C8051F單片機的IO口設(shè)置

1、C8051F單片機的IO口設(shè)置c8051f020 I/O配置小結(jié)2007-04-06 23:05020的每個I/O口引腳都可以被配置為推挽或漏極開路輸出。同時引入了數(shù)字交叉開關(guān)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到P0、P1、P2和P3的端口引腳。通過設(shè)置交叉開關(guān)寄存器可將片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口I/O引腳。必須在訪問這些外設(shè)的I/O之前配置和允許交叉開關(guān)。注意的問題：1.低端口既能按位尋址，也可以按字節(jié)尋址；高端口只能按字節(jié)尋址。2.沒有被分配到的引腳作為一般的數(shù)字通用I/O口。3.P1口還可以用作ADC1

2、的模擬輸入。4.P0MDOUTP3MDOUT用于控制I/O端口每一位的輸出狀態(tài)。5.EMIF（外部存儲器接口）是用于CPU與片外XRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，通過寄存器EMI0CF和EMI0CN選擇和管理端口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。6.為了能訪問片外存儲器空間，必須設(shè)置EMI0CN寄存器的內(nèi)容為片外存儲器的空間頁地址。7.如果把外部存儲器接口（EMIF）設(shè)置在高端口則首先要把EMI0CF的PRTSEL位設(shè)置為1，選擇高端口，同時選擇地址的復(fù)用或非復(fù)用方式，在把XBR的外部寄存器的EMIFLE位設(shè)置為0。8.復(fù)用方式配置：在復(fù)用方式下，數(shù)據(jù)總線和地址總線的第8位共用相同的引腳（AD0AD7）。在該方式下，

3、要用一個外部鎖存器（如74HC373或相同功能的鎖存器）保持RAM地址的低8位。外部鎖存器由ALE(地址鎖存使能)信號控制，ALE信號由外部存儲器接口邏輯驅(qū)動。9.在總線復(fù)用時，需要把地址數(shù)據(jù)復(fù)用端口配置為漏極開路。10.ALE高/低脈寬占1個SYSCLK周期，地址建立/保持時間占0個SYSCLK周期，/WR和/RD占12個SYSCLK周期，EMIF工作在地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式，即：EMI0CF |= 0x2c;EMI0TC |= 0x2c;配置EMIF的步驟是：先將EMIF選到低端口或高端口；然后選擇復(fù)用方式或非復(fù)用方式；再選擇存儲器的模式（只用片內(nèi)存儲器、不帶塊選擇的分片方式、帶塊選擇的分片方

4、式或只用片外存儲器）；然后設(shè)置EMI0TC；最后通過寄存器PnMDOUT和P74OUT選擇所期望的相關(guān)端口的輸出方式。如：void PORT_Init (void)    XBR2     = 0x40;          P74OUT |= 0xff;          EMI0CF |= 0x2c;

5、60;     EMI0TC |= 0x6c;      P3MDOUT |= 0xdf;     11.避免高端口處于“浮空”狀態(tài)，以避免因輸入浮空為無效邏輯電平而導(dǎo)致不必要的功率消耗，為此應(yīng)采取如下措施的任何一種：a.將XBR2.7位設(shè)置為邏輯0選擇弱上拉狀態(tài)R/W              R

6、/W    R/W    R/W        R/W      R/W            R/W           R/W 

7、0;     復(fù)位值WEAKPUD   XBARE   -     T4EXE    T4E     UART1E     EMIFLE     CNVSTE   00000000位7   

8、             位6      位5     位4        位3         位2       &#

9、160;    位1             位0         SFR地址位7 WEAKPUD 弱上拉禁止位0 弱上拉全局允許1 弱上拉全局禁止位6 XBARE 交叉開關(guān)允許位0 交叉開關(guān)禁止端口0 1 2 和3 的所有引腳被強制為輸入方式1 交叉開關(guān)允許位5 未用讀0 寫=忽略位4 T4EXE T4EX 輸入允許位0 T4EX 不連

