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C8051F02X外部存儲器接口和I/O端口配置
摘要：介紹美國Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F02X系列單片機(jī)的外部存儲器接口、I/O端口配置方法和有關(guān)注意的問題；在此基礎(chǔ)上列舉兩個關(guān)于EMIF、I/O的配置應(yīng)用。美國Cygnal公司C8051F02X系列單片機(jī)是集成在一起芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機(jī)。該單片機(jī)具有32/64位數(shù)字I/O端口（引腳）、25MIPS高速流水線式8051微控制器內(nèi)核、64KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、64KB地址的外部存儲器接口、4352（4096 256）B片內(nèi)RAM、各自獨(dú)立的SPI、SMBUS/I2C和兩個UART串行接口等特點。其最突出的優(yōu)點就是，通過設(shè)置交叉開關(guān)寄存器控制片內(nèi)數(shù)字資源映射到外部I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用，選擇通用I/O端口和所需要數(shù)字資源。當(dāng)然，在設(shè)置數(shù)字交叉開關(guān)寄存器時，應(yīng)該首先考慮EMIF的配置問題。其配置不同，將導(dǎo)致單片機(jī)通過不同的端口（低或高）訪問片外存儲器和存儲器映像的I/O部件，以及數(shù)字交叉開關(guān)是否分配外部設(shè)備給P0.7(WR)、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳。（如圖EMIF設(shè)置為多路器模式。）
1 EMIF和I/O配置方法
1.1 外部存儲器接口（EMIF）配置
C8051F02X系列MCU有4KB的RAM可以只映射在片內(nèi)，也可以映射在64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間，還可以同時映射到片內(nèi)和片外（4KB地址以內(nèi)在片內(nèi)存儲器空間訪問，4KB以上經(jīng)過EMIF訪問）三種方式。對于后兩種存儲器工作模式，需通過外部存儲器接口使用MOVX和DPTR或MOVX和R0（R1）指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和存儲器映像的I/O設(shè)備。但是對于高8位地址，必須由外部存儲器接口寄存器（EMI0CN）提供；而EMIF可將外部數(shù)據(jù)存儲器接口映射到低端口（P0～P3）（F020/2/3系列）或高端口（P4～P7）（F020/2系列），以及配置為復(fù)用模式或非復(fù)用模式等。配置外部存儲器接口的步驟下：
*設(shè)置EMIF為低端口或高端口；
*設(shè)置EMIF為復(fù)用模式或非復(fù)用模式；
*選擇存儲器模式（片內(nèi)方式、無塊選擇分片方式、帶塊選擇分片方式、片外方式）；
*設(shè)置片外存儲器或片外設(shè)備時基；
*選擇相關(guān)I/O端口（寄存器PnMOUT、P74OUT）的輸出模式。
外部存儲器接口（EMI）映射為低端口（P0～P3）即PRTSEL位（EMIOCH.5）置為0，如PRTSEL位置為1，EMI映射為高端口（P4～P7）（適用于P020/2系列）。此時如果EMIFLE位（XBR2.5）被設(shè)置為邏輯1，那么，數(shù)字交叉開關(guān)將不分配外部設(shè)備給P0.7（WR）、P0.6（RD）、P0.5（ALE）引腳（如果EMI設(shè)置為多中模式）；如果EMIFLE位設(shè)為0，那么P0.7、P0.6、P0.5引腳的功能將由交叉開關(guān)寄存器或端口鎖存器來決定。外部存儲器接口只有執(zhí)行片外MOVX指令期間使用相關(guān)的端口引腳，一旦MOVX指令執(zhí)行完畢，端口鎖存器或交叉開關(guān)寄存器又重新恢復(fù)對端口引腳的控制。
1.2 I/O端口配置
