單片機(jī)原理及應(yīng)用.ppt

單片機(jī)原理及應(yīng)用,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源 5.1 MCS-51的并行接口及其應(yīng)用 5.2 MCS-51的中斷系統(tǒng) 5.3 MCS-51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5.4 MCS-51的串行接口及串行通信,輸入/輸出接口是CPU外設(shè)間信息的橋梁，它可以制成一塊單獨(dú)的大規(guī)模集成電路，也可以和CPU集成在同一塊芯片上，單片機(jī)中就是后一種結(jié)構(gòu)。I/O接口有并行接口和串行接口兩種。,5.1.1 MCS51內(nèi)部并行I/O端口,8031有四個(gè)并行端口，分別命名為P0、P1 、P2 和P3 。這四個(gè)并行I/O端口的內(nèi)部位結(jié)構(gòu)如圖51所示，每個(gè)端口皆有八位。由圖51可見，每個(gè)位結(jié)構(gòu)都有一個(gè)輸出鎖存器和一個(gè)輸入緩沖器。輸出鎖存器，用于存放需要輸出的數(shù)據(jù)。,5.1 MCS-51的并行接口及其應(yīng)用,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,每個(gè)端口的八位輸出鎖存器構(gòu)成一個(gè)特殊功能寄存器，且冠名與端口相同。輸入緩沖器用于對(duì)端口引腳上輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，因此各引腳上輸入的數(shù)據(jù)必須一直保持到CPU把它讀走為止。P0、P1 、P2 和P3端口的電路形式不同，其功能也不同。下面結(jié)合電路結(jié)構(gòu)就其功能加以說明。,一、P0口,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是一個(gè)真正的雙向數(shù)據(jù)口，并分時(shí)送出地址的8位和送出（接收）相應(yīng)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,圖51(a)是P0口的位結(jié)構(gòu)圖，它包括一個(gè)輸出鎖存器，兩個(gè)三態(tài)緩沖器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)輸出控制電路。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,當(dāng)從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)時(shí)，控制信號(hào)應(yīng)為高電平1，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)（MUX）把地址/數(shù)據(jù)信息經(jīng)反相器和下拉場(chǎng)效應(yīng)管接通，同時(shí)與門打開。輸出的地址或數(shù)據(jù)既通過與門去驅(qū)動(dòng)上拉場(chǎng)效應(yīng)管，又通過反相器去驅(qū)動(dòng)下拉場(chǎng)效應(yīng)管。,例如，若地址/數(shù)據(jù)信息為“0”，該“0”信號(hào)一方面通過與門使上拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，另一方面經(jīng)反相器使下拉場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，從而使引腳上輸出相應(yīng)的“0”信號(hào)，反之，若地址/數(shù)據(jù)信息為“1”，將會(huì)使上拉場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通而下拉場(chǎng)效應(yīng)管截止，引腳上將出現(xiàn)相應(yīng)的“1”信號(hào)。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,若P0口作為一般I/O口使用，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出控制信號(hào)應(yīng)為0，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)將把輸出級(jí)與鎖存器Q端接通。同時(shí)，因與門輸出為0，使上拉場(chǎng)效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)，因此輸出級(jí)是漏極開路電路。這樣，當(dāng)寫脈沖加在觸發(fā)器時(shí)針端CP上時(shí)，則與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后就出現(xiàn)在Q端，再經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管反相，在P0引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。,不難看出，P0口在輸出地址/數(shù)據(jù)信息和作為一般I/O口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，其輸出驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài)是有差別的。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,一般P0口的輸出級(jí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL 輸入，但對(duì)NMOS輸入而言，P0口做地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，不必外加提升電阻。而作一般I/O口使用時(shí)，由于輸出驅(qū)動(dòng)電路工作于開漏狀態(tài)，故需外接上拉電阻。,當(dāng)P0口引腳上輸入數(shù)據(jù)，此時(shí)上拉FET應(yīng)一直處于截止?fàn)顟B(tài)。引腳上的外部信號(hào)即加在下面一個(gè)三態(tài)緩沖器的輸入端，又加在下拉FET的漏極，假定在此之前曾輸出鎖存過數(shù)據(jù)0 ，則FET是導(dǎo)通的，這樣引腳上的電位就始終被鉗位在0 電平，使輸入高電平無法讀入。因此作為一般I/O口使用時(shí)，P0口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，即輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先向口寫“1”，使兩個(gè)FET均截止，然后方可作高阻抗輸入。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,但在P0口連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，由于訪問外部存儲(chǔ)器期間，CPU會(huì)自動(dòng)向口0的鎖存器寫入0FFH，所以，對(duì)用戶而言，P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線時(shí),則是一個(gè)真正的雙向口。,上面所述為數(shù)據(jù)由引腳輸入的情況，稱為“讀引腳”操作。但在有些情況下 ，例如用一根口線去驅(qū)動(dòng)一個(gè)晶體管的基極，則向此口線寫“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，并把引腳上的電平拉低，這時(shí)若從引腳上讀取數(shù)據(jù)，會(huì)把此數(shù)據(jù)錯(cuò)讀為0。為了避免錯(cuò)讀引腳上電平的可能性，單片機(jī)中還提供了另一類所謂“讀鎖存器”操作。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,這類操作的特點(diǎn)是：先讀口，隨之可對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，然后再寫到端口上。例如執(zhí)行指令ORL P0，A時(shí)，則先把P0上的內(nèi)容讀入CPU，然后與A累加器內(nèi)容按位進(jìn)行邏輯“或”操作，最后把“或”的結(jié)果送回P0口。能使單片機(jī)產(chǎn)生這種讀-修改-寫操作的指令，其目的操作數(shù)一般為某I/O口或口的某一位，這些指令是：ANL，ORL，XRL，JBC，CPL，INC，DEC，DJNZ，MOV PXY，C，CLR PXY和SETB PXY等，它們的含義詳見指令系統(tǒng)一章的說明。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,綜上所述，P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線口，這時(shí)它是真正的雙向口，也可作通用I/O口，但只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。一般情況下，P0口已當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)口使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用。,P2口的位結(jié)構(gòu)如圖5-1(b)所示，它與P0口基本相同，只有輸出部分略有不同，在輸出FET的漏極接有上拉電阻，這種結(jié)構(gòu)不必外接上拉電阻就可驅(qū)動(dòng)任何MOS輸入電路，且能驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL輸入。P2口常用作外部存儲(chǔ)器的高八位地址口。當(dāng)不用作地址口時(shí)，P2口亦可作通用I/O口，這時(shí)它也是一個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口。,二、P2口,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、P1口,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,四、P3口,P3口是一個(gè)雙功能口，第一功能和P2口一樣可作為通用I/O口。