嵌入式系统 - I/O 编程

在 8051 中，I/O 操作使用四个端口和 40 个引脚完成。以下引脚图显示了 40 个引脚的详细信息。I/O 操作端口保留 32 个引脚，每个端口有 8 个引脚。其他 8 个引脚被指定为 V_cc、GND、XTAL1、XTAL2、RST、EA (bar)、ALE/PROG (bar) 和 PSEN (bar)。

它是一个 40 针 PDIP（塑料双列直插式封装）

注意 − 在 DIP 封装中，您可以通过 IC 中间的切口识别第一个引脚和最后一个引脚。第一个引脚位于此切割标记的左侧，最后一个引脚（即本例中的第 40 个引脚）位于切割标记的右侧。

I/O 端口及其功能

四个端口 P0、P1、P2 和 P3，每个端口使用 8 个引脚，使其成为 8 位端口。重置后，所有端口均配置为输入，可用作输入端口。将第一个 0 写入端口后，端口将变为输出。要将其重新配置为输入，必须向端口发送 1。

端口 0（引脚编号 32 - 引脚编号 39）

它有 8 个引脚（32 至 39）。可用于输入或输出。与 P1、P2 和 P3 端口不同，我们通常将 P0 连接到 10K 欧姆上拉电阻，以将其用作开漏输入或输出端口。

它也被指定为 AD0-AD7，允许它同时用作地址和数据。对于 8031（即无 ROM 芯片），当我们需要访问外部 ROM 时，P0 将同时用于地址和数据总线。ALE（引脚编号 31）表示 P0 是否有地址或数据。当 ALE = 0 时，它提供数据 D0-D7，但当 ALE = 1 时，它有地址 A0-A7。如果没有可用的外部存储器连接，则必须在外部将 P0 连接到 10K 欧姆上拉电阻。

MOV A,#0FFH  ;(comments: A=FFH(Hexadecimal  i.e. A=1111 1111)  

MOV P0,A     ;(Port0 have 1's on every pin so that it works as Input)

端口 1（引脚 1 至 8）

这是一个 8 位端口（引脚 1 至 8），可用作输入或输出。它不需要上拉电阻，因为它们已经在内部连接。重置后，端口 1 配置为输入端口。以下代码可用于将 55H 和 AAH 的交替值发送到端口 1。

;Toggle all bits of continuously 
MOV     A,#55 
BACK:    

MOV     P2,A 
ACALL   DELAY 
CPL     A      ;complement(invert) reg. A 
SJMP    BACK

如果将端口 1 配置为输出端口，则要再次将其用作输入端口，请通过向其所有位写入 1 来对其进行编程，如以下代码所示。

;Toggle all bits of continuously 

MOV     A ,#0FFH    ;A = FF hex 
MOV     P1,A        ;Make P1 an input port                     
MOV     A,P1        ;get data from P1 
MOV     R7,A        ;save it in Reg R7 
ACALL   DELAY       ;wait 

MOV     A,P1        ;get another data from P1 
MOV     R6,A        ;save it in R6 
ACALL   DELAY       ;wait 

MOV     A,P1        ;get another data from P1 
MOV     R5,A        ;save it in R5

端口 2（引脚 21 至 28）

端口 2 共占用 8 个引脚（引脚 21 至 28），可用于输入和输出操作。与 P1（端口 1）一样，P2 也不需要外部上拉电阻，因为它们已经在内部连接。它必须与 P0 一起使用，为外部存储器提供 16 位地址。因此它也被指定为（A0–A7），如引脚图所示。当 8051 连接到外部存储器时，它为 16 位地址的高 8 位提供路径，并且不能用作 I/O。复位后，端口 2 配置为输入端口。以下代码可用于将 55H 和 AAH 的交替值发送到端口 2。

;Toggle all bits of continuously 
MOV     A,#55 
BACK: 
MOV     P2,A 
ACALL   DELAY 
CPL     A         ; complement(invert) reg. A 
SJMP    BACK

如果将端口 2 配置为输出端口，则要再次将其用作输入端口，请通过向其所有位写入 1 来对其进行编程，如以下代码所示。

;Get a byte from P2 and send it to P1 
MOV    A,#0FFH    ;A = FF hex 
MOV    P2,A       ;make P2 an input port 
BACK: 
MOV    A,P2       ;get data from P2 
MOV    P1,A       ;send it to Port 1
SJMP   BACK       ;keep doing that