數(shù)字交叉開關(guān)譯碼器按照被使用設(shè)備的優(yōu)先權(quán)順序?qū)⒍丝赑0～P7的引腳分配給外部數(shù)字外設(shè)。端口引腳的分配是從P0.0開始，沒有被使用的引腳可作為一般通用的I/O引腳，通過讀寫相應(yīng)的端口數(shù)據(jù)寄存器訪問。在數(shù)字交叉開關(guān)寄存器XBR0、XBR1、XBR2中將相應(yīng)的內(nèi)部數(shù)字資源使能位置1，數(shù)字資源就映射到I/O端口引腳。例如：將UART0EN位（XBR0.2）置為1，那么，TX0和RX0引腳被分別映射到P0.0和P0.1。因為UART0具有最高的優(yōu)先權(quán)，故在它的使能位置1時，TX0和RX0引腳總是被映射到P0.0和P0.1。如果一個數(shù)字外設(shè)的使能位沒有置1，它的端口的I/O引腳上是不能被訪問的。數(shù)字交叉開關(guān)寄存器被正確配置以后，通過置XBARE（XBR2.4）位1來使能交叉開關(guān)。在交叉開關(guān)使能后。P0～P3（F020/1/2/3系列）或P0～P7（F020/2系列）輸出驅(qū)動自動被禁止，從而避免了交叉開關(guān)寄存器和其它寄存器寫入時在端口引腳上產(chǎn)生的沖突。注意：對于由交叉開關(guān)分配的輸入引腳（如T0、INT0、RX0等），其輸出驅(qū)動自動被禁止，因此，端口數(shù)據(jù)寄存器和PnMDOUT寄存器的值對這些引腳的狀態(tài)沒有影響。
在給單片機(jī)內(nèi)部數(shù)字資源分配了相應(yīng)的I/O引腳后，還應(yīng)設(shè)置其輸出方式：推挽和漏極開路。PnMDOUT寄存器各位決定P0～P7端口引腳的輸出方式，某一位置1，則該位為推挽輸出方式；置0，為漏極開路輸出方式。PnMDOUT寄存器控制端口引腳的輸出方式，而與交叉開關(guān)是否把端口引腳分配給數(shù)字外設(shè)無關(guān)。注意：對于由交叉開關(guān)分配的輸入引腳（如：SDA、SCL、RX0、RX1等）自動配置為漏極開路方式，而與相應(yīng)的端口配置寄存器的設(shè)置無關(guān)。但對于一般的I/O引腳配置為輸入時，與這一引腳相關(guān)的PnMDOUT設(shè)置為漏極開路，同時端口配置寄存器位必須清0。
盡管在C8051F021/3中P4、P5、P6和P7沒有對應(yīng)的引腳，但端口數(shù)據(jù)寄存器仍然存在，并可為軟件所用。由于數(shù)字輸入通路保持活動狀態(tài)，所以建議不要將這些引腳處于“懸空”狀態(tài)，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。下面的三種方法可以防止這種情況的發(fā)生：
①通過將WEAKPUD（XBR2.7）設(shè)置為邏輯0來使能弱上拉部件；
②通過寫P74OUT=0xFF，將P4、P5、P6和P7的輸出方式配置為推挽方式；
③通過向端口數(shù)據(jù)寄存器寫0，將P4、P5、P6和P7的輸出狀態(tài)強(qiáng)制為邏輯0，即P4=0x00、P5=0x00、P6=0x00、P7=0x00。
2 EMIF和I/O端口配置應(yīng)用
下面應(yīng)用基于C8051F021/3單片機(jī)，也適應(yīng)于C8051F020/2單片機(jī)。
*假設(shè)有一應(yīng)用需要配置UART0、SMBus、UART1、INT0和INT1（8位），存儲器的工作模式為片內(nèi)方式；另外，P1端口作為4×4鍵盤的接口，P2、P3口作為通用的I/O端口。該應(yīng)用的EMIF和I/O端口配置如下：
①設(shè)EMI的配置寄存器FMI0CF=0x00，因為本應(yīng)用無擴(kuò)展存儲器和存儲器映像的I/O設(shè)備，即存儲器工作模式為片內(nèi)方式；同時，將EMIFLE（XBR2.5）設(shè)置為0，這樣P0.7、P0.5的引腳將由交叉開關(guān)寄存器或端口鎖存器來決定，不被交叉開關(guān)跳過。
②按UART0EN=1、UART1EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E=1和EMIFLE=0，設(shè)置XBR0、XBR1、XBR2為XBR0=0
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