 VCC,另一端连接到输出驱动电路。
2. 输出高电平的区别
  • P0 口:输出高电平时,由于场效应管都截止,引脚高阻浮空,必须外接上拉电阻才能输出稳定高电平。否则,引脚无法提供足够的电流来驱动外部负载,也就不能正常输出高电平信号。
  • P1 口:当向 P1 口的某一位写 1 时,输出锁存器的 Q 端为 1,输出驱动电路通过内部上拉电阻连接到电源 VCC,引脚可以直接输出高电平。内部上拉电阻为引脚提供了驱动能力,能够输出稳定的高电平信号,无需外接上拉电阻。
3. 输出低电平的区别
  • P0 口:写 0 时,下面的 NMOS 管导通,引脚通过 NMOS 管接地输出低电平。
  • P1 口:写 0 时,输出锁存器控制输出驱动电路使引脚接地,输出低电平。在输出低电平方面,二者原理类似,但 P0 口的 NMOS 管导通电阻相对较小,低电平输出能力较强。
4. 应用场景区别
  • P0 口:常用于需要大电流驱动或作为地址 / 数据总线的场景。在作为地址 / 数据总线时,外接上拉电阻可以满足信号传输的要求;在需要大电流驱动时,外接合适的上拉电阻可以提供足够的驱动电流。
  • P1 口:由于其内部带上拉电阻,使用方便,常用于一些不需要大电流驱动的普通 I/O 应用,如连接按键、LED 等简单外设。
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