嵌入式系統 - I/O 程式設計

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在 8051 中，I/O 操作是使用四個埠和 40 個引腳完成的。以下引腳圖顯示了 40 個引腳的詳細資訊。I/O 操作埠保留 32 個引腳，每個埠有 8 個引腳。其他 8 個引腳被指定為 V_cc、GND、XTAL1、XTAL2、RST、EA（反相）、ALE/PROG（反相）和 PSEN（反相）。

它是一個 40 引腳 PDIP（塑膠雙列直插封裝）

注意 - 在 DIP 封裝中，您可以透過 IC 中間的切口識別第一個引腳和最後一個引腳。第一個引腳位於此切口標記的左側，最後一個引腳（在本例中為第 40 個引腳）位於切口標記的右側。

I/O 埠及其功能

四個埠 P0、P1、P2 和 P3，每個使用 8 個引腳，使它們成為 8 位埠。復位後，所有埠都配置為輸入，準備用作輸入埠。當第一個 0 寫入埠時，它將變為輸出。要將其重新配置為輸入，必須向埠傳送 1。

埠 0（引腳號 32 – 引腳號 39）

它有 8 個引腳（32 到 39）。它可以用於輸入或輸出。與 P1、P2 和 P3 埠不同，我們通常將 P0 連線到 10K 歐姆上拉電阻，以將其用作輸入或輸出埠，因為它是開漏的。

它也被指定為 AD0-AD7，允許它同時用作地址和資料。在 8031（即無 ROM 晶片）的情況下，當我們需要訪問外部 ROM 時，P0 將用於地址和資料匯流排。ALE（引腳 31）指示 P0 是否具有地址或資料。當 ALE = 0 時，它提供資料 D0-D7，但當 ALE = 1 時，它具有地址 A0-A7。如果沒有可用的外部儲存器連線，則必須將 P0 外部連線到 10K 歐姆上拉電阻。

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)

埠 1（引腳 1 至 8）

它是一個 8 位埠（引腳 1 至 8），可以用作輸入或輸出。它不需要上拉電阻，因為它們已在內部連線。復位後，埠 1 配置為輸入埠。以下程式碼可用於向埠 1 傳送 55H 和 AAH 的交替值。

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

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

如果埠 1 配置為用作輸出埠，則要再次將其用作輸入埠，請透過向其所有位寫入 1 來對其進行程式設計，如下面的程式碼所示。

;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

埠 2（引腳 21 至 28）

埠 2 共佔用 8 個引腳（引腳 21 至 28），可用於輸入和輸出操作。與 P1（埠 1）一樣，P2 也不需要外部上拉電阻，因為它們已在內部連線。它必須與 P0 一起使用以提供外部儲存器的 16 位地址。因此它也被指定為 (A0–A7)，如引腳圖所示。當 8051 連線到外部儲存器時，它為 16 位地址的高 8 位提供路徑，並且不能用作 I/O。復位後，埠 2 配置為輸入埠。以下程式碼可用於向埠 2 傳送 55H 和 AAH 的交替值。

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

如果埠 2 配置為用作輸出埠，則要再次將其用作輸入埠，請透過向其所有位寫入 1 來對其進行程式設計，如下面的程式碼所示。

;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

埠 3（引腳 10 至 17）

它也是 8 位的，可以用作輸入/輸出。此埠提供一些極其重要的訊號。P3.0 和 P3.1 分別是 RxD（接收器）和 TxD（傳送器），它們共同用於序列通訊。P3.2 和 P3.3 引腳用於外部中斷。P3.4 和 P3.5 用於定時器 T0 和 T1。P3.6 和 P3.7 是寫（WR）和讀（RD）引腳。這些是低電平有效的引腳，這意味著當向它們提供 0 時它們將處於活動狀態，並且這些引腳用於在基於 8031 的系統中為外部 ROM 提供讀寫操作。