P3口工作于第二功能時(shí)，各位的定義如下：,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,由圖5-1(d)P3口位結(jié)構(gòu)可以看出，實(shí)現(xiàn)第一功能作通用I/O輸出口時(shí)，選擇輸出功能端應(yīng)保持高電平，使與非門對(duì)鎖存器Q端是暢通的。同理，實(shí)現(xiàn)第二功能做專用信號(hào)輸出時(shí)，則該位的鎖存器應(yīng)置1，使與非門對(duì)選擇輸出功能端是暢通的。對(duì)輸入而言，無論該位是作通用輸入口還是作第二功能輸入口，其輸出鎖存器和選擇輸出功能端都應(yīng)置1，即使FET 截止。,由于所有口鎖存器在上電復(fù)位時(shí)均置為1，自然滿足了上述條件，所以用戶不必做任何工作，就可以直接使用P3口的第二功能。至于第一功能，應(yīng)在確信某一引腳第二功能提供的信號(hào)不用時(shí)，該引腳才可作I/O線使用，使用方法同與一般準(zhǔn)雙向口相同。,第五章MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.1.2 MCS51內(nèi)部并行I/O口的應(yīng)用,MCS51四個(gè)I/O端口共有三種操作方式：輸出數(shù)據(jù)方式，讀端口數(shù)據(jù)方式和讀端口引腳方式。,在數(shù)據(jù)輸出方式下，CPU通過一條數(shù)據(jù)操作指令就可以把輸出數(shù)據(jù)寫入P0P3的端口鎖存器，然后通過輸出驅(qū)動(dòng)器送到端口引腳。因此，凡是端口操作指令都能達(dá)到從端口引腳上輸出數(shù)據(jù)的目的，例如如下指令均可在P0口輸出數(shù)據(jù)：,MOV P0，A ；累加器A中的內(nèi)容送P0口 ANL P0，A ；P0口的內(nèi)容和A中的內(nèi)容相與后送P0口,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,讀端口數(shù)據(jù)方式是一種僅對(duì)端口鎖存器中數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入的操作方式，CPU讀入的這個(gè)數(shù)據(jù)并非端口引腳的數(shù)據(jù)。因此，CPU只要用一條傳送指令就可把端口鎖存器中的數(shù)據(jù)讀入累加器A或內(nèi)部RAM中來。例如，如下指令可以從P1口輸入數(shù)據(jù)：,MOV A， P1 ；P1鎖存器中數(shù)據(jù)送A MOV 20H， P1 ； P1鎖存器數(shù)據(jù)送內(nèi)部20H單元,讀引腳方式可從端口引腳上讀入信息。在這種方式下，CPU首先必須使欲讀端口引腳所對(duì)應(yīng)的鎖存器置1，以便驅(qū)動(dòng)器中的T2管截止，然后打開輸入三態(tài)緩沖器，使相應(yīng)端口引腳上信號(hào)輸入CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。因此，在讀引腳時(shí)必須連續(xù)使用兩條指令。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,例如讀P1口低四位引腳上的信號(hào)的程序?yàn)椋?MOV P1,#0FH ；使P1口低4位鎖存器置1 MOV A，P1 ；讀P1口低4位引腳信號(hào),I/O端口的應(yīng)用舉例：,一、I/O口直接用于輸入/輸出,在I/O口直接用作輸入/輸出時(shí)，既可以把它們看作數(shù)據(jù)口也可以看作狀態(tài)口,這由用戶根據(jù)實(shí)際情況決定。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,例5.1 試編出模擬圖5-2(a)中電路的程序。,對(duì)電路進(jìn)行模擬是指模擬它的輸出狀態(tài)如何隨輸入狀態(tài)的變化而變化。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,相應(yīng)程序?yàn)椋?ORG 0500H D BIT 00H E BIT 01H G BIT 02H LOOP1：ORL P1，#08H ；準(zhǔn)備P1.3輸入 LOOP2：MOV C，P1.3 ；檢測(cè)K2狀態(tài) JC LOOP2 ；若未準(zhǔn)備好（K2斷開），則轉(zhuǎn) ; LOOP2 ORL P1，#03H ；若準(zhǔn)備好了，則輸入K0和K1狀態(tài) MOV C，P1.0 ；K0狀態(tài)送入D MOV D，C MOV C，P1.1 ；K1狀態(tài)送入E MOV E，C ANL C, D ；D與E送G,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,二、 I/O口對(duì)外部鎖存器的接口,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,MOV DPTR, #7FFFH ；DPTR指向74LS373端口 MOVX A， DPTR ；輸入數(shù)據(jù),應(yīng)當(dāng)注意：8031也可以通過外部鎖存器輸出數(shù)據(jù)，但由于8031內(nèi)部每個(gè)I/O端口都帶有8位鎖存器，因此只有擴(kuò)展I/O端口時(shí)才需要利用外部鎖存器來輸出數(shù)據(jù)。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.2 MCS-51中斷系統(tǒng),5.2.1中斷概述,一、中斷和中斷系統(tǒng),CPU正在處理某件事的時(shí)候，外部發(fā)生了另一事件，請(qǐng)求CPU迅速處理，CPU暫時(shí)停止當(dāng)時(shí)的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件，處理結(jié)束后，再回到原來的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷，如圖5-4所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中斷功能的部件,中斷源產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的源,二、中斷優(yōu)先級(jí),一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許有多個(gè)中斷源。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷，要求服務(wù)時(shí)，就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求的問題。為此系統(tǒng)根據(jù)中斷源的輕重緩急進(jìn)行排隊(duì)，規(guī)定每個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請(qǐng)求。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、中斷嵌套,中斷嵌套是指CPU正在處理一個(gè)中斷源請(qǐng)求的時(shí)候，又發(fā)生了另一個(gè)優(yōu)先級(jí)比它高的中斷源請(qǐng)求，如果CPU能夠暫時(shí)中止執(zhí)行原來的處理程序，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級(jí)更高的中斷請(qǐng)求，處理結(jié)束后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級(jí)中斷處理程序的過程。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,四、中斷過程,對(duì)于不同的計(jì)算機(jī)，中斷過程可能不盡相同，但是一般應(yīng)包括中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回等四個(gè)步驟。,1.中斷請(qǐng)求,中斷過程是由中斷源向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求而開始的。有效中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)該一直保持到CPU作出響應(yīng)為止。,2.中斷響應(yīng),CPU檢測(cè)到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，在滿足一定條件的情況下進(jìn)行響應(yīng)。其主要條件是：中斷標(biāo)志是否開放，是否高級(jí)中斷，是否執(zhí)行完一條指令等。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,3.中斷處理,中斷處理或稱為中斷服務(wù)，就是執(zhí)行中斷源所要求的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中需要完成的主要工作是：,保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要把斷點(diǎn)處有關(guān)存儲(chǔ)器的內(nèi)容壓入堆棧，以保護(hù)主程序運(yùn)行的結(jié)果。,開/關(guān)中斷標(biāo)志根據(jù)CPU響應(yīng)中斷后開/關(guān)中斷情況，適當(dāng)處理中斷標(biāo)志，以確保保護(hù)/恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的正確進(jìn)行，確保所需中斷嵌套的實(shí)現(xiàn)。,中斷處理根據(jù)中斷源的要求，完成相應(yīng)的任務(wù)，這是中斷服務(wù)的核心。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)在完成中斷服務(wù)之后，返回被中斷的主程序之前，恢復(fù)堆棧中保護(hù)的各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。,4.中斷返回,在中斷服務(wù)程序后，用一條中斷返回指令（RETI），保證返回主程序繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。