几种常用51单片机的I/O口驱动能力分析

在控制系统中，经常用单片机的Ｉ／Ｏ口驱动其他电路。几种常用单片机Ｉ／Ｏ口驱动能力在相关的资料中的说法是：ＧＭＳ９７Ｃ２０５１、ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｐ１、Ｐ３的口线分别具有 １０ｍＡ、２０ｍＡ的输出驱动能力，ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３的口线具有１０ｍＡ的输出驱动能力。在实际应用中，仅有这些资料是远远不够的。笔者通过实验测出了上述几种单片机的Ｉ／Ｏ口线的伏安特性（图１、图２），从中可以得到这些Ｉ／Ｏ口的实际驱动能力。

说明：１、测试方法：所测试的口线输出的信号是周期为４秒的方波。当测试口线为低电平时的驱动能力时，该口线通过电阻箱接＋５Ｖ电源，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即灌电流；测出这样的一组数据，得到口线为低电平时的伏安特性曲线。当测试口线为高电平时的驱动能力时，该口线通过电阻接地，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即拉电流；测出这样的一组数据，得到口线为高电平时的伏安特性曲线。２、ＡＴ８９Ｃ２０５１、ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１．０和Ｐ１．１及ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０口的８条口线为漏极开路，其输出伏安特性取决于外接的上拉电阻，本实验不包括这些口线。实验发现，ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１口为高电平时能够驱动ＣＭＯＳ和ＬＳＴＴＬ，但驱动能力较差，其输出伏安特性曲线未标在图２中。３、图中绘出ＬＳＴＴＬ电平的上下限值ＶOL（MAX）＝０．５Ｖ和ＶOH（MIN）＝２．７Ｖ，据此可求出口线的最大扇出Ｎ。

ＡＴ８９Ｃ５１：Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤３８，Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１０，取Ｎ＝１０。

ＡＴ８９Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤９１，Ｐ１、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤９，取Ｎ＝９。

ＧＭＳ９７Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤５１，Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１７，取Ｎ＝１７。

根据图１、图２及上述说明，可以得出如下结论：

1） 这几种芯片的Ｉ／Ｏ口线的低电平的驱动能力明显高于高电平的驱动能力；2） ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ３口作Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝１７， Ｐ１口高电平的驱动能力相对较差，最好不用Ｐ１口高电平作驱动；3） ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｐ１、Ｐ３口做Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝９；4） ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口做Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝１０。

根据以上结论，笔者建议用Ｉ／Ｏ口线的低电平来作驱动输出；典型的驱动电路如图３。