「精品博文」LinCoding告诉您什么才是IO口

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【主题】：LinCoding告诉您什么才是IO口

【作者】：LinCoding

【时间】：2016.11.8

连续一周了，在弄传说中的SDRAM，不是说SDRAM，有多么多么难，我是受友晶SDRAM封装库的启发，想写一个通用版的SDRAM程序，更换SDRAM时候只需要改行列，就可以直接使用，虽然从上上周日开始看了一周友晶的SDRAM库，看懂了，并且自己写了全部的注释，但是移植到我黑金板子上时候，怎么都成功不了，各种找问题，实在是找不到，所以，从上周开始，打算自己写一个SDRAM的驱动程序，前前后后看SDRAM有10天了，真的是把我弄的寝食难安，觉睡不好，女票陪不了，不过这10天看了很多很多网上关于SDRAM的资料什么的，算是快把SDRAM吃透了，现在写好了单字节读写的程序，并且在两个不同芯片，不同SDRAM的FPGA上试了，可以很方便移植，等我整个写好以后，会免费上传到我的博客里，需要的朋友可以免费下载。

好了，废话说了一大推，在仿真SDRAM时候，由于SDRAM的数据口是inout型，那么，仿真时候该怎么弄呢，网址可能有人有过总结，但是我还是写一下吧，顺便谈谈我对IO口的理解。

一、什么是IO口

这还用说，就是既能做输入，又能做输出呗，所谓Input output的首字母缩写

二、什么是双向IO口，什么准双向IO口

是不是感觉。。。一下答不上来，反正笔者曾经是这样，不过各位大神一定对答如流了。

在学习标准51单片机时候，大家可能都知道，或者听过，或没注意过51单片机的IO口分为双向和准双向，具体起来说，就是80C51的P1、P2和P3为准双向IO口，P0为双向IO口，在学习STM32时候，更为恐怖，又是推挽，又是上拉，下拉的。。。整的刚开始学习的笔者直接懵逼了。。。，但是道理上都是一样的。那么问题来了什么是准双向？什么是双向？

“要读取时候先输出1，才能读，为准双向”，课本上是这么说的，但是说的好像P0口读取时候不用输出1一样，其实这并不是这么简单。

以下为笔者个人的理解：如果有误，笔者可不负责任啊，哈哈，倒是可以相互交流。

先看看51单片机IO的结构吧：

上面4副图引用自：《从零开始学单片机技术》——刘建清

这本书在讲51的IO结构时候说的还算比较清楚的，想弄清楚的读者，建议看一下。笔者看过有的书都是一笔带过，有的没怎么说清楚。

笔者理解如下：

P0口之所以称之为双向IO口是因为在作为地址/数据功能时，构成了推挽结构，可输出高电平和低电平，且当上下两个MOS管都截止时，呈现高阻态，可以实现内外数据的隔离，当PO口作为普通IO口使用时，构成了OC/OD门，即开集电极/漏极输出，低电平可以正常输出，但如果要输出高电平，必须外加上拉电阻。作为输入时，必须先输出1 ，即向内部的锁存器写1，以断开下拉的MOS管，此时，管脚处于浮空状态，然后读引脚就可读入高低电平。

P1、P2、P3之所以称之为准双向IO口，是因为内部带了上拉电阻，因此在任何时候都不会出现高阻态，只会出现高低电平。作为输出时，可输出高低电平，作为输入时，必须先输出1 ，即向内部的锁存器写1，以断开下拉的MOS管，然后读引脚就可读入高低电平。

准双向IO口输出低电平时，灌电流可达20mA，输出高电平时，输出能力较弱，不到1mA，若到输出高电平给其他器件，由于其他器件输入时为高阻态，因此可正常将高低电平输出，但，若要驱动外设（如LED），最好通过控制三极管来达到控制外设的效果。

说了这么多，晕了吧。。。。那就说简单点：

凡是在输出状态下能输出高电平和低电平，在输入状态下可以呈现浮空（高阻）的门即为三态门，它所构成的IO口成为双向IO，除此之外其他IO都是准双向IO。所以说只要能出现三态情况的口都是为双向口，只能出现两态的就叫准双向了呗。

虽然不知道笔者总结的对不对，但是在做SDRAM的数据口仿真时候，没有与现有的资料冲突

三、如何驱动或仿真带有IO口的模块

1、IO口驱动（只截取最重要的）

inout[15:0]IO;

input[15:0]WR_data;

outputreg[15:0]RD_data;

reg isOut;

always @ ( posedge CLK or negedge RSTn )

begin

if ( ! RSTn )

isOut <= 1'b0;

else

case ( state )

0://read data from IO

begin

isOut<= 1'b0;

RD_data<= IO;

state<= state + 1'b1;

end

1：//write data to IO

begin

isOut<= 1'b1;

endcase

end

assign IO = isOut ? WR_data : 16'dz;

2、IO口仿真（只截取最重要的）

reg[15:0]treg_IO;//read IO

wire [15:0]IO;//Write IO

assignIO = treg_IO;

reg[15:0]RD_data;

reg[15:0]WR_data;

rData <= 0;

RD_data <= IO;

state <= state + 1'b1;

end

1://write data to IO

begin

treg_IO <= WR_data;

详解单片机的IO接口

MCS-51系列单片机有4组I/O接口：P0、P1、P2和P3。前面简单介绍了一下各个端口，要学好单片机技术，非常有必要详细了解这些端口的内部结构及工作原理。

P0端口

P0 端口有 P0.0～P0.7 共 8 个引脚，这些引脚除了可作 I/O 引脚外，在外接存储器时，还可作地址 / 数据总线引脚。 P0端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-6所示。