,5.2.2 MCS-51中斷系統(tǒng)與控制,MCS51的51子系列（8031、8051、8751等）有5個(gè)中斷源，52子系列（8032、8052等）有6個(gè)中斷源，它們均有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，通過4個(gè)中斷控制器（IE、IP、TCON、SCON）進(jìn)行中斷管理，其結(jié)構(gòu)原理如圖5-6所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,一、中斷源,CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2檢測(cè)上的信號(hào)。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,對(duì)于電平方式，只要檢測(cè)到低電平信號(hào)即為有效申請(qǐng)；對(duì)于脈沖方式，則需要比較兩次檢測(cè)到的信號(hào)，才能確定中斷請(qǐng)求信號(hào)是否有效，并且中斷請(qǐng)求信號(hào)高低電平的狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個(gè)機(jī)器周期，以確保電平變化能被單片機(jī)檢測(cè)到。,思考：,脈沖觸發(fā)方式下，外部中斷脈沖的最高觸發(fā)頻率為系統(tǒng)振蕩頻率的多少倍？, 內(nèi)部中斷除外部中斷源外，內(nèi)部還有TF0、TF1、TI、RI分別為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷和發(fā)送/接收中斷的中斷源。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,二、中斷控制,MCS-51單片機(jī)設(shè)置了4個(gè)專用寄存器用于中斷控制 ，用戶通過設(shè)置其狀態(tài)來管理中斷系統(tǒng)。,1.定時(shí)器控制寄存器（TCON）,TCON的格式如下：,TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（88H）,如前所述，寄存器中TR1（TR0）用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)控制，其余6位用于中斷控制，其作用如下：,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,IT0為外部中斷0請(qǐng)求信號(hào)方式控制位。IT0 = 1，脈沖方式（負(fù)跳變有效）；IT0 = 0，電平方式（低電平有效）。,IT1為外部中斷1請(qǐng)求信號(hào)方式控制位，其作用同IT0。,IE1為外部中斷1請(qǐng)求標(biāo)志位，其作用同IE0。,TF0（TF1）為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位，此標(biāo)志作用將在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器一節(jié)說明。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,2.串行口控制寄存器（SCON）,SCON格式如下：,SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（98H）,串行口控制寄存器格式及各位功能將在串行接口一節(jié)介紹，其中高6位用于串行口控制，低2位（RI、TI）用于中斷控制，其作用如下：,TI為串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1，其清零須由軟件完成。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,RI為串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，接完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1，其清零由軟件完成。,在MCS-51單片機(jī)串行口中，TI和RI的邏輯“或”作為一個(gè)內(nèi)部中斷源，二者之一置位都可以產(chǎn)生串行口中斷請(qǐng)求，然后在中斷服務(wù)程序中測(cè)試這兩個(gè)標(biāo)志位，以決定是發(fā)送中斷還是接收中斷。,3.中斷允許控制寄存器（IE）,中斷允許寄存器格式如下：,IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（A8H）,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,ES為串行口中斷允許位，ES=1時(shí)，允許串行口中斷；ES=0時(shí)，禁止串行口中斷。,寄存器中用于控制中斷的共6位，實(shí)現(xiàn)中斷的管理，其作用如下：,EX1為外部中斷1允許控制位，EX1=1允許外部中 斷1中斷，EX1=0，禁止外部中斷1中斷。,ET1為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（T1）中斷允許控制位，ET1=1時(shí)，允許T1中斷；ET1=0時(shí)，禁止T1中斷。,ET0為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（T0）中斷允許控制位，其控制功能同ET1。,EX0為外部中斷0允許控制位，其控制功能同EX1。,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,MCS51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的管理是由中斷允許總控制位EA和各中斷源的中斷控制位聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)的，缺一不可。,4.中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）,中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器的格式如下：,IP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,(B8H),MCS-51單片機(jī)規(guī)定了兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)：高級(jí)中斷和低級(jí)中斷，用中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（IP）的5位狀態(tài)管理5個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)別。相應(yīng)位是“0”的中斷源為低級(jí)中斷，相應(yīng)位是“1”的中斷源為高級(jí)中斷。,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,各狀態(tài)位的作用如下：,PS為串行口中斷優(yōu)先控制位，PS = 1，串行口為高優(yōu)先級(jí)中斷；PS = 0，串行口為低優(yōu)先級(jí)中斷。,PT1為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（T1）中斷優(yōu)先控制位，PT1 = 1，T1為高優(yōu)先級(jí)中斷，PT1 = 0，T1為低優(yōu)先級(jí)中斷。,PT0為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器優(yōu)先控制位，PT0 = 1，T0為高優(yōu)先級(jí)中斷；PT0 = 0，T0為低優(yōu)先級(jí)中斷。,PX0為外部中斷0中斷優(yōu)先控制位，PX0 = 1，外部中斷0為高優(yōu)先級(jí)中斷；PX0 = 0，外部中斷0為低優(yōu)先級(jí)中斷,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,PX0為外部中斷0中斷優(yōu)先控制位，PX0 = 1，外部中斷0為高優(yōu)先級(jí)中斷；PX0 = 0，外部中斷0為低優(yōu)先級(jí)中斷。,MCS51單片機(jī)優(yōu)先級(jí)的控制原則是：,為了實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求可以中斷低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)；反之則不允許。,同等優(yōu)先級(jí)中斷源之間不能中斷對(duì)方的中斷服務(wù)過程。,多個(gè)同級(jí)中斷源同時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求時(shí)，則按查詢順序確定哪個(gè)中斷請(qǐng)求先被響應(yīng)。MCS51單片機(jī)規(guī)定的查詢順序是：外部中斷0、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0、外部中斷1、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1和串行口中斷。,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.2.3 中斷響應(yīng),一、中斷響應(yīng)過程,MCS51單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的S6狀態(tài)按優(yōu)先級(jí)順序查詢中斷標(biāo)志，如果查詢到某個(gè)標(biāo)志位為“1”，則表明有中斷請(qǐng)求發(fā)生，以下一個(gè)機(jī)器周期的S1狀態(tài)開始響應(yīng)中斷。但是，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，中斷不能進(jìn)行：, CPU正在為高級(jí)或同級(jí)的中斷服務(wù)；, 查詢中斷請(qǐng)求的機(jī)器周期不是當(dāng)前指令的最后一個(gè)機(jī)器周期（以確保當(dāng)前指令的完整執(zhí)行）；, 正在執(zhí)行的指令是RETI或是訪問IE或IP的指令（這時(shí)，必須再執(zhí)行一條指令后才能響應(yīng)中斷）。,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,以上三種情況，通常稱為中斷受阻。 