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。