10、到端口引腳1 T4EX 連到端口引腳位3 T4E T4 輸入允許位0 T4 不連到端口引腳1 T4 連到端口引腳位2 UART1E UART1 I/O 允許位0 UART1 I/O 不連到端口引腳1 UART1 TX 和RX 連到兩個端口引腳位1 EMIFLE 外部存儲器接口低端口允許位0 P0.7 P0.6 和P0.5 的功能由交叉開關(guān)或端口鎖存器決定1 如果EMI0CF.4 = 0 外部存儲器接口為復(fù)用方式則P0.7 (/WR) P0.6 (/RD)和P0.5 (/ALE)被交叉開關(guān)跳過它們的輸出狀態(tài)由端口鎖存器和外部存儲器接口決定1 如果EMI0CF.4 = 1 外部存儲器接口為非復(fù)用方

11、式則P0.7 (/WR)和P0.6 (/RD)被交叉開關(guān)跳過它們的輸出狀態(tài)由端口鎖存器和外部存儲器接口決定位0 CNVSTE 外部轉(zhuǎn)換啟動輸入允許位0 CNVSTR 不連到端口引腳1 CNVSTR 連到端口引腳；b.令P74OUT=0xFF，將高端口輸出方式配置為推拉方式(P74OUT為高端口輸出方式寄存器)；c.向高端口數(shù)據(jù)寄存器P4、P5、P6和P7寫0。12.配置端口引腳的輸出方式每個端口引腳的輸出方式都可被配置為漏極開路或推挽方式。在推挽方式下向端口數(shù)據(jù) 寄存器中的相應(yīng)位寫邏輯0 將使端口引腳被驅(qū)動到GND 寫邏輯1 將使端口引腳被驅(qū)動到VDD ，在漏極開路方式下向端口數(shù)據(jù)寄存器中的相

12、應(yīng)位寫邏輯0 將使端口引腳被驅(qū)動到GND,寫邏輯1,將使端口引腳處于高阻狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)中不同器件的端口引腳有共享連接,即多個輸出連接到同一個物理線時（例如SMBus 連接中的SDA 信號），使用漏極開路方式以防止不同器件之間的沖突。（推挽方式在有些書中稱為推拉方式）關(guān)于開漏、推挽方式，漏級開路即高阻狀態(tài)，適用于輸入/輸出，其可獨立輸入/輸出低電平和高阻狀態(tài)，若需要產(chǎn)生高電平，則需使用外部上拉電阻或使用如LCX245等電平轉(zhuǎn)換芯片。有些朋友，尤其是未學(xué)過此方面知識的朋友，在實際工作中將I/O口設(shè)置為漏開，并想輸出高電平，但向口線上寫1后對方并未認(rèn)出高電平，但用萬用表測量引腳確有電壓，這種認(rèn)為是不對

13、的，對于高阻狀態(tài)來說，測量電壓是無意義的，正確的方法應(yīng)是外加上拉電阻，上拉電阻的阻值=上拉電壓/芯片引腳最大灌（拉）電流。 推挽方式可完全獨立產(chǎn)生高低電平，推挽方式為低阻，這樣，才能保證口線上不分走電壓或分走極小的電壓（可忽略），保證輸出與電源相同的高電平，推挽適用于輸出而不適用于輸入，因為若對推挽（低阻）加高電平后，I=U/R，I會很大，將造成口的燒毀。對于C8051F的很多型號片子，將I/O口設(shè)置為推挽方式的做法為：PnMDOUT=0xff，Pn=0x00，這樣設(shè)置I/O口為推挽，并輸出低電平（可降低功耗） 將I/O口設(shè)置為漏開方式的做法為：PnMDOUT=0x00，Pn=0x11，這樣設(shè)

14、置I/O口為漏開。如果學(xué)過三極管放大電路一定知道，前置單管放大器和功放末級放大電路的區(qū)別。單片機內(nèi)部的邏輯經(jīng)過內(nèi)部的邏輯運算后需要輸出到外面，外面的器件可能需要較大的電流才能推動，因此在單片機的輸出端口必須有一個驅(qū)動電路。  這種驅(qū)動電路有兩種形式:  其中的一種是采用一只N型三極管（npn或n溝道），以npn三極管為例，就是e接地，b接內(nèi)部的邏輯運算，c引出，b受內(nèi)部驅(qū)動可以控制三極管是否導(dǎo)通但如果三極管的c極一直懸空，盡管b極上發(fā)生高低變化，c極上也不會有高低變化，因此在這種條件下必須在外部提供一個電阻，電阻的一端接c(引出腳）另一端接電源，這樣當(dāng)三極管的b有

