P0埠8位中的一位結構圖見下圖：
由上圖可見，P0埠由鎖存器、輸入緩衝器、切換開關、一個與非門、一個與門及場效應管驅動電路構成。
下面，先分析組成P0口的各個部分：
先看輸入緩衝器：在P0口中，有兩個三態的緩衝器，在其的輸出端可以是高電平、低電平，同時還有一種就是高阻狀態（或稱為禁止狀態），上面一個是讀鎖存器的緩衝器，下面一個是讀引腳的緩衝器，讀取P0.X引腳上的數據，要使這個三態緩衝器有效，引腳上的數據才會傳輸到內部數據總線上。
D鎖存器：在51單片機的32根I/O口線中都是用一個D觸發器來構成鎖存器的。D端是數據輸入端，CP是控制端（也就是時序控制信號輸入端），Q是輸出端，Q非是反向輸出端。
多路開關：在51單片機中，不需要外擴展存儲器時，P0口可以作為通用的輸入輸出埠（即I/O）使用，對於8031（內部沒有ROM）的單片機或者編寫的程序超過了單片機內部的存儲器容量，需要外擴存儲器時，P0口就作為『地址/數據』總線使用。這個多路選擇開關就是用於選擇是做為普通I/O口使用還是作為『數據/地址』總線使用的選擇開關了。當多路開關與下面接通時，P0口是作為普通的I/O口使用的，當多路開關是與上面接通時，P0口是作為『地址/數據』總線使用的。
輸出驅動部份：P0口的輸出是由兩個MOS管組成的推拉式結構，也就是說，這兩個MOS管一次只能導通一個，當V1導通時，V2就截止，當V2導通時，V1截止。
P0口作為I/O埠使用時，多路開關的控制信號為0（低電平），V1管截止，多路開關是與鎖存器的Q非端相接的（即P0口作為I/O口線使用）。作為地址/數據線使用時，多路開關的控制信號為1，V1管由地址/數據線決定，多路開關與地址/數據線連接。
輸出過程：
1、I/O輸出工作過程：當寫鎖存器信號CP有效，數據總線的信號→鎖存器的輸入端D→鎖存器的反向輸出Q非端→多路開關→V2管的柵極→V2的漏極到輸出端P0.X。這時多路開關的控制信號為低電平0，V1管是截止的，所以作為輸出口時，P0是漏極開路輸出，類似於OC門，當驅動上接電流負載時，需要外接上拉電阻。
下圖就是由內部數據總線向P0口輸出數據的流程圖（紅色箭頭）。
2、地址輸出過程
控制信號為1，地址信號為「0」時，與門輸出低電平，V1管截止；反相器輸出高電平，V2管導通，輸出引腳的地址信號為低電平。
反之，控制信號為「1」、地址信號為「1」，「與門」輸出為高電平，V1管導通；反相器輸出低電平，V2管截止，輸出引腳的地址信號為高電平。請看下圖（蘭色字體為電平）：
可見，在輸出「地址/數據」信息時，V1、V2管是交替導通的，負載能力很強，可以直接與外設存儲器相連，無須增加總線驅動器。
3、作為數據總線的輸出過程
如果該指令是輸出數據，如MOVX @DPTR，A（將累加器的內容通過P0口數據總線傳送到外部RAM中），則多路開關「控制」信號為『1』，「與門」解鎖，與輸出地址信號的工作流程類似，數據據由「地址/數據」線→反相器→V2場效應管柵極→V2漏極輸出。
輸入過程：
1、I/O讀引腳工作過程：
讀晶片引腳上的數據時，讀引腳緩衝器打開，通過內部數據總線輸入，請看下圖（紅色簡頭）。
2、I/O讀鎖存器工作過程：
通過打開讀鎖存器三態緩衝器讀取鎖存器輸出端Q的狀態，請看下圖（紅色箭頭）：
3、地址/數據時讀指令碼和數據過程
