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典型的8051单片机具有4个8位的并行I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3，共32条I/O线。这些I/O端口是双向I/O端口，每个端口均可以用做输入和输出。在程序中，这些I/O端口分别对应4个特殊功能寄存器P0、P1、P2和P3。
对于8051的4组8位I/O口来说，其中P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入/输出口，下面分别介绍这几个端口的结构。
P0端口是由8个相同结构的引脚组成的，对于某一个引脚结构，如图2-19所示。P0端口内部包含一个输出锁存器、一个输出驱动电路、一个输出控制电路、转换开关MUX和两个三态缓冲器，其中输出驱动电路由一对场效应管（FET）组成，整个端口的工作状态受控于输出控制电路。
P0端口既是一个真正的双向数据总线口，也可以分时复用输出低8位地址总线。
当P0端口作为普通的I/O使用时，对应的控制信号为0。电子模拟开关MUX将锁存器的 Q 端和输出端连接在一起。同时与门输出为0使上拉FET管截止，这时的输出是漏极开路电路，故需要外接上拉电阻（5kΩ～10kΩ）才能正常工作。其工作情况如下：
●当程序中使该输出为0时，锁存器的输出端 Q 为高电平，致使下拉FET管导通，从而输出端输出0；
●当程序中设置输出1时，锁存器的 Q 为低电平，致使下拉FET管截止，由外接的上拉电阻将输出端变为高电平，从而输出1。
对于输入的情况，一般应首先置各个锁存器为1（即输出FFH），才能保证获得正确的输入结果。即作为普通I/O端口时，其不是一个真正的双向I/O端口，而是一个准双向端口。
图2-19 P0口内部结构
当P0口用做低8位地址/数据分时复用时，控制信号为高电平1，控制电子模拟开关MUX与地址/数据线经反相器输出相连，并于下拉FET导通，同时与门开锁，输出地址/数据信号，既通过与门驱动上拉FET管，又通过反相器驱动下拉FET管。其工作情况如下：
●当输出信号1时，上拉FET管导通，而1经过反相器后变为0，使下拉FET管截止，从而在输出引脚上输出高电平1；
●当输出信号0时，上拉FET管截止，而0经过反相器后变为1，使下拉FET管导通，从而使输出引脚上输出低电平0。
由于P0口做地址/数据分时复用方式时，经复位后自动置P0口为0FFH，使下拉FET管截止，控制为0时，上拉FET管也截止，从而保证在高阻抗状态下输入正确的信息。因此，P0口作地址/数据总线时是一个真正的双向口，其能够驱动8个LSTTL负载。
P1口一般用做通用I/O端口，其可以用做位处理，各位都可以单独输出或输入信息。P1口的结构示意图如图2-20所示。
图2-20 P1口内部结构
P1口同样是准双向的I/O端口，当需要某位先输出然后输入的时候，应该在输入操作前，加一条输出1的指令，然后再输入才正确。对于复位后，由于各位锁存器均置为1， Q 端输出为0，下拉FET管截止，因此，各位用做输出或输入都是正确的。
另外，对于AT89S52，P1端口的某些引脚还可以有第二功能。P1.0引脚用于定时/计数器2的外部事件计数输入端口，P1.1引脚用于定时/计数器2的外部控制端口。P1.5～P1.7还用于片内Flash的编程。
P2口可以当做普通I/O口，也可以在系统外部扩展存储器的时候，输出高8位的地址。P2口单个引脚的结构示意图，如图2-21所示，其工作情况如下：
●当P2用做高8位地址时，控制信号用电子模拟开关MUX接通地址端，高8位地址信号便加到输出端口，从而实现8位地址的输出；
图2-21 P2口内部结构
●当P2用做普通I/O口时，控制信号用电子模拟开关MUX接通锁存器的Q端，则进行通用I/O操作。此时，P2口属于准双向I/O口。因此，在复位情况下，直接可以从引脚输入外部数据信息；而在运行中，由输出转为输入方式的时候，则应该加一条输出0FFH指令，再从端口读入才正确。其余操作和P0口类似，P2口可以驱动4个LSTTL负载。
P3端口是一个具有第二变异功能且可位操作的端口。P3口的内部结构如图2-22所示，其用途有以下两种。