15、高電壓是三極管導(dǎo)通，c電壓為低，當(dāng)b為低電壓時三極管不通，c極在電阻的拉動下為高電壓，這種驅(qū)動電路有個特點：低電壓是三極管驅(qū)動的，高電壓是電阻驅(qū)動的（上下不對稱），三極管導(dǎo)通時的ec內(nèi)阻很小，因此可以提供很大的電流，可以直接驅(qū)動led甚至繼電器，但電阻的驅(qū)動是有限的，最大高電平輸出電流=(vcc-Vh)/r；  另一種是互補推挽輸出，采用2只晶體管，一只在上一只在下，上面的一只是n型，下面為p型（以三極管為例），兩只管子的連接為：npn（上）的c連vcc，pnp（下）的c接地，兩只管子的ee,bb相連，其中ee作為輸出（引出腳），bb接內(nèi)部邏輯，這個電路通常用于功率放大點路

16、的末級（音響），當(dāng)bb接高電壓時npn管導(dǎo)通輸出高電壓，由于三極管的ec電阻很小，因此輸出的高電壓有很強的驅(qū)動能力，當(dāng)bb接低電壓時npn截至，pnp導(dǎo)通，由于三極管的ec電阻很小因此輸出的低電壓有很強的驅(qū)動能力，簡單的例子，9013導(dǎo)通時ec電阻不到10歐，以Vh=2.5v，vcc=5v計算，高電平輸出電流最大=250MA，短路電流500ma，這個計算同時告訴我們采用推挽輸出時一定要小心千萬不要出現(xiàn)外部電路短路的可能，否則肯定燒毀芯片，特別是外部驅(qū)動三極管時別忘了在三極管的基極加限流電阻。推挽輸出電路的形式很多，有些單片機上下都采用n型管，但內(nèi)部邏輯提供互補輸出，以上的說明僅僅為了說明推挽的

17、原理，為了更深的理解可以參考功率放大電路。 振蕩器問：內(nèi)部時鐘振蕩器是否穩(wěn)定？是否可以用于產(chǎn)生波特率的時基？答：不同器件的內(nèi)部時鐘振蕩器的精度是不同的(±20%)。隨電源電壓變化，它也將發(fā)生變化（6.5%/V）。但基本不隨溫度變化（<1%溫度變化范圍-40+85）。由于不同器件內(nèi)部振蕩器的離散性較大，所以不能用于產(chǎn)生波特率，應(yīng)該外接標(biāo)準(zhǔn)晶體 。而有些器件，如C8051F3xx/f12x/f04x/f06x內(nèi)部振蕩器精度為±2%，可用于產(chǎn)生波特率 。問：片內(nèi)/外振蕩器如何配置？答：正確步驟：1、允許外部振蕩器；2、等待1ms；3、查詢XTLVLD '0

18、'->'1'4、切換到外部振蕩器。注意：振蕩器頻率的選擇，即OSCXCN寄存器的配置（外部振蕩器頻率控制位的設(shè)置）。關(guān)于更多的信息以及源代碼可以參看應(yīng)用筆記AN002配置內(nèi)部和外部振蕩器。應(yīng)用筆記可以從我公司網(wǎng)站下載： 問：C8051F MCU的指令執(zhí)行速度為多少？答：C8051F MCU的CIP-51內(nèi)核采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比，指令執(zhí)行速度有很大的提高。標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機執(zhí)行一個單周期指令需要12個系統(tǒng)時鐘周期，而C8051F MCU執(zhí)行一個單周期指令只需要一個系統(tǒng)時鐘周期。如果系統(tǒng)時鐘頻率為25MHz，執(zhí)行一個單周期指令所需時間為

