MCS-51單片機I/O端口的存取

MCS-51單片機通常有4個(gè)8位I/O端口, 向各端口的寫(xiě)數據均寫(xiě)入到對應端口的鎖存器中, 但對各端口的讀操作卻有兩個(gè)方式：讀鎖存器和讀引腳

1 讀-修改-寫(xiě)操作
Pn(指P0,P1,P2,P3)在51匯編語(yǔ)言中是特殊的標識符,既代表Pn端口引腳,又代表Pn鎖存器(Pn SFR)。在MCS-51指令系統中有些指令讀鎖存器的值, 有些指令則讀引腳上的值。讀鎖存器指令是從鎖存器中讀取一個(gè)值并進(jìn)行處理, 把處理后的值(原值或已修改后的值)重新寫(xiě)入鎖存器中。這類(lèi)指令稱(chēng)為讀-修改-寫(xiě)指令, 表1列舉了有該功能的指令 當目的操作數是Pn端口或Pn端口的某一位時(shí). 該指令讀取鎖存器的值.

這些指令的一個(gè)共同特點(diǎn), 就是要先并行讀入Pn鎖存器(非Pn端口引腳)中的值,作一定的修改,然后再寫(xiě)入諺端口的鎖存器。表1中晶后三條指令讀-修改-寫(xiě)關(guān)系不夠明顯。實(shí)際上它們的執行過(guò)程序是：先將Pn的8位鎖存器內容一起讀人,再對指定位進(jìn)行修改, 然后又 8位一起寫(xiě)入鎖存器。
對于讀-修改-寫(xiě)指令。直接讀鎖存器而不是讀端口引腳, 是因為從引腳上讀出的數據不一定能真正反映鎖存器的狀態(tài) 例如：若用Pn的某一位引腳直接驅動(dòng)一個(gè)NPN三極管的基極,當向此端口寫(xiě)“1” 時(shí), 三極管導通并把端口引腳的電平鉗位約0.7 V (對于硅管) 這時(shí),CPU若從此引腳讀取數據. 會(huì )把該數據(應為1)錯讀為0；若直接從鎖存器讀取, 則讀出正確的數據。
理解了Pn的特殊性及讀-修改-寫(xiě)指令后, 就不難理解指令PUSH Pn的含義了。它的執行過(guò)程是：讀Pn引腳(非讀Pn鎖存器)的值, 然后將此數值壓入堆棧 以下是一段測試程序：

ORG 1000H
1000 75A07F MOV P2,#7FH
1003 7900 MOV R1,#00H
1005 74FF MOV A,#0FFH
1007 COA0 PUSH P2
1009 D0A0 POP P2
100B F3 MOVX @R1,A
100C 22 RET

這段程序原意是將FFH立即數存人外部RAM地址為7F00的單元中, 但具體的運行結果與這段程序是在片內或片外被執行有密切關(guān)系。若在片內,結果與程序原意一致；若在片外,MCU執行這段片外程序后 結果卻把FFH錯誤地送到了外部RAM 的1000H地址去。為什么會(huì )出錯?因為在執行片外程序時(shí), 出現在P2端口引腳上的數據是PCH (程序指針的高8位,此時(shí)為10H),在執行PUSH P2指令時(shí).讀取P2引腳上的數據是10H.所
以將10H壓入堆棧,緊跟的POP P2指令是將當前棧頂數據10H彈出并寫(xiě)入P2鎖存器,然后執行的MOVX @R1,A指令,將A中的數據寫(xiě)入[P2R1](此
時(shí)P2RI=1000H)地址中 有興趣的讀者可以嘗試一下。

2 可靠讀取Pn鎖存器中數據的方法
上述程序并無(wú)實(shí)際運行意義, 在這里只是引出如何可靠地讀取Pn鎖存器中的數據問(wèn)題。在MCS51指令系統中并沒(méi)有一條指令可以讓匯編程序員直接讀取Pn鎖存器的數據。在表1中只有JBC Pn.Y,Label可以較快速地獲取Pn鎖存器第Y位的值。由于篇幅關(guān)系,本文只介紹P2鎖存器的操作,其他鎖存器的操作可參照P2寫(xiě)出 下面是獲取P2鎖存器值的子程序。

GetSfrP2：PUSH IE ；保護中斷允許寄存器
CLR EA ；禁止所有中斷
MOV A.#0FFH
JBC P2.0,$+5；P2鎖存器位0為"1" 則清"0"并跳
；轉到$+5地址(JBC P2.1,$+5)

CLR ACC.0；否則ACC.0清為"0"
JBC P2.1,$+5
CLR ACC.1
JBC P2.2,$+5
CLRACC2
JBC P2.3,$+5
CLR ACC 3
JBC P2.4,$+5
CLR ACC 4
JBC P2.5,$+5
CLRACC 5
JBC P2.6,$+5
CLR ACC.6
JBC P2.7,$+5
CLR ACC.7
MOV P2,A;恢復P2鎖存器原值
POPIE;恢復中斷允許寄存器
RET

另外也可在RAM 中建立各Pn鎖存器的映像.通過(guò)專(zhuān)用程序對Pn鎖存器進(jìn)行操作 這樣就可以在不對引腳狀態(tài)有任何影響的情況下,快速可靠地讀取與Pn鎖存器一致的數值。以在內部RAM 中建立P2映像為例：

EP2 Data 60H ；P2鎖存器映像
WriteSfrP2： MOV EP2,A ；將A寫(xiě)人P2鎖存器映像
MOV P2,A ；將A寫(xiě)人P2鎖存器
RET
ReadSfrP2： MOV A,EP2 ；將P2鎖存器映像寫(xiě)入A
RET

如果確信讀P2端口時(shí)的值都等于P2鎖存器中的值,則可以用51單片機地址指針及其應用的操作方法,簡(jiǎn)單地PUSHP2和POP P2指令來(lái)保護和恢復現場(chǎng)程序段中使用的P2鎖存器
以上三種讀取Pn鎖存器值的方法, 第二種方法,即在RAM 中建立Pn鎖存器映像的方法,存取速度較快,適臺MCS-51的任何工作方式,在讀過(guò)程中不會(huì )對Pn鎖存器及端口引腳狀態(tài)有任何干擾,是三種方法中最好的。