端口 3（引脚 10 至 17）

它也是 8 位的，可用作输入/输出。此端口提供一些极其重要的信号。P3.0 和 P3.1 分别是 RxD（接收器）和 TxD（发送器），共同用于串行通信。P3.2 和 P3.3 引脚用于外部中断。P3.4 和 P3.5 分别用于定时器 T0 和 T1。P3.6 和 P3.7 是写入 (WR) 和读取 (RD) 引脚。这些是低电平有效引脚，意味着当为它们提供 0 时它们将处于活动状态，并且它们用于在基于 8031 的系统中为外部 ROM 提供读写操作。

端口 0 和端口 2 的双重角色

• 端口 0 的双重角色 − 端口 0 也被指定为 AD0–AD7，因为它既可用于数据处理，也可用于地址处理。将 8051 连接到外部存储器时，端口 0 可以同时提供地址和数据。然后，8051 微控制器将输入多路复用为地址或数据，以节省引脚。

• 端口 2 的双重角色 − 除了用作 I/O 外，端口 P2 还用于与端口 0 一起为外部存储器提供 16 位地址总线。端口 P2 也被指定为 (A8– A15)，而端口 0 通过 A0–A7 提供低 8 位。换句话说，我们可以说，当 8051 连接到最大可达 64KB 的外部存储器 (ROM) 时，这可以通过 16 位地址总线实现，因为我们知道 216 = 64KB。端口 2 用于 16 位地址的高 8 位，不能用于 I/O，这是任何外部 ROM 程序代码的寻址方式。

引脚的硬件连接

• V_cc − 引脚 40 为芯片提供电源，电压为 +5 V。

• Gnd − 引脚 20 为参考提供接地。

• XTAL1、XTAL2（引脚编号 18 和引脚编号 19） − 8051 具有片上振荡器，但需要外部时钟来运行它。石英晶体连接在芯片的 XTAL1 和 XTAL2 引脚之间。该晶体还需要两个 30pF 的电容器来产生所需频率的信号。每个电容器的一侧接地。8051 IC 有多种速度，这完全取决于石英晶体，例如，20 MHz 微控制器需要频率不超过 20 MHz 的晶体。

• RST（引脚 9） − 它是一个输入引脚和有效高电平引脚。在此引脚上施加高电平脉冲（即 1）后，微控制器将重置并终止所有活动。此过程称为上电复位。激活上电复位将导致寄存器中的所有值丢失。它将程序计数器设置为全 0。为确保复位的有效输入，高电平脉冲必须至少保持高电平两个机器周期，然后才允许其变为低电平，这取决于电容值及其充电速率。 （机器周期是单个指令执行时所需的最小频率量）。

• EA 或外部访问（引脚编号 31） − 它是一个输入引脚。此引脚为低电平有效引脚；施加低脉冲后，它会被激活。如果微控制器 (8051/52) 具有片上 ROM，则 EA（bar）引脚连接到 V_cc。但在没有片上 ROM 的 8031 微控制器中，代码存储在外部 ROM 中，然后由微控制器提取。在这种情况下，我们必须将 EA（引脚编号 31）连接到 Gnd，以指示程序代码存储在外部。

• PSEN 或程序存储启用（引脚编号 29） − 这也是一个低电平有效引脚，即在施加低脉冲后激活。它是一个输出引脚，与基于 8031（即无 ROM）的系统中 EA 引脚一起使用，以允许将程序代码存储在外部 ROM 中。

• ALE 或（地址锁存启用） − 这是一个输出引脚，高电平有效。它特别用于 8031 IC 将其连接到外部存储器。它可以用于决定 P0 引脚是否用作地址总线或数据总线。当 ALE = 1 时，P0 引脚用作数据总线，当 ALE = 0 时，P0 引脚用作地址总线。

I/O 端口和位寻址能力

在为 8051 编写代码时，它是 8051 最广泛使用的功能。有时我们只需要访问端口的 1 或 2 位，而不是整个 8 位。 8051 提供了访问端口各个位的能力。

以单一位方式访问端口时，我们使用语法"SETB X. Y"，其中 X 是端口号（0 到 3），Y 是数据位 D0-D7 的位数（0 到 7），其中 D0 是 LSB，D7 是 MSB。例如，"SETB P1.5"设置端口 1 的高位 5。

以下代码显示了如何连续切换位 P1.2。

AGAIN: 
SETB    P1.2
ACALL   DELAY    
CLR     P1.2      
ACALL   DELAY 
SJMP    AGAIN

单比特指令