19、40ns。 問：切換外部晶振時應(yīng)注意哪些問題？答：首先要允許外部振蕩器，但此時的系統(tǒng)時鐘源仍應(yīng)是內(nèi)部時鐘，直到外部振蕩器穩(wěn)定后，才可將系統(tǒng)時鐘源切換到外部振蕩器上，否則會出現(xiàn)切換不過去，系統(tǒng)死機的情況。 問：使用外部晶振應(yīng)注意哪些問題？答：1、所有的模擬和數(shù)字電源引腳都應(yīng)接電源（2.73.6V）；2、C8051F3xx系列器件的晶振引腳間應(yīng)跨接一個10M電阻（在新華龍網(wǎng)站的“主頁”“原理圖/PCB庫”中有C8051F系列單片機的典型接線圖）；3、晶振、電容等相關(guān)器件盡量靠近單片機的晶振引腳。 問：系統(tǒng)時鐘切換到外部時鐘后，內(nèi)部的時鐘是否應(yīng)關(guān)閉？答：可以選擇關(guān)閉或不

20、關(guān)閉，但是從降低功耗的角度來說，應(yīng)該關(guān)閉。 問：系統(tǒng)時鐘可不可以在程序中隨時切換？答：可以，但是由內(nèi)部再一次切換到外部時應(yīng)按照技術(shù)問答2所介紹的步驟進行切換。 問：使用外部晶振時如何配置芯片的引腳？答答：對于芯片上有固定晶振引腳的設(shè)備(例如C8051F02X)；相應(yīng)時鐘輸入引腳按選擇的晶振模式自動分配引腳；對于晶振引腳與GPIO共用的芯片(例如C8051F30X)；晶振引腳要按下述方式進行設(shè)置：(1).外接晶體體時；XTAL1與XTAL2都要配置為模擬輸入(2).外接振蕩電路為“RC”或“C”方式時，XTAL2引腳要配置為模擬輸入(3).外接CMOS時鐘電路時，XTAL2引

21、腳要配置為數(shù)字輸入(4).以上幾種方式在引腳的配置中都要使用跳過功能將此引腳跳過 問：外接晶振的最高頻率是多少？答：外接晶振的最高頻率是30MHz；     模數(shù)轉(zhuǎn)換問：從上電（或退出掉電模式）到ADC穩(wěn)定開始轉(zhuǎn)換需要多長時間？答：模擬建立時間也就是等待參考電平穩(wěn)定的時間。它取決于接在VREF引腳的電容容量。此電容越大VREF的噪音就越小，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的噪音也就越小。如果用4.7F電容，則穩(wěn)定時間大約為2ms，如果無旁路電容（不推薦），穩(wěn)定時間大約為10S。注意：在開始轉(zhuǎn)化之前，需要一個1.5S的跟蹤時間，這也就決定了ADC多路轉(zhuǎn)換

22、開關(guān)（MUX）的切換速度。問：ADC的最大輸入電壓及輸入阻抗？答：ADC的最大輸入電壓為VREF，它的輸入電壓范圍是0V-AV+/VDD。輸入電容為10pF；輸入阻抗等價于一個5k電阻和一個10pF電容的串聯(lián)。請參考應(yīng)用筆記AN019“計算開關(guān)電容ADC的建立時間”。問：ADC可編程窗口檢測器有什么用途？答：ADC可編程窗口檢測器在很多應(yīng)用中非常有用。它不停地將ADC輸出與用戶編程的限制量進行比較，并在檢查到越限條件時通知系統(tǒng)控制器，這在中斷驅(qū)動的系統(tǒng)中尤其有效，既可以節(jié)省代碼空間和CPU帶寬又能提供快速響應(yīng)的時間。問：為了使ADC或DAC具有更好的性能，是否應(yīng)在VREF 引腳接電容？答：推薦

