51-FORTH（2）： 8051计算机GPIO端口控制程序

杨***

一、 GPIO端口简介

8051计算机的核心是一片AI8051U单片机，通常计算机的CPU、RAM内存和各种硬件设备都已经集成在单片机中了。通常计算机用于外接各种设备的各种接口比如串口、USB口以及ISA和PCI总线，在8051计算机中统统都连接到单片机的GPIO端口（通用输入输出端口）上。

AI8051U单片机内部架构上设置了8个8位共计64个GPIO端口，分别称为：P0、P1、…、P7，具体的有多少个端口，哪个端口对应哪个片上设备，要看具体单片机的管脚是多少和封装形式。

AI8051U单片机有一款PDIP40封装，其管脚的排列与功能都兼容STC89C52单片机，对于目前市面上的众多的使用STC89C52单片机的开发板，插上这款AI8051U芯片就可以直接使用。

将8个一组的LED灯连接到AI8051U单片机的GPIO端口上，就构成了一个最小的8051计算机控制系统，学会了用程序控制这些LED灯发光或者是熄灭，就为将来学会使用AI8051计算机51-FORTH语言打下了良好的基础。同样学会用C语言编程点亮和控制LED闪烁，也是学习单片机的入门课程。

擎天柱是一款官方推出的AI8051U单片机核心实验板，它不但在引脚上与89C52一模一样，而且P0到P3四个8位引脚都连接了上拉的LED灯，也是实际上最小的8051计算机控制系统了。

前文已经介绍了什么是8051计算机，本文继续介绍如何用51-FORTH语言编写控制8051计算机的GIOP端口的程序。

二、 点亮LED灯

（1）由于AI8051U单片机端口加电的初始状态是高输入阻抗模式，要用端口点亮LED灯，一般需要将端口设置为准双向口模式，这个模式最接近传统的8051单片机端口工作模式。

51-FORTH系统在启动时，已经对端口进行了初始化，将8个端口都预置为准双向口模式和高电平状态，因此在点亮LED时直接对端口的各个位设置输出的高低电平即可。

（2）51-FORTH对8个8位的端口有8个输出命令：P0C!、P1C!、P2C!等等，这些命令是将堆栈顶上的数输出到对应的端口。比如将数值“15”输出到P0端口，那么连接在P0端口的8个LED灯一半亮，一半不亮。

实现这个效果的C51语言程序为：

P0=15;

实现这个效果的51-FORTH语言命令为：

15 P0C!<CR>

实际效果如下图：

（3）51-FORTH的解释性命令执行特点。如果想了解不同数字对应的LED灯花样，使用C51语言则需要修改“P0=15;”程序中的数字15，不过每修改一次数字，就要编译一次，然后烧录一次到单片机上，才能看到对应的LED亮的效果。

但51-FORTH不同，只要修改命令行“15 P0C!<CR>”中的数字，马上就可以看到结果，无需再编译成HEX文件进行烧录。下面是这个过程的实际操作视频：

结论：使用51-FORTH系统可以直接从超级终端用命令的方式实时对端口进行操作，按不同的数字点亮LED灯，无需像C51语言一样反复烧录才能看到不同的效果，特别适合讲解、学习和进行端口控制实验。

（4）统一为高电平（=1）LED灯亮。LED连接到端口上有上拉和下拉形式之分。一般采用下拉形式，比如擎天柱核心板：

对于下拉形式的LED连接，端口要输出低电平（=0）LED灯才会亮，这与我们的直观感受不符，需要对输入数字“反相”后再输出到端口，才能实现高电平LED灯亮。对于C51程序，需要在数字前面加“按位求反（或称二进制求反）”操作符“~”：P0=~15;。

对于51-FORTH命令，则在数字后面加求反命令“NOT”：15 NOT P0C!。下面视频显示这一过程：

（5）定义LED发光新命令。对于实际的硬件系统，比如擎天柱核心板，8个一组的LED硬件连接方式是固定的，因此在进行程序设计时定义一个新命令来实现高电平点亮LED灯。

比如在C51语言里，可以定义一个新函数：

LED_Set(charX) {

    P0=~X;

}

以后只要调用该函数就行了：LED_Set(15);只是要看不同数字对应的效果，仍然要经过编译和烧录过程。

对于51-FORTH，定义一个新命令的程序格式如下：

:  新命令名字  … 旧命令 …  ;

比如对于本文例子：

:  LED! NOTP0C!  ;

在FORTH中这种用冒号开头，分号结束的定义称为“冒号定义（复合词定义）”，经过定义后，以后只要输入新的命令，FORTH就依次执行定义里面那些旧命令， 比如输入“15 LED!<CR>”就行了。

FORTH对新命令名字的字符组成没有限制，标点符号和汉字都行，只要不包括空格就行。下面是新定义复合词的例子视频：

在上面的视频中，在定义了新命令之后，还可以进一步定义新的命令：

: L 240 LED! ;

: R 15 LED! ;

以后只要输入“L”，左边4个LED点亮，只要输入“R”，右边4个LED点亮.