图2-6 P0端口内部电路结构

(1)当P0端口用作输出端口时

如果要将P0端口用作输出端口，单片机内部的CPU会发出一个“0”到与门的控制端。控制端的“0”一方面关闭与门(即与门的一端为“0”时，不管另一端输入何种信号，输出都为“0”)，使地址/数据总线送来的信号无法通过与门;另一方面控制电子开关，让电子开关与锁存器的Q端接通。

此时若给锁存器的写锁存器端送写脉冲信号，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D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”经电子开关送到场效应管VT2的栅极，VT2截止，从P0端口输出“1”。

也就是说，当给P0端口内部的与门控制端送“0”，同时给写锁存器端送写脉冲信号时，单片机内部总线的信号就可以通过接口电路从P0端口输出。

(2)当P0端口用作输入端口时

当将P0端口用作输入端口时，P0端口的信号既送到三态门，又送到VT2的漏极。如果锁存器之前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使VT2导通，P0端口被钳在“0”电平上，“1 ”将无法送入P0端口。

解决的方法是：在将数据输入P0端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，即让Q=0，VT2截止，P0端口输入的“1”就可以送到三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

也就是说，要将P0端口作为输入端口，先要将P0端口的锁存器写“1”，然后再给输入三态门送读控制信号，P0端口的数据就可以通过接口电路，送到单片机内部的总线上。

(3)当P0端口用作地址/数据总线引脚时

如果要将P0端口用作地址/数据总线引脚，先要给与门的控制端送“1”，于是与门打开，同时电子开关和非门输出端接通。当地址/数据总线为“1”时，“1”一方面通过与门送到VT1的栅极，VT1导通，另一方面送到非门，经反相变为“0”，再经电子开关送到VT2的栅极，VT2截止，VT1导通，VT2截止使P0端口输出为“1”;当地址/数据总线为“0”时，VT1导通，VT2也导通，P0端口输出为“0”。

也就是说，当给与门的控制端送“1”时，内部地址/数据总线上的信号就可以从P0端口输出，P0端口就可当作地址/数据总线引脚使用。

P1端口

P1 端口有 P1.0～P1.7 共 8 个引脚，这些引脚可作 I/O 引脚。 P1端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-7所示。

图2-7 P1端口内部电路结构

从图2-7中可以看出，P1端口的结构较P0端口简单很多，由于P1端口内部采用了一只场效应管，并且与电源之间接了一只上拉电阻，所以不需要在P1端口的外部接上拉电阻。

(1)当P1端口用作输出端口时

如果要将P1端口用作输出端口，应给锁存器的写锁存器CL端送写脉冲信号，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D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”送到场效应管的栅极，场效应管截止，从P1端口输出“1”。

(2)当P1端口用作输入端口时

当将P1端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使场效应管导通，P1端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P1端口。所以与P0端口一样，在将数据输入P1端口前，先要通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=0，场效应管截止，P1端口输入的“ 1”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过输入三态门送到内部总线。

P2端口

P2端口有P2.0～P2.7共8个引脚，P2端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-8所示。

图2-8 P2端口内部电路结构

从图2-8中可以看出，P2端口的内部结构与P0端口很相似。P2 端口也可作 I/O 引脚，在外接存储器时，还可以作为地址总线引脚。

(1)当P2端口用作地址总线引脚时

如果要将P2端口用作地址总线引脚，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与内部地址总线接通，地址总线上的信号就可以在通过电子开关、非门和场效应管后从P2端口引脚输出。

(2)当P2端口用作I/O接口时

如果要将P2端口用作I/O接口，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与锁存器接通。

当将P2端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线上的数据就被锁存进锁存器并从Q端输出，再通过电子开关、非门和场效应管从P2端口引脚输出。

当将P2端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0，经非门反相后会使场效应管导通，P2端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P2端口。所以与P0、P1端口一样，在将数据输入P2端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P2端口输入的“1 ”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

P3端口

P3 端口有 P3.0～P3.7 共 8 个引脚， P3 端口可作为 I/O 接口，还可以用于其他方面。P3端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-9所示。

图2-9 P3端口内部电路结构

(1)当P3端口用作I/O接口时

如果要将P3端口用作I/O接口，应让与非门的选择输出功能端为“1”，以开通与非门。

当将P3端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q端输出，再通过与非门和场效应管从P3端口引脚输出。

当将P3端口用作输入端口时，应先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P3端口输入的信号就可以通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

(2)当P3端口用作第二功能时

P3端口用作第二功能(又称复用功能)时，实际上也是在该端口输入或输出信号，只不过输入、输出的是一些特殊功能的信号。所以当P3端口用作第二功能时，其内部电路的工作原理与用作I/O接口时是一样的，在用作输入功能时，端口的锁存器同样要先置“1”。

P3端口8个引脚的第二功能详见表2-1。例如P3.2引脚用作第二功能时，该端口可输入由外部设备送到的中断请求信号，该信号通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

P3端口除了可以接收外界的输入信号外，还可以接收内部的替代输入功能端送来的信号，该信号通过输入三态门送到内部总线。

总之，P0、P1、P2 和 P3 端口的功能是：都可以作输入或输出端口; P0、P2、P3 端口具有第二功能，各种端口的第二功能见表2-1。例如，表中说明P0端口的第二功能可以用作低8位地址总线/ 数据总线，P2端口可用作高8位地址总线，P3.0端口可用作串行数据接收端。

表2-1 MCS-51系列单片机各端口的第二功能

上海羊羽卓进出口贸易有限公司

产品概述

单片机io口定义「精品博文」LinCoding告诉您什么才是IO口

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详解单片机的IO接口

P0端口

P1端口

P2端口

P3端口

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