23、在VREF引腳接一個0.1F的陶瓷電容器與一個大的電容（典型為4.7F鉭電容）。在VREF引腳加電容是為了降低VREF的噪聲。因為VREF的噪聲越小，ADC或DAC轉(zhuǎn)換結(jié)果的噪聲也就越小。且這兩個電容在PCB板上應(yīng)盡可能離VREF引腳近。問：內(nèi)部參考電平是否可以用于外部電路的參考？答：可以，你可以用VREF信號作為輸出驅(qū)動其它電路（像放大器的偏置電壓等）。注意，VREF引腳只能提供源電流，也就是說，要有負(fù)載接地使電流流出C8051器件。例如，如果你將VREF連到OP運放的(+)節(jié)點，你要加一個下拉電阻對地(24K左右)將電流限制在100A。 問：如果測試的模擬輸入電壓范圍是0-5V怎

24、么辦？答：因為模擬輸入（AINx）引腳不能承受5V電壓，任何引腳在任何情況下(不管ADC或PGA的設(shè)置如何)必須使其輸入 電壓保持在AGND和AV之間，這是為了避免沉（或源）電流通過ESD保護裝置。為了測試0-5V范圍的信號，必須使信號衰減（衰減到AV以下）才能進入到ADC輸入。當(dāng)使用外部VREF時，要求VREF的最大值比AV+小300mV。 問：F02x器件內(nèi)部有PGA（可編程增益放大器）可以對輸入模擬信號進行放大。其中的一個放大倍數(shù)為0.5 倍。是否意味著我可以外接+6V的模擬輸入電壓，經(jīng)過0.5倍的放大變成3V輸入到AINx呢？答：請注意：任何模擬引腳（數(shù)據(jù)IO口和VDD引腳除

25、外）的最大輸入電壓為-0.3V到 VDD+0.3V。如果超出此范圍可能造成器件永久損壞。在單端輸入方式，有兩個限制因素如下：1、AIN輸入電壓必須在AGND和AV+之間以避免吸/源電流流過ESD保護器件。2、AIN電壓必須在AGND和(VREF / GAIN) 之間。假設(shè)一個12位的ADC，AINx 引腳的輸入電壓小于AGND，結(jié)果將是0x000；如果輸入電壓大于(VREF / GAIN) ，結(jié)果將是0xFFF。例如，使用外部1.25V參考，PGA增益為0.5，允許的電壓輸入范圍是0V到 (1.25V / 0.5 = 2.5V)。問：如何提高系統(tǒng)的ADC的性能？答：第一、將模擬電源和數(shù)字電源分

26、開，可以使用比較簡單的方法，如在模擬電源和數(shù)字電源之間加簡單的濾波。第二、將模擬地和數(shù)字地分開，并在電源附近通過磁珠連接。第三、制板時，大面積覆銅。第四、未使用到的模擬引腳要接地。第五、為了確保參考電壓的穩(wěn)定，參考電壓引腳一定要接去耦電容。第六、模擬信號的輸入電壓范圍是0-VDD，如果模擬輸入的外圍有可能侵入高電壓（超過芯片的極限允許范圍），就要采取保護措施（如加兩個肖特級二極管）。如果模擬輸入會有瞬間過電流，也要加限流保護。 問：如果使用內(nèi)部參考源，C8051F020/F021的參考電壓引腳如何連接？答：C8051F020/F022共有4個參考電壓引腳，VREF，VREF0，VRF

27、E1和VREFD。允許ADC和DAC使用一個外部電壓基準(zhǔn)或片內(nèi)電壓基準(zhǔn)。通過配置VREF0CF基準(zhǔn)電壓控制寄存器，ADC0還可以使用DAC0的輸出作為內(nèi)部基準(zhǔn)，ADC1也可以使用模擬電源作為電壓基準(zhǔn)。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓必須通過VREF引腳連接到芯片內(nèi)部。所以當(dāng)您的系統(tǒng)中使用到內(nèi)部基準(zhǔn)電壓時，必須確保VREF與VREF0，VREF1，VREFD（全部或部分）引腳的連接。C8051F021/F023共有兩個參考電壓引腳，VREFA和VREF。如果ADC0和ADC1使用內(nèi)部參考源，必須將VREFA與VREF引腳連接。注意：如果使用ADC或DAC，則不管電壓基準(zhǔn)取自片內(nèi)還是片外，REF0CN寄存器中的BIA