在響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，MCS51的中斷系統(tǒng)先把該中斷請(qǐng)求存在各自的中斷標(biāo)志位中，然后在下一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)按照IP和固定的中斷優(yōu)先級(jí)順序查詢中斷標(biāo)志位狀態(tài)，并完成中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。在下一個(gè)機(jī)器周期的S1狀態(tài)時(shí)，MCS51開始響應(yīng)最高優(yōu)先級(jí)中斷。在響應(yīng)中斷時(shí)，CPU將自動(dòng)做如下幾件事：,先將斷點(diǎn)地址壓入堆棧進(jìn)行保護(hù)，然后根據(jù)不同的中斷源將程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口。這是通過硬件自動(dòng)生成一條長(zhǎng)調(diào)用指令LCALL實(shí)現(xiàn)的。,中斷源與其中斷服務(wù)程序入口地址之間的關(guān)系是固定的，見表51。,表51 8051中斷服務(wù)程序入口地址表,ORG 0003H LJMP 2000H,二、中斷響應(yīng)時(shí)間,在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，為了滿足控制速度要求，常要弄清CPU響應(yīng)中斷所需的時(shí)間。中斷響應(yīng)時(shí)間是指從查詢中斷請(qǐng)求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口地址所需的機(jī)器周期數(shù)，一般是3-8個(gè)機(jī)器周期。,響應(yīng)中斷最短時(shí)間是：,CPU查詢中斷標(biāo)志的周期正好是執(zhí)行一條指令的最后一個(gè)機(jī)器周期（占用一個(gè)機(jī)器周期），此后，不需等待即可響應(yīng)中斷，硬件自動(dòng)生成并執(zhí)行LCALL指令（需要2個(gè)機(jī)器周期），所以總共需要3個(gè)機(jī)器周期。,響應(yīng)中斷最長(zhǎng)時(shí)間是：,CPU查詢中斷標(biāo)志時(shí)，正好是開始執(zhí)行RETI或訪問IE、IP的指令，此時(shí)，需要把當(dāng)前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條指令后，才能響應(yīng)中斷。執(zhí)行前者最長(zhǎng)需2個(gè)機(jī)器周期，而執(zhí)行后者最長(zhǎng)需4個(gè)機(jī)器周期（如乘、除指令），再加上執(zhí)行長(zhǎng)調(diào)用指令LCALL所需2個(gè)機(jī)器周期，總共需要8個(gè)機(jī)器周期。,通常，中斷響應(yīng)時(shí)間可以不予考慮，但在某些需要精確定時(shí)的場(chǎng)合，應(yīng)作出調(diào)整，以保證精確的定時(shí)。,5.2.4中斷請(qǐng)求的撤除,在中斷請(qǐng)求被響應(yīng)前，中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求是由CPU鎖存在特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)中斷標(biāo)志位中的。一旦某個(gè)中斷請(qǐng)求得到響應(yīng)，CPU必須把它的相應(yīng)標(biāo)志位復(fù)位成“0”狀態(tài)。否則，MCS51就會(huì)因中斷未能得到及時(shí)撤除而重復(fù)響應(yīng)同一中斷請(qǐng)求，這是絕對(duì)不能允許的。,五個(gè)中斷源只分屬于三種中斷類型。這三種類型是：外部中斷、定時(shí)器溢出中斷和串行口中斷。對(duì)于這三種中斷類型的中斷請(qǐng)求，其撤除方法是不同的。,一、定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求的撤除,定時(shí)器溢出中斷源的中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤除的，用戶根本不必專門為它們撤除。,二、串行口中斷請(qǐng)求的撤除,TI和RI是串行口中斷的標(biāo)志位，中斷系統(tǒng)不能自動(dòng)將它們撤除，這是因?yàn)镸CS51進(jìn)入串行口中斷服務(wù)程序后常需要對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)，以測(cè)定串行口發(fā)生了接收中斷還是發(fā)送中斷。為了防止CPU再次響應(yīng)這類中斷，用戶應(yīng)在中斷服務(wù)程序的適當(dāng)位置處通過如下指令將它們撤除:,CLR TI ；撤除發(fā)送中斷 CLR RI ；撤除接收中斷,若采用字節(jié)指令，則也可采用如下指令： ANL SCON，#0FCH；撤除發(fā)送和接收中斷,三、外部中斷的撤除,外部中斷請(qǐng)求有二種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)和負(fù)邊沿觸發(fā)。對(duì)于這兩種不同的中斷觸發(fā)方式，MCS51撤除它們的中斷請(qǐng)求的方法是不相同的。,在負(fù)邊沿觸發(fā)方式下,外部中斷標(biāo)志IE0和IE1是依靠CPU兩次檢測(cè)INT0和INT1上觸發(fā)電平狀態(tài)而置位的。因此，芯片設(shè)計(jì)者使CPU在響應(yīng)中斷時(shí)自動(dòng)復(fù)位IE0和IE1，以撤除INT0或INT1上的中斷請(qǐng)求。在中斷服務(wù)時(shí)，既然INT0或INT1停留在低電平，就不會(huì)再產(chǎn)生負(fù)邊沿而使相應(yīng)中斷標(biāo)志位IE0或IE1置位。,在電平觸發(fā)方式下,外部中斷標(biāo)志IE0和IE1是依靠CPU檢測(cè)INT0或INT1 上低電平而置位的。盡管CPU響應(yīng)中斷時(shí)相應(yīng)中斷標(biāo)志IE0或IE1，能自動(dòng)復(fù)位成“0”狀態(tài)，但若外部中斷源不能及時(shí)撤除它在INT0或INT1上低電平就會(huì)再次使已經(jīng)變“0”的中斷標(biāo)志IE0或IE1置位，這是絕對(duì)不能允許的。因此，電平觸發(fā)型外部中斷請(qǐng)求的撤除必須使INT0或INT1上低電平隨著其中斷被CPU響應(yīng)而變?yōu)楦唠娖健?外部中斷信號(hào),INSVR：ORL P1，#01H ANL P1，#0FEH CLR IE0 END,5.2.5中斷系統(tǒng)的初始化,中斷系統(tǒng)初始化就是用戶對(duì)管理中斷系統(tǒng)的特殊功能寄存器中的各控制位進(jìn)行賦值。,中斷系統(tǒng)初始化步驟如下：,(1)開相應(yīng)中斷源的中斷;,(2)設(shè)定所有中斷源的中斷優(yōu)先級(jí);,(3)若為外部中斷,則應(yīng)規(guī)定低電平還是負(fù)邊沿的中斷觸發(fā)方式。,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,解： 采用位操作指令, 采用字節(jié)型指令,MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.2.6 MCS-51單片機(jī)的單步工作方式,單步工作方式，即單步執(zhí)行：就是由外來脈沖控制程序的執(zhí)行，使之達(dá)到來一個(gè)脈沖就執(zhí)行一條指令的目的。而外來脈沖是通過按鍵產(chǎn)生的，因此實(shí)際上單步執(zhí)行就是按一次鍵執(zhí)行一條指令。,假定利用外部中斷0來實(shí)現(xiàn)程序的單步執(zhí)行，為此應(yīng)事先作好兩項(xiàng)準(zhǔn)備工作：, 建立單步執(zhí)行的外部控制電路；, 編寫外部中斷0的中斷服務(wù)程序。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,CLR IT0 ；設(shè)置外部中斷0為電平觸發(fā) SETB EA；CPU開中斷 SETB PX0；置外部中斷0為高優(yōu)先級(jí) SETB EX0；外部中斷0開中斷,其初始化程序如下：,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.2.7 外部中斷源的擴(kuò)展,一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于外部中斷源的擴(kuò)展,用8051的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為計(jì)數(shù)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)輸入端T1（T0）發(fā)生負(fù)跳變將使計(jì)數(shù)器加1。利用此特性，適當(dāng)處理計(jì)數(shù)初值，就可以把計(jì)數(shù)輸入端T1（T0）作為外部中斷請(qǐng)求輸入端。,例如，將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0設(shè)置為工作方式2、計(jì)數(shù)模式、計(jì)數(shù)初值0FFH，且允許中斷，其初始化程序如下：,MOV TMOD，#06H ；設(shè)置定時(shí)器0為工作方式2、計(jì)數(shù)模式 MOV TH0，#0FFH ；設(shè)置計(jì)數(shù)器初值 MOV TL0，#0FFH SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器0 SETB ET0 ；允許定時(shí)器中斷 SETB EA ；CPU開中斷,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,以上程序執(zhí)行后，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入端T0的信號(hào)發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，TL0加1，產(chǎn)生溢出，標(biāo)志位TF0置“1”，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，同時(shí)TH0的值重新送入TL0。