MCS-51单片机I/O端口的存取

MCS-51单片机通常有4个8位I/O端口, 向各端口的写数据均写入到对应端口的锁存器中, 但对各端口的读操作却有两个方式：读锁存器和读引脚

1 读-修改-写操作
Pn(指P0,P1,P2,P3)在51汇编语言中是特殊的标识符,既代表Pn端口引脚,又代表Pn锁存器(Pn SFR)。在MCS-51指令系统中有些指令读锁存器的值, 有些指令则读引脚上的值。读锁存器指令是从锁存器中读取一个值并进行处理, 把处理后的值(原值或已修改后的值)重新写入锁存器中。这类指令称为读-修改-写指令, 表1列举了有该功能的指令 当目的操作数是Pn端口或Pn端口的某一位时. 该指令读取锁存器的值.

这些指令的一个共同特点, 就是要先并行读入Pn锁存器(非Pn端口引脚)中的值,作一定的修改,然后再写入谚端口的锁存器。表1中晶后三条指令读-修改-写关系不够明显。实际上它们的执行过程序是：先将Pn的8位锁存器内容一起读人,再对指定位进行修改, 然后又 8位一起写入锁存器。
对于读-修改-写指令。直接读锁存器而不是读端口引脚, 是因为从引脚上读出的数据不一定能真正反映锁存器的状态 例如：若用Pn的某一位引脚直接驱动一个NPN三极管的基极,当向此端口写“1” 时, 三极管导通并把端口引脚的电平钳位约0.7 V (对于硅管) 这时,CPU若从此引脚读取数据. 会把该数据(应为1)错读为0；若直接从锁存器读取, 则读出正确的数据。
理解了Pn的特殊性及读-修改-写指令后, 就不难理解指令PUSH Pn的含义了。它的执行过程是：读Pn引脚(非读Pn锁存器)的值, 然后将此数值压入堆栈 以下是一段测试程序：

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

这段程序原意是将FFH立即数存人外部RAM地址为7F00的单元中, 但具体的运行结果与这段程序是在片内或片外被执行有密切关系。若在片内,结果与程序原意一致；若在片外,MCU执行这段片外程序后 结果却把FFH错误地送到了外部RAM 的1000H地址去。为什么会出错?因为在执行片外程序时, 出现在P2端口引脚上的数据是PCH (程序指针的高8位,此时为10H),在执行PUSH P2指令时.读取P2引脚上的数据是10H.所
以将10H压入堆栈,紧跟的POP P2指令是将当前栈顶数据10H弹出并写入P2锁存器,然后执行的MOVX @R1,A指令,将A中的数据写入[P2R1](此
时P2RI=1000H)地址中 有兴趣的读者可以尝试一下。

2 可靠读取Pn锁存器中数据的方法
上述程序并无实际运行意义, 在这里只是引出如何可靠地读取Pn锁存器中的数据问题。在MCS51指令系统中并没有一条指令可以让汇编程序员直接读取Pn锁存器的数据。在表1中只有JBC Pn.Y,Label可以较快速地获取Pn锁存器第Y位的值。由于篇幅关系,本文只介绍P2锁存器的操作,其他锁存器的操作可参照P2写出 下面是获取P2锁存器值的子程序。

GetSfrP2：PUSH IE ；保护中断允许寄存器
CLR EA ；禁止所有中断
MOV A.#0FFH
JBC P2.0,$+5；P2锁存器位0为"1" 则清"0"并跳
；转到$+5地址(JBC P2.1,$+5)

CLR ACC.0；否则ACC.0清为"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;恢复P2锁存器原值
POPIE;恢复中断允许寄存器
RET

另外也可在RAM 中建立各Pn锁存器的映像.通过专用程序对Pn锁存器进行操作 这样就可以在不对引脚状态有任何影响的情况下,快速可靠地读取与Pn锁存器一致的数值。以在内部RAM 中建立P2映像为例：

EP2 Data 60H ；P2锁存器映像
WriteSfrP2： MOV EP2,A ；将A写人P2锁存器映像
MOV P2,A ；将A写人P2锁存器
RET
ReadSfrP2： MOV A,EP2 ；将P2锁存器映像写入A
RET

如果确信读P2端口时的值都等于P2锁存器中的值,则可以用51单片机地址指针及其应用的操作方法,简单地PUSHP2和POP P2指令来保护和恢复现场程序段中使用的P2锁存器
以上三种读取Pn锁存器值的方法, 第二种方法,即在RAM 中建立Pn锁存器映像的方法,存取速度较快,适台MCS-51的任何工作方式,在读过程中不会对Pn锁存器及端口引脚状态有任何干扰,是三种方法中最好的。