作為數據總線使用。在訪問外部程序存儲器時，P0口輸出低8位地址信息後，將變為數據總線，以便讀指令碼（輸入）。在取指令期間，「控制」信號為「0」，V1管截止，多路開關也跟著轉向鎖存器反相輸出端Q非；CPU自動將0FFH（11111111，即向D鎖存器寫入一個高電平『1』）寫入P0口鎖存器，使V2管截止，在讀引腳信號控制下，通過讀引腳三態門電路將指令碼讀到內部總線，這個過程和I/O讀引腳過程是一樣的。
在輸入狀態下，從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的，但也有例外。例如，當從內部總線輸出低電平後，鎖存器Q＝0，Q非＝1，場效應管T2開通，埠線呈低電平狀態。此時無論埠線上外接的信號是低電乎還是高電平，從引腳讀入單片機的信號都是低電平，因而不能正確地讀入埠引腳上的信號。又如，當從內部總線輸出高電平後，鎖存器Q＝1，Q非＝0，場效應管T2截止。如外接引腳信號為低電平，從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。為此，8031單片機在對埠P0一P3的輸入操作上，有如下約定：為此，8051單片機在對埠P0一P3的輸入操作上，有如下約定：凡屬於讀-修改-寫方式的指令，從鎖存器讀入信號，其它指令則從埠引腳線上讀入信號。讀-修改-寫指令的特點是，從埠輸入(讀)信號，在單片機內加以運算(修改)後，再輸出(寫)到該埠上。這樣安排的原因在於讀-修改-寫指令需要得到埠原輸出的狀態，修改後再輸出，讀鎖存器而不是讀引腳，可以避免因外部電路的原因而使原埠的狀態被讀錯。當P0作為地址/數據總線使用時，在讀指令碼或輸入數據前，CPU自動向P0口鎖存器寫入0FFH，破壞了P0口原來的狀態。因此，不能再作為通用的I/O埠。在系統設計時務必注意，即程序中不能再含有以P0口作為操作數（包含源操作數和目的操作數）的指令。
二、P1埠的結構及工作原理
由圖可見，P1埠與P0埠的主要差別在於，P1埠用內部上拉電阻R代替了P0埠的場效應管T1，並且輸出的信息僅來自內部總線。由內部總線輸出的數據經鎖存器反相和場效應管反相後，鎖存在埠線上，所以，P1埠是具有輸出鎖存的靜態口。要正確地從引腳上讀入外部信息，必須先使場效應管關斷，以便由外部輸入的信息確定引腳的狀態。為此，在作引腳讀入前，必須先對該埠寫入l。具有這種操作特點的輸入/輸出埠，稱為準雙向I/O口。8051單片機的P1、P2、P3都是準雙向口。P0埠由於輸出有三態功能，輸入前，埠線已處於高阻態，無需先寫入l後再作讀操作。單片機復位後，各個埠已自動地被寫入了1，此時，可直接作輸入操作。如果在應用埠的過程中，已向P1一P3埠線輸出過0，則再要輸入時，必須先寫1後再讀引腳，才能得到正確的信息。此外，隨輸入指令的不同，P1埠也有讀鎖存器與讀引腳之分。
三、P2埠的結構及工作原理:
由圖可見，P2埠在片內既有上拉電阻，又有切換開關MUX，所以P2埠在功能上兼有P0埠和P1埠的特點。這主要表現在輸出功能上，當切換開關向下接通時，從內部總線輸出的一位數據經反相器和場效應管反相後，輸出在埠引腳線上；當多路開關向上時，輸出的一位地址信號也經反相器和場效應管反相後，輸出在埠引腳線上。
對於8031單片機必須外接程序存儲器才能構成應用電路（或者我們的應用電路擴展了外部存儲器），而P2埠就是用來周期性地輸出從外存中取指令的地址(高8位地址)，因此，P2埠的多路開關總是在進行切換，分時地輸出從內部總線來的數據和從地址信號線上來的地址。因此P2埠是動態的I/O埠。輸出數據雖被鎖存，但不是穩定地出現在埠線上。其實，這裡輸出的數據往往也是一種地址，只不過是外部RAM的高8位地址。