這樣T0端相當(dāng)于脈沖方式的外部中斷請(qǐng)求輸入端。,用本方法擴(kuò)展外部中斷源是以犧牲內(nèi)部定時(shí)中斷為代價(jià)的！,二、查詢式擴(kuò)展外部中斷源,當(dāng)外部中斷源較多時(shí)，可以采用查詢的方式擴(kuò)展中斷源。把多個(gè)中斷源通過硬件（如或非門）引入外中斷源輸入端（INT0或INT1），同時(shí)又連到某I/O口。這樣，每個(gè)中斷源都可能引起中斷，并在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢便可確定哪一個(gè)是正在申請(qǐng)的中斷源，其查詢的次序則由中斷源優(yōu)先級(jí)決定，這樣可實(shí)現(xiàn)多個(gè)外部中斷源的擴(kuò)展。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,當(dāng)系統(tǒng)的各部分工作正常時(shí)，4個(gè)故障源輸入端全為低電平，顯示燈全熄滅。只有當(dāng)某部分出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入線由低電平變?yōu)楦唠娖?，從而引?031中斷，在中斷服務(wù)程序中通過查詢即可判定故障源，并進(jìn)行相應(yīng)的燈光顯示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,對(duì)應(yīng)的參考程序清單如下：,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP PINT；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序 ORG 100H MAIN：ANL P1，#55H；使P1口輸入不變，輸出全0 SETB IT0 ；置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0；外部中斷0開中斷 SETB EA；CPU開中斷 LOOP： MOV A，P1；取P1口輸入狀態(tài) ANL A，#55H,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,JNZ LOOP；有外部中斷請(qǐng)求去LOOP ANL P1，#55H；無外部中斷請(qǐng)求輸出清0 ；（燈全滅） SJMP LOOP；去LOOP等待中斷,參考中斷服務(wù)程序如下：,PINT： JNB P1.0，L1 ；查詢中斷源，P1.0為0轉(zhuǎn)L1 SETB P1.1 ；P1.0為1，P1.1送出“1”使對(duì)應(yīng)的燈亮 SJMP L2 ；查詢中斷源，P1.2 L1： CLR P1.1 ；清P1.1，使對(duì)應(yīng)燈滅 L2： JNB P1.2，L3 ；P1.2為0轉(zhuǎn)查下一個(gè)中斷源,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,SETB P1.3 ；P1.2為1，P1.3送出1使對(duì)應(yīng)燈亮 SJMP L4 L3： CLR P1.3 L4： JNB P1.4，L5 SETB P1.5 SJMP L6 L5： CLR P1.5 L6： JNB P1.6，L7 SETB P1.7 SJMP L8 L7： CLR P1.7 L8： RETI；返回主程序,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.3 MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,5.3.1定時(shí)方法概述,可供選擇的定時(shí)方法有：,一、 軟件定時(shí),軟件定時(shí)靠執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序以進(jìn)行時(shí)間延遲。,特點(diǎn)是時(shí)間精確，且不需要外加硬件電路。但軟件定時(shí)要占用CPU開銷，因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜太長(zhǎng)。,二、硬件定時(shí),特點(diǎn)是（定時(shí)功能全部由硬件電路完成）不占CPU時(shí)間，但需通過改變電路的元件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，在使用上不夠靈活方便。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、可編程定時(shí)器定時(shí),這種定時(shí)方法是通過對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)值通過程序設(shè)定，改變計(jì)數(shù)值，也就改變了定時(shí)時(shí)間，使用起來既靈活有方便。,MCS-51單片機(jī)把定時(shí)電路集成在芯片中，稱之為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。,5.3.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能,MCS51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，分別稱為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1。它們都是16位加法計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)，分別由TH0和TL0及TH1和TL1兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,一、計(jì)數(shù)功能,計(jì)數(shù)是指對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。外部事件的發(fā)生以輸入脈沖表示，因此計(jì)數(shù)功能的實(shí)質(zhì)就是對(duì)外來脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。MCS51芯片有T0（P3.4）和T1(P3.5)兩個(gè)信號(hào)引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入端。外部輸入的脈沖為負(fù)跳變時(shí)有效，進(jìn)行計(jì)數(shù)器加1。,單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2拍節(jié)對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行采樣。如果前一個(gè)機(jī)器周期采樣為高電平，后一個(gè)機(jī)器周期采樣為低電平，即為一個(gè)有效脈沖。在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1進(jìn)行計(jì)數(shù)?？梢姴蓸佑?jì)數(shù)脈沖是在2個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行的。因此，計(jì)數(shù)脈沖的頻率不能高于震蕩脈沖頻率的1/24。外部輸入脈沖高電平和低電平時(shí)間必須在一個(gè)機(jī)器周期以上。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,二、定時(shí)功能,定時(shí)功能也是通過定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。不過此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1。,由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期，因此計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。這樣不但可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以反過來按定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.3.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器,與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用有關(guān)的控制寄存器有：,一、 定時(shí)控制寄存器（TCON）,TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制，其中有關(guān)定時(shí)的控制位共有4位：, TF0和TF1計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位,當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出（計(jì)滿）時(shí)，該位置“1”；使用查詢方式時(shí)，此位作狀態(tài)位供查詢，但應(yīng)注意查詢有效后，須用軟件方法及時(shí)將該位清“0”；使用中斷方式時(shí)，此位作中斷標(biāo)志位，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件自動(dòng)清“0”。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, TR0和TR1定時(shí)器運(yùn)行控制位 TR0（TR1）=0 停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作 TR0（TR1）=1 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作 該位根據(jù)需要以軟件方法使其置“1”或清“0”。