嵌入式系统 - I/O 编程

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在 8051 中，I/O 操作是使用 4 个端口和 40 个引脚完成的。下面的引脚图显示了 40 个引脚的详细信息。I/O操作端口预留32个引脚，每个端口8个引脚。其他 8 个引脚指定为 V _cc、GND、XTAL1、XTAL2、RST、EA（条）、ALE/PROG（条）和 PSEN（条）。

它是 40 引脚 PDIP（塑料双列直插式封装）

注- 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，因此它们是 8 位端口。复位后，所有端口均配置为输入，准备用作输入端口。当第一个 0 写入端口时，它成为输出。要将其重新配置为输入，必须将 1 发送到端口。

端口 0（引脚 32 – 引脚 39）

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

它也被指定为 AD0-AD7，允许它用作地址和数据。对于8031（即ROMless芯片），当我们需要访问外部ROM时，P0将用于地址总线和数据总线。ALE（引脚号 31）指示 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，它提供地址A0-A7。如果没有可用的外部存储器连接，P0 必须在外部连接 10K 欧姆的上拉电阻。

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）

它是一个 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。复位后，端口 1 被配置为输入端口。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

如果端口 1 配置为用作输出端口，则要再次将其用作输入端口，请通过向其所有位写入 1 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 总共占用 8 个引脚（引脚 21 至 28），可用于输入和输出操作。正如 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。因此也指定为（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 被配置为输入端口。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

如果端口 2 配置为用作输出端口，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，可以用作输入/输出。该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，意味着当赋予它们 0 时它们将被激活，并且这些引脚用于向基于 8031 的系统中的外部 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，因为它可用于数据和地址处理。将 8051 连接到外部存储器时，端口 0 可以提供地址和数据。然后，8051 微控制器将输入复用为地址或数据，以节省引脚。

• 端口 2 的双重作用- 除了用作 I/O 外，端口 P2 还与端口 0 一起为外部存储器提供 16 位地址总线。端口 P2 也指定为 (A8–A15)，而端口 0 提供通过 A0–A7 降低 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。Port2 用于 16 位地址的高 8 位，不能用于 I/O，这是外部 ROM 的任何程序代码的寻址方式。

引脚硬件连接

• 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 18 和引脚 19） - 8051 有片上振荡器，但需要外部时钟来运行。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 的电容器来生成所需频率的信号。每个电容器的一侧接地。8051 IC 有多种速度可供选择，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） - 它是输入引脚和高电平有效引脚。在该引脚上施加高脉冲（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。它将把程序计数器设置为全 0。为了确保复位的有效输入，高脉冲必须至少保持两个机器周期的高电平，然后才能变低，这取决于电容器值及其充电速率。（机器周期是执行单个指令所需的最小频率）。

• EA 或外部访问（引脚 31） - 它是一个输入引脚。该引脚为低电平有效引脚；一旦施加低脉冲，它就会被激活。如果微控制器 (8051/52) 具有片上 ROM，则 EA（条形）引脚连接至 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，然后由微控制器读取。在这种情况下，我们必须将EA（引脚号31）连接到Gnd，以表明程序代码存储在外部。

• PSEN 或程序存储启用（引脚 29） - 这也是一个低电平有效引脚，即在施加低脉冲后被激活。它是一个输出引脚，与基于 8031（即 ROMLESS）系统中的 EA 引脚一起使用，以允许在外部 ROM 中存储程序代码。

• ALE 或（地址锁存使能） - 这是一个输出引脚，高电平有效。特别用于8031 IC与外部存储器的连接。可以在决定 P0 引脚用作地址总线还是数据总线时使用。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

这是在为 8051 编写代码时使用最广泛的 8051 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 提供访问端口各个位的能力。

以单位方式访问端口时，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