埠 0 和埠 2 的雙重作用

• 埠 0 的雙重作用 - 埠 0 也被指定為 AD0–AD7，因為它可以用於資料和地址處理。在將 8051 連線到外部儲存器時，埠 0 可以提供地址和資料。然後，8051 微控制器複用輸入作為地址或資料以節省引腳。

• 埠 2 的雙重作用 - 除了用作 I/O 之外，埠 P2 還與埠 0 一起用於為外部儲存器提供 16 位地址匯流排。埠 P2 也被指定為 (A8– A15)，而埠 0 透過 A0–A7 提供低 8 位。換句話說，我們可以說當 8051 連線到外部儲存器 (ROM) 時，最大可達 64KB，這是透過 16 位地址匯流排實現的，因為我們知道 216 = 64KB。埠 2 用於 16 位地址的高 8 位，它不能用作 I/O，這是外部 ROM 的任何程式程式碼的定址方式。

引腳的硬體連線

• V_cc - 引腳 40 為晶片提供電源，為 +5 V。

• Gnd - 引腳 20 為參考提供接地。

• XTAL1、XTAL2（引腳 18 和引腳 19） - 8051 具有片上振盪器，但需要外部時鐘才能執行。石英晶體連線到晶片的 XTAL1 和 XTAL2 引腳之間。該晶體還需要兩個 30pF 的電容來產生所需頻率的訊號。每個電容的一端連線到地。8051 IC 可用於各種速度，這完全取決於此石英晶體，例如，20 MHz 微控制器需要頻率不超過 20 MHz 的晶體。

• RST（引腳 9） - 它是一個輸入引腳，並且是高電平有效的引腳。在該引腳上施加高脈衝，即 1，微控制器將復位並終止所有活動。此過程稱為上電覆位。啟用上電覆位將導致暫存器中的所有值丟失。它將程式計數器設定為全 0。為了確保復位的有效輸入，高脈衝必須在允許其變低之前保持高電平至少兩個機器週期，這取決於電容值及其充電速率。（機器週期是執行單個指令所需的最小頻率量）。

• EA 或外部訪問（引腳 31） - 它是一個輸入引腳。此引腳是低電平有效的引腳；施加低脈衝後，它將被啟用。對於具有片上 ROM 的微控制器 (8051/52)，EA（反相）引腳連線到 V_cc。但在沒有片上 ROM 的 8031 微控制器中，程式碼儲存在外部 ROM 中，然後由微控制器獲取。在這種情況下，我們必須將 (引腳 31) EA 連線到 GND 以指示程式程式碼儲存在外部。

• PSEN 或程式儲存器使能（引腳 29） - 這也是一個低電平有效的引腳，即施加低脈衝後它將被啟用。它是一個輸出引腳，與基於 8031 的（即無 ROM）系統中的 EA 引腳一起使用，以允許將程式程式碼儲存在外部 ROM 中。

• ALE 或（地址鎖存使能） - 這是一個輸出引腳，並且是高電平有效的。它尤其用於 8031 IC 以將其連線到外部儲存器。它可以在決定 P0 引腳將用作地址匯流排還是資料匯流排時使用。當 ALE = 1 時，P0 引腳用作資料匯流排，當 ALE = 0 時，P0 引腳用作地址匯流排。

I/O 埠和位定址

在為 8051 編寫程式碼時，它是 8051 最廣泛使用的功能之一。有時我們需要訪問埠的僅 1 或 2 位，而不是整個 8 位。8051 提供了訪問埠各個位的功能。

以單位元方式訪問埠時，我們使用語法“SETB X. Y”，其中 X 是埠號（0 到 3），Y 是資料位 D0-D7 的位號（0 到 7），其中 D0 是 LSB，D7 是 MSB。例如，“SETB P1.5”設定埠 1 的高位 5。

以下程式碼顯示了我們如何連續切換 P1.2 位。

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

單位元指令