,二、 工作方式控制寄存器(TMOD， 89H),各位定義如下：,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,M1 M0工作方式選擇位 M1 M0=00 方式0為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； M1 M0=01 方式1為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； M1 M0=10 方式2為常數(shù)自動(dòng)裝入的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； M1 M0=11 方式3(僅適用于T0)為兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在方式3時(shí)T1停止計(jì)數(shù)。,GATE門控位 GATE=0 由運(yùn)行控制位TR啟動(dòng)定時(shí)器； GATE=1 由外中斷請(qǐng)求信號(hào)（INT0或INT1）啟動(dòng)定時(shí)器； C/T定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式選擇位 C/T=0 定時(shí)工作方式； C/T=1 計(jì)數(shù)工作方式；,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、中斷允許控制寄存器(IE，A8H),與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有關(guān)的位重復(fù)介紹如下：,EA中斷允許總控制位。,ET0和ET1定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷允許控制位。 ET0（ET1）= 0，禁止定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷；ET0（ET1）=1，允許定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷。,5.3.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,MCS51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器共有4種工作模式。,一、方式0,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式0的計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)：,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行控制的情況：,由TR0控制的情況,要運(yùn)行控制位TR0能夠控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行，其或門的輸出一定要為1，這就意味著GATE要設(shè)置為0或者INT0=1。 因此在單片機(jī)的定時(shí)或計(jì)數(shù)應(yīng)用中，要注意定時(shí)器方式寄存器TMOD的GATE位一定要設(shè)置為0。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,2、定時(shí)和計(jì)數(shù)應(yīng)用,在方式0下，當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)值的范圍是：18192（213）,當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為： T=（213計(jì)數(shù)初值）晶振周期12,如晶振頻率為6MHZ，則最小定時(shí)時(shí)間為：,Tmin=213（2131）1/610- 612 =210-6=2（s）,最大定時(shí)時(shí)間為：,Tmax=（2130）1/610-612=16384（s）,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,例5.3設(shè)單片機(jī)晶振頻率為6MHZ，使用定時(shí)器1以方式0產(chǎn)生周期為500s的等寬正方波連續(xù)脈沖，并由P1.0輸出。以查詢方式完成。,解： 計(jì)算計(jì)數(shù)初值,欲產(chǎn)生500s的等寬正方波脈沖，只需在P1.0端以250s為周期交替輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)，為此定時(shí)時(shí)間應(yīng)為250s。使用6MHZ晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為2s。方式0為13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)。設(shè)待求的計(jì)數(shù)初值為X，則,（213X）210-6=25010-6,求解得：X=8067。二進(jìn)制數(shù)表示為0001111110000011B。十六進(jìn)制（按方式0的13位11111100XXX00011）表示得：高8位為0FCH，低5位為03H。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 相關(guān)控制寄存器的設(shè)定,TMOD各位的設(shè)定。設(shè)定方式0：M1M0=00；實(shí)現(xiàn)定時(shí)：C/T=0；定時(shí)應(yīng)用：GATE=0。注意： 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0不用，一般來說不要改變其原設(shè)置，為此在程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加以屏蔽。,TCON（地址：88H）是可以位尋址的，又因與該題有關(guān)的位只有TR1，故這里采用位尋址方式，用設(shè)置TR1 =1來啟動(dòng)定時(shí)器T1，TR1 =0來停止定時(shí)器T1。,IE的設(shè)定。題目要求采用查詢方式，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到定時(shí)器溢出標(biāo)志位TF1置1時(shí)，不允許產(chǎn)生中斷，故應(yīng)禁止中斷，即置IE=00H。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 程序設(shè)計(jì),ANL TMOD，#0FH ；設(shè)置T1為定時(shí)工作方式0 ORL TMOD，#00H ；且不影響T0的工作 MOV TH1，#0FCH ；置計(jì)數(shù)初值 MOV TL1，#03H MOV IE，#00H ；禁止中斷 LOOP：SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器 JBC TF1，LOOP1 ；查詢計(jì)數(shù)溢出 AJMP LOOP LOOP1：MOV TH1，#0FCH ；重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值 MOV TL1，#03H CPL P1.0 ；輸出取反 AJMP LOOP ；重復(fù)循環(huán) END,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,二、方式1,方式1是16位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，計(jì)數(shù)器由TH0全部8位和TL0全部8位構(gòu)成。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下作計(jì)數(shù)器用時(shí)，其計(jì)數(shù)范圍是：165536（216）,當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下作定時(shí)器用時(shí)，其定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為： T=（216-計(jì)數(shù)初值）晶振周期12,如晶振頻率為6MHZ，則最小定時(shí)時(shí)間為： Tmin=216-（216-1）1/6 10-612 =210-6=2（s）,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,X=65411=FF83H，即可得：TH0=0FFH，TL0=83H,最大定時(shí)時(shí)間為： Tmax=（216-0）1/610-612=131072 10-6 =131072（s）,例5.4設(shè)單片機(jī)晶振頻率為6MHZ，要求使用定時(shí)器0工作方式1產(chǎn)生周期為500s的等寬正脈沖，并在P1.0端輸出。試編寫采用中斷方式完成的相關(guān)程序。,解：.計(jì)算計(jì)數(shù)初值,（216-X）1/610-612=25010-6,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,.設(shè)置各相關(guān)控制寄存器,TMOD應(yīng)設(shè)置為XXXX0001B； IE和TCON均采用位尋址方式。,.程序設(shè)計(jì),ORG 0000H START： AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTER ORG 0100H MAIN： ANL TMOD，#0F0H ；置定時(shí)器0工作方式1 ORL TMOD，#01H,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,MOV TH0，#0FFH ；設(shè)置計(jì)數(shù)初值 MOV TL0，#83H SETB EA ；CPU開中斷 SETB ET0 ；定時(shí)器0開中斷 SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器0 SJMP ；等待中斷 INTER：MOV TH0，#0FF ；重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值 MOV TL0， #83H CPL P1.0 ；輸出取反 RETI ；中斷返回 END,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、方式2,具有自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值的功能。