單片機 I/O指令探究

在單片機中，I/O口是一個集數據輸入緩沖、數據輸出驅動及鎖存等多項功能于一體的I/O電路。MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（分別記作P0口、P1口、P2口、P3口），這些I/O口主要用以實現數據的輸入和輸出，可以靈活方便地進行各種測試和控制。

P0、P1、P2、P3的共同特點是當不需要進行系統擴展時，都能作為通用的I/O口來使用，對這些口既可以按口尋址，進行字節數據操作；也可以按口線尋址，進行位操作。

MCS-51單片機中沒有專門的I/O指令，數據的I/O操作都是使用MOV傳送指令來完成的。我們通過P1.n口線的電路邏輯圖（圖1），從數據輸出、數據輸入、“讀—改—寫”操作三個方面來分析I/O口指令。

P1.n口線的電路邏輯圖由三個部分組成：①一個數據輸出鎖存器，用于輸出數據的鎖存；②兩個三態輸入緩沖器，BUF1用于讀鎖存器，BUF2用于讀引腳；③一個數據輸出驅動電路，由場效應管VT和片內上拉電阻R組成。

一、數據輸出

輸出數據時， 來自CPU的寫脈沖加在D觸發器的CP端，用MOV指令把輸出的數據從內部總線寫入口線電路鎖存器的Q端，并向端口引腳輸出?？梢暂敵鰯祿闹噶钣校何惠敵鲋噶睿∕OVPm.n，C ），字節輸出指令（MOVPm，#data 、MOVPm，A 、MOVPm，Rn、MOVPm，@Ri 、MOVPm，direct）（指令中m可以為0～3，分別代表P0～P3口，n可以為0～7，分別代表某個口的第0～第7位。）

二、數據輸入

鎖存器原狀態Q端為高電平“1”，Q-端則為低電平“0”，場效應管VT截止，執行輸入指令時，產生“讀引腳”信號打開BUF2緩沖器，引腳P1.0口線上的數據“0”/“1”就經BUF2緩沖器讀入內部總線來。

鎖存器原狀態Q端為低電平“0”，Q-端則為高電平“1”，導通的場效應管VT會將外界輸入的任何信號都拉低為低電平，這時從引腳 P1.0口線上讀入的數據都為低電平“0”。這樣就不能反映出P1.0引腳輸入的是“1”還是“0”，這實際上就是封鎖了口線，使外界的信號不能輸入。更為嚴重的是，當外界輸入信號為高電平信號時，在拉低過程中產生的大電流還有可能把晶體管燒壞。這就是MCS—51的4個I/O口從引腳輸入數據時存在的一個特殊問題。

為此，在從引腳數據輸入之前（即在使用MOV輸入指令前）必須先向電路中的輸出鎖存器Q寫入“1”（即用指令把口線引腳設置為高電平），使鎖存器的Q=1，Q-=0，場效應管VT截止，以避免鎖存器Q端為“0”狀態時對引腳數據輸入的干擾。

數據輸入的指令有：從口位輸入數據的指令（MOV C，Pm.n）、從口字節輸入數據的指令（MOV A，Pm、MOV Rn，Pm、MOV@Ri，Pm、MOV direct，Pm）。

三、“讀（輸入）—改（運算或修改）—寫（輸出）”指令

對于口的操作還有這樣一些指令，它們的操作過程是：先將鎖存器Q端的狀態讀入內部總線（讀端口又稱讀鎖存器），然后對讀出數據進行運算或修改操作，最后再把結果回送輸出給口。我們把它稱之為“讀—改—寫”指令。

以口做目的操作數的邏輯運算指令：ANL Pm，A；ANL Pm，#data；ORL P.m，A；ORL P.m，#data；XRL P.m，A；XRL P.m，#data

對口加1、減1指令：INC Pm；DEC Pm

對口的位操作指令：CLR Pm.n；SETB Pm.n；CPL Pm.n；

口的位邏輯運算指令：ANL C，Pm.n ；ORL C，P.m.n；

口的位狀態判斷指令：JB P.mn，rel； JNB P.mn，rel；JBC Pm.n，rel；

對于這類“讀—改—寫”指令，不直接讀引腳而讀鎖存器（又稱讀端口）是為了避免直接讀引腳可能出現的錯誤。使用時，CPU能根據不同的指令，分別發出“讀引腳”和“讀鎖存器”信號，以完成讀引腳還是讀鎖存器的操作。

（作者單位：江蘇省常州技師學院）