结论：使用51-FORTH系统可以直接从超级终端用冒号定义的方式定义新的命令，定义之后无需像C51语言一样需要编译和重新烧录HEX文件，就可以立即使用这些新命令了。

并且51-FORTH允许用同一个名字重新定义新命令，这样新命令就屏蔽了旧的命令，特别适合探索和实验新命令，就像视频中对“R”命令的定义一样。

三、 51-FORTH中的八进制和十六进制表示

（6）51-FORTH启动时和出错以后，系统进入十进制状态，输入的数字和输出的数字按十进制解释。比如输入：333 4 * .<CR>后，系统给十进制乘法结果：1332 ok

命令“HEX”将当前进制设置为十六进制，命令“OCTAL”将当前进制设置为八进制，命令“DECIMAL”将当前进制设置为十进制。

同样输入：333 4 * .<CR>后，十六进制情况下的乘法结果是：CCC，八进制情况下的乘法结果是：1552。

（7）LED灯是二进制的最好显示和学习方法，比如输入“10 LED!<CR>”命令行，在不同的进制下它“10”被解释为不同的数，在LED灯上显示出来。

下面视频展示了不同进制下的乘法和LED发光效果。

（8）这个视频也显示了51-FORTH的工作流程：

当用户从终端上输入一行命令，按回车键后，51-FORTH就开始以空格为分隔符，从左到右地解释每以字，如果这个字是已经定义过的命令，比如“LED!”，就执行这个命令，如果不是已经定义过的命令，就以当前的进制来解释这个字，比如“10”，如果解释成功，就把它作为一个数字存到堆栈顶部，然后继续解释下一个字。如果作为数字还是解释不通，比如八进制下的“19”，就认为用户输入了“未定义的字”，51-FORTH不知道如何处理，就显示出错信息“ERROR: word is undefined ( 154C): 19”，终止当前命令行的继续解释执行。然后将系统复位为十进制，等待用户新的命令。

国芯人***

51-FORTH（2）：8051计算机GPIO端口控制程序

一、 GPIO端口简介

8051计算机的核心采用了一片AI8051U单片机，该单片机集成了CPU、RAM内存以及多种硬件设备接口。与传统计算机类似，8051计算机通过GPIO（通用输入输出）端口连接外部设备，如串口、USB口以及ISA和PCI总线等。AI8051U单片机内部架构中设有8个8位GPIO端口，共计64个引脚，分别称为P0、P1、…、P7。具体端口数量和功能分配取决于单片机的管脚数量和封装形式。AI8051U单片机的PDIP40封装在管脚排列和功能上与STC89C52单片机完全兼容，因此可以直接替换市面上常见的STC89C52开发板上的芯片。

通过将8个LED灯连接到AI8051U单片机的GPIO端口，可以构建一个最小的8051计算机控制系统。掌握如何使用程序控制这些LED灯的亮灭，不仅为学习51-FORTH语言奠定了基础，也是单片机入门的必备技能。此外，使用C语言编程实现LED灯的点亮和闪烁同样是学习单片机的基础内容。

擎天柱是一款官方推出的AI8051U单片机核心实验板，其引脚与89C52完全一致，并且P0到P3四个8位引脚都连接了上拉LED灯，构成了一个实际的8051计算机最小控制系统。

二、 点亮LED灯

1. 端口模式设置  
   AI8051U单片机在加电后的初始状态为高输入阻抗模式。为了使用端口点亮LED灯，通常需要将端口设置为准双向口模式，该模式最接近传统8051单片机的工作模式。51-FORTH系统在启动时已经对端口进行了初始化，默认将8个端口设置为准双向口模式。

2. 51-FORTH语言控制GPIO端口  
   在51-FORTH语言中，可以通过简单的指令控制GPIO端口的输出状态。以下是一个点亮P1.0引脚LED灯的示例程序：

  

forth
   : LEDON
     P1 0 HIGH ;  \ 将P1.0引脚设置为高电平，点亮LED
   ;
复制代码

   在上述代码中，P1表示P1端口，0表示P1端口的第0位引脚，HIGH表示将该引脚设置为高电平，从而点亮LED灯。

3. LED灯闪烁控制  
   为了实现LED灯的闪烁效果，可以通过延时函数控制LED灯的亮灭状态。以下是一个简单的闪烁程序示例：

  

forth
   : DELAY
     1000 0 DO LOOP ;  \ 简单的延时函数
   ;
   : LEDBLINK
     BEGIN
       P1 0 HIGH   \ 点亮LED
       DELAY       \ 延时
       P1 0 LOW    \ 熄灭LED
       DELAY       \ 延时
     AGAIN
   ;
复制代码

   在上述代码中，DELAY函数通过循环实现延时，LEDBLINK函数通过交替设置P1.0引脚的电平状态实现LED灯的闪烁。

三、 总结

通过51-FORTH语言控制AI8051U单片机的GPIO端口，可以轻松实现LED灯的点亮和闪烁。这不仅为学习8051计算机的编程提供了基础，也为后续开发更复杂的控制系统奠定了基础。掌握GPIO端口的控制方法，是学习单片机编程的关键一步。

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]