在這種工作方式下，把16位計(jì)數(shù)分為兩部分，即以TL作計(jì)數(shù)器，以TH作預(yù)置計(jì)數(shù)器，初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別裝入TL和TH中。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由預(yù)置計(jì)數(shù)器自動(dòng)給計(jì)數(shù)器TL重新裝初值。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,2、循環(huán)定時(shí)和循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用,自動(dòng)重裝工作方式非常適應(yīng)于循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用。,例5.5已知晶振頻率fosc=6MHz，要求使用定時(shí)器0以工作方式2產(chǎn)生100s定時(shí)，在P1.0輸出周期為200s的連續(xù)正方波脈沖。試編寫相關(guān)程序。,解：計(jì)算計(jì)數(shù)初值,在6MHZ晶振下，一個(gè)機(jī)器周期為2s，假設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，則： （28-X）210-6=10010-6,求解得： X=206=0CEH,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 各有關(guān)控制寄存器的設(shè)置,IE和TCON均采用位尋址方式，即分別將應(yīng)位置“1”或清“0”。,TMOD的設(shè)置：, 程序設(shè)計(jì)（查詢方式）,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,ANL TMOD，#0F0H；設(shè)置定時(shí)器0 ORL TMOD，#02H ；為工作方式2 MOV TH0，#0CEH ；設(shè)置計(jì)數(shù)初值 MOV，TL0，#0CEH MOV IE，#00H；禁止中斷 SETB TR0；啟動(dòng)定時(shí) LOOP：JBC TF0，LOOP1；查詢計(jì)數(shù)溢出 AJMP LOOP LOOP1：CPL P1.0；輸出方波，初值自動(dòng)裝入 AJMP LOOP,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 程序設(shè)計(jì)（中斷方式） 主程序： ANL TMOD，#0F0H ORL TMOD，#02H MOV TH0， #0CEH MOV TL0， #0CEH SETB EA ；CPU開中斷 SETB ET0 ；定時(shí)器0開中斷 SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí) SJMP ；等待中斷 中斷服務(wù)程序： CLP P1.0 RETI,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,四、 方式3,前三種工作方式，對(duì)兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)置和使用是完全相同的。但是在工作方式3下，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)置和使用卻是不同的。,1、工作方式3下的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0,在工作方式3下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0。其中TL0既可以用作計(jì)數(shù)，又可以用作定時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的各控制位和引腳信號(hào)全歸它使用。其功能和操作與方式0和方式1完全相同，而且邏輯電路結(jié)構(gòu)也極其類似，如圖513a所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的高8位TH0，則只能作為簡(jiǎn)單的定時(shí)器使用。而且由于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的控制位已被TL0占用，因此只好借用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的控制位TR1和TF1。即以計(jì)數(shù)溢出去置位TF1，而定時(shí)的啟動(dòng)和停止則由TR1的狀態(tài)控制，見圖5 13b。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,在工作方式3下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0可以構(gòu)成兩個(gè)定時(shí)器或一個(gè)定時(shí)器一個(gè)計(jì)數(shù)器。,2、在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 設(shè)置為工作方式3時(shí)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1不能工作于方式3，只能工作于方式0、方式1或方式2。且在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0已工作于方式3時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1通常用作串行口的波特率發(fā)生器，以確定串行通信的速率。因?yàn)橐褯]有計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位TF1可供使用，因此只能把計(jì)數(shù)溢出直接送給串行口，如圖5 14所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,圖514定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0在方式3時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的使用,當(dāng)作為波特率發(fā)生器使用時(shí)，只需設(shè)置好工作方式，便可自動(dòng)運(yùn)行。如要停止工作，只需送入一個(gè)把它設(shè)置為方式3的方式控制字就可以了。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.4 MCS-51單片機(jī)的串行接口及其串行通信,5.4.1串行通信基礎(chǔ),并行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快，效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。適用于短距離的數(shù)據(jù)傳送，如計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送 。,串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送稱之為通信,串行通信又分為異步和同步兩種方式。,一、異步串行通信的字符格式,異步串行通信以字符為單位，即一個(gè)字符一個(gè)字符的傳送。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 奇偶效驗(yàn)位用于對(duì)字符的傳送作正確性檢查，因此奇偶效驗(yàn)位是可選擇的，共有3種可能，即奇效驗(yàn)、偶效驗(yàn)和無效驗(yàn)，由用戶根據(jù)需要選定。, 起始位開始一個(gè)字符的傳送的標(biāo)志位。起始位使數(shù)據(jù)線處于“0”狀態(tài)。, 數(shù)據(jù)位起始位之后傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前（左）高位在后（右）。由于字符編碼方式的不同，數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位。, 停止位用以標(biāo)志一個(gè)字符的結(jié)束，它對(duì)應(yīng)于“1”狀態(tài)。停止位在一幀的最后，它可能是1、1.5或2位，在實(shí)際中根據(jù)需要確定。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 位時(shí)間一個(gè)格式位的時(shí)間寬度。, 幀（frame）從起始位開始到停止位結(jié)束的全部?jī)?nèi)容稱之為一幀。幀是一個(gè)字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式稱之為幀格式。,二、異步串行通信的信號(hào)形式,1、近程通信,近程通信又稱本地通信。,近程通信采用數(shù)字信號(hào)直接傳送形式，即在傳送過程中不改變?cè)瓟?shù)據(jù)代碼的波形和頻率。這種數(shù)據(jù)傳送方式稱之為基帶傳送方式。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號(hào)是TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，而通信線上的數(shù)據(jù)信號(hào)卻是RS232C電平標(biāo)準(zhǔn)。然而，盡管電平標(biāo)準(zhǔn)不同，但數(shù)據(jù)信號(hào)的波形和頻率并沒有改變。近程串行通信只需用傳輸線把兩端的接口電路直接連起來即可實(shí)現(xiàn)，既方便又經(jīng)濟(jì)。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,2、遠(yuǎn)程通信,在遠(yuǎn)程串行通信中，應(yīng)使用專用的通信電纜，但出于經(jīng)濟(jì)上的考慮也可以使用電話線作為傳輸線。,遠(yuǎn)距離直接傳送數(shù)字信號(hào)，信號(hào)會(huì)發(fā)生畸變，因此要把數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)再進(jìn)行傳送。信號(hào)形式的轉(zhuǎn)變通常使用頻率調(diào)制法，即以不同頻率的載波信號(hào)代表數(shù)字信號(hào)的兩種不同電平狀態(tài)。