28、SE位必須被置為邏輯1。 問：為什么在進行A/D轉(zhuǎn)換時測得的數(shù)據(jù)跳變很大？答：當(dāng)輸入信號有干擾脈沖、ADC的轉(zhuǎn)換時間太短、在通道切換后通道還沒有穩(wěn)定就開始轉(zhuǎn)換等原因都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)跳變大，請仔細檢查以上三點并做相應(yīng)的處理就可以解決此類問題。 問：在進行A/D轉(zhuǎn)換時所測得的數(shù)據(jù)與計算所得的數(shù)據(jù)相差很大，但跳變不大，為什么？答：1、計算時所用的基準(zhǔn)電壓是多少，如果用的是內(nèi)部基準(zhǔn)，把內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過交叉開關(guān)分配到芯片引腳上，再進行測量；2、換別的通道轉(zhuǎn)換看是否正常。 問：ADC的單端輸入與差分輸入的區(qū)別?答答：在單端方式工作時；ADC轉(zhuǎn)換的是單輸入引腳對地的電壓值；

29、在增益為1時，測量的值就是輸入的電壓值；范圍是0V到VREF；當(dāng)增益增加時，輸入的范圍要相應(yīng)的減??；在差分方式工作時；ADC轉(zhuǎn)換的是AIN+與AIN-兩個引腳的差值；在增益為1時，測量的值等于(AIN+)-(AIN-)，范圍是-VREF到+VREF；當(dāng)增益增加時，輸入的范圍要相應(yīng)的減小。注意：在差分方式時所提的負(fù)壓是指AIN-引腳的電壓大于AIN+引腳的電壓，實際輸入到兩個引腳的電壓對地都必需是正的；例如:如果AIN+引腳輸入的電壓為0V，AIN-引腳的輸入電壓為1/2VREF時，差分的輸入電壓為(0V-1/2VREF) = -1/2VREF。  端口問：器件IO口的吸收（

30、sink）電流和源（source）電流是多少？答：IO口的沉電流和拉電流的極限參數(shù)為100mA（但是此時已經(jīng)不能保證端口的正常邏輯關(guān)系了）。具體的參數(shù)請參考datasheet的端口IO部分的“端口I/O直流電氣特性”。 問：端口是否要加保護？答：在端口電流瞬間跳變的情況下，建議加限流電阻進行保護。另外如果端口可能有超過極限電壓范圍的瞬變電平侵入，也要加瞬態(tài)保護。（瞬態(tài)保護的通常方式為接入TVS器件） 問：C8051F系列單片機的IO口與傳統(tǒng)8051單片機相比有什么區(qū)別？答：C8051F系列單片機的IO口全部為三態(tài)雙向口（而傳統(tǒng)8051單片機P1、P2、P3口為準(zhǔn)雙向口），內(nèi)

31、部有弱上拉可禁止（傳統(tǒng)8051單片機固有），可配置為開漏輸出和推挽輸出（傳統(tǒng)8051單片機只有開漏輸出）。片內(nèi)數(shù)字資源要通過數(shù)據(jù)交叉開關(guān)（crossbar）按一定的優(yōu)先級配置到IO引腳（C8051F2xx系列除外，而傳統(tǒng)8051單片機不具備這一功能）。IO口的配置更加靈活。 問：C8051F系列單片機電源電壓全部為2.7-3.6V，那么是否有與5V系統(tǒng)接口的比較簡單的解決方案？答：所有IO口允許5V（極限值為5.8V）輸入，但是輸出高電平為VDD。如果與5V系統(tǒng)接口，最簡單的方法是開漏輸出并在輸出端加接5V上拉，關(guān)鍵是上拉電阻的選擇。具體參考應(yīng)用筆記AN011“在5V系統(tǒng)中使用 C8051Fxxx”。建議：如果可能，請盡量選用供電電壓兼容的芯片，這是一種最理想的選擇。 問：模擬引腳能否簡單地用于數(shù)字IO？答：如果模擬引腳是獨立的是不可以的。但是如果模擬引腳和數(shù)字IO是復(fù)用的，是可以通過SFR的設(shè)置來完成配置。 問：C