●当作为普通I/O端口时，P3口可以进行位操作，是准双向端口，可以驱动4个LSTTL负载。
●当系统需要扩展外部器件时，P3口可以作为第二变异功能使用。其各位的功能如表2-8所示。
图2-22 P3口内部结构
表2-8 P3端口的第二变异功能
单片机4个8位I/O端口的不同结构，决定了各自的应用范围。例如，在一些复杂的应用系统中，只用一个单片机很难达到系统的要求，经常需要外部功能扩展。因此，单片机的P0口和P2口常用于组成16位地址总线。P0口用做8位数据总线，P3口由于其特有的第二变异功能，因此常用于传输和控制等，只有P1口可以真正地用于I/O操作。
另外，在单片机应用时，P0口需要外加上拉电阻，而P1口、P2口和P3口内部设置有上拉电阻，不用外加。这4个I/O端口均为准双向I/O端口，其驱动能力不同，P0口的驱动能力最强，可以驱动8个LSTTL负载，其余三个端口只能驱动4个LSTTL负载。
还有一点需要强调的是，这些端口都有两种读取方式，即读锁存器和读引脚。这是因为在I/O端口中，锁存器内容和引脚上的内容有可能不一致。
例如，当单片机的某个I/O引脚用于驱动三极管的基极时，向该引脚写入1，使三极管导通，此时基极的电压便发生由1到0的跳变，从而使该引脚也变为低电平，而此时锁存器中的内容仍然为1。这样便出现锁存器和引脚内容不一致的情况。
在单片机的指令系统中，有些指令用来读锁存器中的内容，有些指令则用来读引脚内容。当指令的目的操作数为I/O口时，该指令所读的便是锁存器中的内容，而不是引脚上的内容。
读锁存器的指令，示例如下：
虽然51系列单片机提供了4个8位的并行I/O口用于和外部设备进行数据通信及控制，但是这些I/O一般不能完全用于输入输出操作。
例如，很多时候都需要扩展外部程序存储器或数据存储器，此时P0口和P2口便用做数据和地址总线，提供给用户的I/O端口只有P1口和P3口。如果再使用串行通信或外部中断功能时，则可使用的I/O口便更少。因此，在单片机的系统设计中，经常需要扩展I/O口。
51系列单片机的I/O端口的扩展，一般采用将扩展的I/O口与外部RAM统一编址的方式。用户可以将外部64KB的RAM空间的一部分作为扩展I/O端口的地址空间，CPU使用“MOVX”指令对此扩展I/O接口进行输入/输出操作，即可以像访问外部RAM存储单元一样来访问扩展的I/O端口。
并行I/O口的扩展有两种方式，可以采用普通的锁存器、三态门等芯片来进行简单的I/O口扩展，也可以采用可编程的I/O芯片，如8255、8155等来进行扩展。
可编程的I/O芯片比较贵，而且使用比较复杂。在实际的单片机应用系统中，一般采用第一种方法，这种I/O端口通过P0口扩展，其成本低、电路简单、使用也很方便。
这里给出使用普通的锁存器、三态门等芯片进行并行I/O口扩展的一个例子。电路的示意图如图2-23所示。
在该电路中，采用74LS273作为端口的扩展输出、74LS244作为端口的扩展输入。如果系统中还有其他扩展I/O端口，可以使用线选法或译码法将其所使用的地址空间分开。下面分析一下电路的原理。
在图2-23中，输出控制信号由引脚P2.0和 WR 取或运算而得，当两者都为低电平的时候，或门输出为0，将P0端口的数据锁存到74LS273中。74LS273的输出控制着发光二极管，当某根引脚输出低电平的时候，对应的发光二极管发亮。
输入信号是由引脚P2.0和 RD 取或运算而得，当两者都为低电平的时候，或门输出为0，此时选通74LS244，将外部的数据信息输入到总线。图2-23中，与74LS244相连的按键开关按下的时候，将输入1，否则将输入0。
可见，通过8051的双向数据线P0端口，既可以从74LS244输入数据，又可以将数据传送到74LS273中输出。
输入和输出都是在P2.0引脚为0的时候有效的，分别用 RD 和 WR 来区别控制的，因此不会产生输入/输出冲突。
图2-23 并行I/O扩展
在程序中访问扩展I/O端口是通过“MOVX”指令来实现的。例如，如果需要读入扩展I/O端口的数据，并保存到累加器A中，则程序的示例代码如下：
如果需要将累加器A中的数据输出，则程序的示例代码如下：
