前言：

上篇文章简单介绍了单片机的CPU、存储器和定时/计数器。下面介绍一下单片机的I/O接口、中断控制系统和时钟电路这三个模块。

一、I/O接口

单片机的I/O接口是单片机的输入输出口，输入口用于接收外部设备的数据，而输出口用于向外部设备发送数据。一个单片机一定会有一个或多个I/O口，每个I/O口都具备一定的功能，如准双向口/弱上拉（标准8051输出模式）、强推挽输出/强上拉、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。C51中，P1、P2、P3都是准双向口电路，P0是漏极开漏。

1、准双向口

开漏输出+上拉电阻 = （准）输入输出端口
输出：可以输出低电平，也可以输出高电平（驱动能力弱）
输入：可以输入低电平，也可以输入高电平
准双向口输出图如下：

分析：
当口锁存数据为高电平1时，端口引脚输出 高电平，但是此时导通的上拉晶体管是极弱上拉，所以驱动能力弱，如下图：

一般网上的I/O结构图如下：

注意：
双向口和准双向口的区别在于双向口有高阻这个状态，而C51中的P1~P3中内部有上拉电阻，所以没有高阻态，因此称为准双向口。

2、推挽输出

推挽输出可以真正的输出高电平和低电平，高电平等同于Vdd，低电平等同于Gnd。
推挽的结构是由两个MOS管或三极管收到互补信号的控制，两个管子始终有一个处于截止状态，另一个处于导通的状态。

当$V_{IN}$ 输入高电平时，N-MOS 导通，P-MOS截止，此时输出的是 Gnd
当$V_{IN}$ 输入低电平时，N-MOS 截止，P-MOS导通，此时输出的是 $V_{DD}$
（上图左边下面的MOS管为N-MOS管）

1）拉电流

当P-MOS导通时，漏极电流流出，此电流为拉电流。

2）灌电流

当N-MOS导通时，外部电源电路的电流流入，此电流为灌电流。

注意：不管是拉电流还是灌电流，在实际的电路中，需要根据电路的输出能力匹配上拉电阻或下拉电阻，保证功能的实现。

3、开漏输出

全称是 漏极开路输出电路

当MOS管导通时，IO电平被拉低，输出低电平
当MOS管断开时，即漏极开路，IO的状态由外部决定，只有外接上拉电阻才能输出高电平，否则只能输出高阻态。

开漏输出电路如下：

二、中断控制系统

当CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件请求，请求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完后，再回到原来被中断得到地方，继续原来的工作，这样的工作即为中断。

1、中断源

中断源	优先级	中断允许标志位	中断请求位	中断方式
INT0（外部中断0）	0（最高）	EX0	IE0	P3.2低电平或下降沿
定时器T0	1	ET0	TF0	溢出
INT1（外部中断1）	2	EX1	IE1	P3.3低电平或下降沿
定时器T1	3	ET1	TF1	溢出
串口	4	ES	TX/RX	接收或发送数据结束

注意：INT0/INT1由特殊寄存器TCON控制

2、中断有关的寄存器

1）定时/计数控制寄存器（TCON）

寄存器框图如下：

继续上半篇，由上图可知外部中断相关位是 IE1、IT1、IE0、IT0。（TF1、TR1、TF0、TR0和定时/计数器有关的功能，可看上一篇内容，这里不再赘叙）。

TCON中的位功能如下：

2）串行口控制寄存器（SCON）

串行口控制寄存器的中断标志位分别为 TI 和 RI。（只有这两位用来控制中断，其他位与中断无关）

中断请求标志位	功能
TI	CPU每发送一帧数据，硬件置为1(TI=1)，但是中断被响应时，需要在中断服务程序中通过软件对TI清零
RI	每接收一帧数据，硬件置为1(TI=1)，但是中断被响应时，一样需要在中断服务程序中通过软件对TI清零

3）中断允许控制寄存器（IE）

IE寄存器可以控制各个中断源的允许与禁止，一般由用户控制。

标志位	功能
EA	总中断允许开关，EA=0时，不允许任何中断
ES	满足EA=1且ES=1时，才可以使用串行口中断
ET1	满足EA=1且ET1=1时，才可以使用定时/计数器1中断
EX1	满足EA=1且EX1=1时，才可以使用外部中断1
ET0	满足EA=1且ET0=1时，才可以使用定时/计数器0中断
EX0	满足EA=1且EX0=1时，才可以使用外部中断0

4）中断优先级控制寄存器（IP）

IP 寄存器用于设置各个中断源的优先级，用来改变系统中断源的优先级顺序和实现二级中断嵌套。
中断嵌套：CPU刚好在响应一个低优先级的中断任务，还未结束，但此时来了一个高优先级的中断提出请求，那么CPU会暂停低优先级的中断，转而先执行高优先级的中断服务，在执行完高优先级的中断后，从低优先级的断点继续执行未完成的中断，实现二级中断嵌套

标志位	功能
PS	PS=1时，串行口中断为高优先级
PT1	PT1=1时，定时/计数器1中断为高优先级
PX1	PX1=1时，外部中断1为高优先级
PT0	PT0=1时，定时/计数器0中断为高优先级
PX0	PX0=1时，外部中断0为高优先级

注意：
1、在同等级中断中，按默认优先级执行。（默认优先级见上面的中断源中的优先级）
2、在复位后，全部重置为0。

三、时钟电路

单片机时钟电路是单片机的一个重要组成部分，它为单片机提供基本的时钟信号，以驱动内部的计时和操作。一般分为两种：内部时钟和外部时钟。

1、内部时钟

某些单片机具有内部时钟发生器，它在芯片内部产生时钟信号。内部时钟通常是由片内振荡电路产生，通过设置寄存器或控制位来调制频率。

电路图如下：

分析：
在上图中，这是一个自激振荡电路，XTAL1和XTAL2两个引脚两端必须跨接石英石作为振荡器，并和两个小电容构成振荡电路，通常电容在30pF左右

2、外部时钟

有些单片机需要外部时钟源，如晶振。外部时钟源通常由外部电路（如晶体振荡器）提供，通过电路连接到单片机的时钟输入引脚。
电路图如下：

分析：
XTAL2引脚与外部时钟相连，XTAL1引脚接地。

3、时钟电路作用总结

1、定时控制
2、数据采样和同步
3、芯片内模块协同工作
4、系统稳定性和可靠性
5、降低功耗