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  嵌入式系统 - I/O 编程

  • 简述

    在 8051 中，I/O 操作是使用四个端口和 40 个引脚完成的。以下引脚图显示了 40 个引脚的详细信息。I/O 操作端口预留 32 个引脚，每个端口有 8 个引脚。其他8个管脚被指定为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）
    引脚图
    Note− 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，每个都使用 8 个引脚，使它们成为 8 位端口。复位后，所有端口都配置为输入，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 到 39）。它可用于输入或输出。与 P1、P2 和 P3 端口不同，我们通常将 P0 连接到 10K 欧姆的上拉电阻，将其用作输入或输出端口，即开漏。
    它也被指定为 AD0-AD7，允许它用作地址和数据。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，它有地址A0-A7。如果没有可用的外部存储器连接，P0 必须在外部连接到一个 10K 欧姆的上拉电阻。
    端口 0 图 
    
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 到 8）

    它是一个 8 位端口（引脚 1 到 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
    如果将端口 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 进行编程，如下面的代码所示。 
    
;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 到 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。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 一起使用才能为外部存储器提供 16 位地址。所以它也被指定为（A0-A7），如引脚图所示。当 8051 连接外部存储器时，它为 16 位地址的高 8 位提供路径，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
    如果将端口 2 配置为用作输出端口，然后再次将其用作输入端口，请通过向其所有位写入 1 进行编程，如下面的代码所示。 
    
;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 到 17）

    它也是 8 位，可用作输入/输出。这个端口提供了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 (WR) 和读 (RD) 引脚。这些是低电平有效引脚，这意味着当给它们 0 时它们将处于活动状态，这些引脚用于为基于 8031 的系统中的外部 ROM 提供读取和写入操作。
    P3位 函数 Pin
    P3.0 RxD 10
    P3.1 < TxD 11
    P3.2 < INT0 的补码 12
    P3.3 < INT1 13
    P3.4 < 时间 14
    P3.5 < T1 15
    P3.6 < WR 16
    P3.7 < RD的补充 17

  • 端口 0 和端口 2 的双重角色

    • Dual role of Port 0− 端口 0 也指定为 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。8051 微控制器然后将输入多路复用为地址或数据以节省引脚。
    • Dual role of Port 2− 除了作为 I/O 使用外，P2 端口还与 Port 0 一起为外部存储器提供 16 位地址总线。P2 端口也被指定为 (A8-A15)，而 Port 0 提供低 8 位通过A0-A7。换句话说，我们可以说当 8051 连接到外部存储器 (ROM) 时，最大可达 64KB，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。

  • 引脚的硬件连接

    • Vcc − 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 (Pin no 18 & Pin no 19)− 8051 有片内振荡器，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，这一切都取决于这种石英晶体，例如，20 MHz 微控制器需要频率不超过 20 MHz 的晶体。
    XTAL1、XTAL2示意图
    • RST (Pin No. 9)− 它是一个输入引脚和高电平有效引脚。在此引脚上施加高脉冲后，即 1，微控制器将复位并终止所有活动。这个过程被称为Power-On Reset. 激活上电复位将导致寄存器中的所有值丢失。它会将程序计数器设置为全 0。为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，这取决于电容器值和充电速率。(Machine Cycle 是单个指令在执行中所需的最小频率）。
    • EA or External Access (Pin No. 31)− 它是一个输入引脚。该引脚是低电平有效引脚；施加低脉冲后，它会被激活。在具有片上ROM微控制器（8051/52）的情况下，EA（巴）销连接到V CC。但是在没有片上 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（引脚号 31）EA 连接到 Gnd，以指示程序代码存储在外部。
    RST、EA图
    • PSEN or Program store Enable (Pin No 29)− 这也是一个低电平有效引脚，即它在施加一个低脉冲后被激活。它是一个输出引脚，在基于 8031（即 ROMLESS）的系统中与 EA 引脚一起使用，以允许将程序代码存储在外部 ROM 中。
    • ALE or (Address Latch Enable)− 这是一个输出引脚，高电平有效。专门用于8031 IC 与外部存储器的连接。它可以在决定 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

    在为8051编写代码时，这是8051使用最广泛的一个特性。有时我们只需要访问端口的1或2位，而不是整个8位。8051 提供访问端口的各个位的能力。
    在以单比特方式访问端口时，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 的位号（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。
    以下代码显示了我们如何连续切换位 P1.2。 
    
AGAIN: 
SETB    P1.2
ACALL   DELAY    
CLR     P1.2      
ACALL   DELAY 
SJMP    AGAIN

  • 单位指令

    指示 功能
    SETB 位 设置位（位 = 1）
    CLR位 清除位（位 = 0）
    CPL位 对位进行补码（位 = NOT 位）
    JB 位，目标 如果位 = 1 则跳转到目标（如果位则跳转）
    JNB 位，目标 如果位 = 0 则跳转到目标（如果没有位则跳转）
    JBC 位，目标 如果位 = 1，则跳转到目标，清除位（如果位跳转，则清除）
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