在輸入功能方面，P2埠與P0和H埠相同，有讀引腳和讀鎖存器之分，並且P2埠也是準雙向口。
可見，P2埠的主要特點包括：
①不能輸出靜態的數據；
②自身輸出外部程序存儲器的高8位地址；
②執行MOVX指令時，還輸出外部RAM的高位地址，故稱P2埠為動態地址埠。
即然P2口可以作為I/O口使用，也可以作為地址總線使用，下面我們就分析下它的兩種工作狀態。
1、作為I/O埠使用時的工作過程
當沒有外部程序存儲器或雖然有外部數據存儲器，但容易不大於256B，即不需要高8位地址時（在這種情況下，不能通過數據地址寄存器DPTR讀寫外部數據存儲器），P2口可以I/O口使用。這時，「控制」信號為「0」，多路開關轉向鎖存器同相輸出端Q，輸出信號經內部總線→鎖存器同相輸出端Q→反相器→V2管柵極→V2管9漏極輸出。
由於V2漏極帶有上拉電阻，可以提供一定的上拉電流，負載能力約為8個TTL與非門；作為輸出口前，同樣需要向鎖存器寫入「1」，使反相器輸出低電平，V2管截止，即引腳懸空時為高電平，防止引腳被鉗位在低電平。讀引腳有效後，輸入信息經讀引腳三態門電路到內部數據總線。
2、作為地址總線使用時的工作過程
P2口作為地址總線時，「控制」信號為『1』，多路開關車向地址線（即向上接通），地址信息經反相器→V2管柵極→漏極輸出。由於P2口輸出高8位地址，與P0口不同，無須分時使用，因此P2口上的地址信息（程序存儲器上的A15~A8）功數據地址寄存器高8位DPH保存時間長，無須鎖存。
四、P3埠的結構及工作原理
P3口是一個多功能口，它除了可以作為I/O口外，還具有第二功能，P3埠的一位結構見下圖
上圖可見，P3埠和Pl埠的結構相似，區別僅在於P3埠的各埠線有兩種功能選擇。當處於第一功能時，第二輸出功能線為1，此時，內部總線信號經鎖存器和場效應管輸入/輸出，其作用與P1埠作用相同，也是靜態準雙向I/O埠。當處於第二功能時，鎖存器輸出1，通過第二輸出功能線輸出特定的內含信號，在輸入方面，即可以通過緩衝器讀入引腳信號，還可以通過替代輸入功能讀入片內的特定第二功能信號。由於輸出信號鎖存並且有雙重功能，故P3埠為靜態雙功能埠。
使P3端品各線處於第二功能的條件是:
1、串行I/O處於運行狀態(RXD,TXD);
2、打開了處部中斷(INT0,INT1);
3、定時器/計數器處於外部計數狀態(T0,T1)
4、執行讀寫外部RAM的指令(RD,WR)
在應用中,如不設定P3埠各位的第二功能(WR,RD信號的產生不用設置),則P3埠線自動處於第一功能狀態，也就是靜態I／O埠的工作狀態。在更多的場合是根據應用的需要，把幾條埠線設置為第二功能，而另外幾條埠線處於第一功能運行狀態。在這種情況下，不宜對P3埠作字節操作，需採用位操作的形式。
四、驅動能力
P0埠能驅動8個LSTTL負載。如需增加負載能力，可在P0總線上增加總線驅動器。P1，P2，P3埠各能驅動4個LSTTL負載。由於P0-P3埠已映射成特殊功能寄存器中的P0一P3埠寄存器，所以對這些埠寄存器的讀／寫就實現了信息從相應埠的輸入／輸出。例如：
MOV A， P1 ；把Pl埠線上的信息輸入到A
MoV P1， A ；把A的內容由P1埠輸出
MOV P3， #0FFH ；使P3埠線各位置l