這種數(shù)據(jù)傳送方式就稱為頻帶傳送方式。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,三、串行通信的數(shù)據(jù)通路形式,1、單工（Simplex）形式 單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的，通信雙方中一方固定為接收端。單工形式的串行通信，只需要一條數(shù)據(jù)線，如圖518所示,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,2、半雙工（Half-duplex）形式 半雙工形式的數(shù)據(jù)傳送也是雙向的，但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工形式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線，如圖519所示。,3、全雙工（Full-duplex）形式 全雙工形式的數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此全雙工形式的串行通信需要兩條數(shù)據(jù)線，如圖520所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,四、 串行通信的傳送速率,傳送速率用于描述數(shù)據(jù)傳送的快慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳送的，因此傳送速率用每秒鐘傳送格式位的數(shù)目來表示，稱之為波特率(baud rate)。每秒傳送一個(gè)格式位就是1波特，即： 1波特=1bps（位/秒）,在串行通信中，格式位的發(fā)送和接收分別由發(fā)送時(shí)鐘脈沖和接收時(shí)鐘脈沖進(jìn)行定時(shí)控制。,串行通信可以使用的標(biāo)準(zhǔn)波特率在RS232C標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)速度需要、線路質(zhì)量以及設(shè)備情況等因素選定。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,五、串行接口電路通用的異步接收/發(fā)送器(UART),第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)再傳送。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。,通用的異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），就是完成這一功能的硬件電路。,它既能發(fā)送，由并行串行輸出，又能接收，由串行并行輸入。對(duì)每一方來說都是一個(gè)雙緩沖結(jié)構(gòu)。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行數(shù)據(jù)先經(jīng)RXD（Receiver Data）端進(jìn)入移位寄存器，再經(jīng)移位寄存器輸出并行數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩沖器，最后通過數(shù)據(jù)總線送到CPU；當(dāng)發(fā)送信息時(shí)，先由CPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線將并行數(shù)據(jù)給緩沖器，再由緩沖器并行送給移位寄存器，最后逐位由TXD（Transmitter Data）端輸出。所有這些工作都是在時(shí)鐘信號(hào)和其它控制信號(hào)作用下完成的。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,為了檢測(cè)傳送中可能發(fā)生的錯(cuò)誤，UART在發(fā)送時(shí)會(huì)檢查每個(gè)要傳送的字符中“1”的個(gè)數(shù)，自動(dòng)在奇偶效驗(yàn)位上添“1”或“0”，使得“1”的總和在偶效驗(yàn)時(shí)為偶數(shù)，奇效驗(yàn)時(shí)為奇數(shù)。UART在接收時(shí)會(huì)檢查字符中的每一位并計(jì)其“1”的總和，以確定是否發(fā)生傳送錯(cuò)誤。,為了使數(shù)據(jù)傳輸更為可靠，UART常設(shè)置如下三鐘出錯(cuò)標(biāo)志： 奇偶錯(cuò)誤（Parrity Error）：奇偶錯(cuò)誤由奇偶錯(cuò)標(biāo)志觸發(fā)器PE指示，該觸發(fā)器由奇偶效驗(yàn)結(jié)果信號(hào)置位。 幀錯(cuò)誤（Frame Error）：幀錯(cuò)誤由幀錯(cuò)誤標(biāo)志觸發(fā)器FE指示，該觸發(fā)器在UART檢測(cè)到幀的停止位不是“1”而為“0”時(shí)被置位。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源, 溢出錯(cuò)誤（Overrun Error）：UART接收端 在接收到第一個(gè)字符后便放入“接收數(shù)據(jù)緩沖器”，然后就繼續(xù)從RXD線上接收第二個(gè)字符，并等待CPU從“接收數(shù)據(jù)緩沖器”中取走第一個(gè)字符。如果CPU很忙，一直沒有機(jī)會(huì)取走第一個(gè)字符，以致接收到的第二個(gè)字符進(jìn)入“接收數(shù)據(jù)緩沖器”而造成第一個(gè)字符被丟失。這種錯(cuò)誤就稱為溢出錯(cuò)誤。發(fā)生溢出錯(cuò)誤時(shí)，UART自動(dòng)使“溢出錯(cuò)誤標(biāo)志觸發(fā)器”O(jiān)E置位。,接收數(shù)據(jù)的確認(rèn)。UART通過對(duì)RXD線的采樣來完成接收數(shù)據(jù)的確認(rèn)。對(duì)RXD的采樣由接收時(shí)鐘RXC完成，RXC的周期Tc和傳送數(shù)據(jù)位的傳輸時(shí)間Td之間必須滿足如下關(guān)系：,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,Tc=,式中，K=16或64?，F(xiàn)以K=16來說明UART對(duì)RXD線上字符的接收過程。,UART按RXC脈沖上升沿采樣RXD線。每當(dāng)連續(xù)采樣到RXD線上8個(gè)低電平（起始位之半）后，UART便確認(rèn)對(duì)方在發(fā)送數(shù)據(jù)（不是干擾信號(hào)）。此后，UART便每隔16個(gè)RXC脈沖采樣RXD線一次，并把采樣到的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，以移位方式存入接收移位寄存器。RXC對(duì)RXD線的采樣關(guān)系如圖522所示。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,5.4.2 MCS51單片機(jī)的串行口及其控制寄存器,MCS51系列單片機(jī)的串行口是全雙工的，這個(gè)口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，也可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以作為同步移位寄存器使用。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,在串行口中可供用戶使用的是它的寄存器，因此了解其寄存器結(jié)構(gòu)對(duì)用戶來說是十分重要的。,一、串行口寄存器結(jié)構(gòu),第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,在接收方式下，串行數(shù)據(jù)通過引腳RXD（P3.0）進(jìn)入。由于在接收寄存器之間還有移位寄存器，從而構(gòu)成了串行接收的雙緩沖結(jié)構(gòu)，以避免在數(shù)據(jù)接收過程中出現(xiàn)幀重疊錯(cuò)誤，即在下一幀數(shù)據(jù)來時(shí)，前一幀數(shù)據(jù)還沒有讀走。,在發(fā)送方式下，串行數(shù)據(jù)通過TXD（P3.1）送出。與接收數(shù)據(jù)情況不同，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于CPU是主動(dòng)的，不會(huì)發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤，因此發(fā)送電路就不需雙重緩沖結(jié)構(gòu)，這樣可以提高數(shù)據(jù)發(fā)送速度。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,二、串行通信控制寄存器,1、串行控制寄存器SCON （99H）,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,SM2是多機(jī)通信控制位。因多機(jī)通信是在方式2和方式3下進(jìn)行，所以SM2位主要用于方式2和方式3。當(dāng)串行口以方式2或方式3接收時(shí)，如SM2 = 1，則只有當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時(shí)，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；否則，將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。而當(dāng)SM2 = 0時(shí)，不論第9位數(shù)據(jù)為“0”還是為“1”，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。,在方式1時(shí)，若SM2 = 1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1，以便接收下一幀數(shù)據(jù)。,在方式0時(shí)，SM2必須為0。,REN是允許接收位，當(dāng)REN = 1時(shí)，允許接收數(shù)據(jù)，當(dāng)REN = 0時(shí)，禁止接收數(shù)據(jù)。該位由軟件置位或復(fù)位。,第五章 MCS-51單片機(jī)的硬件資源,TB8是發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2、3時(shí)，其值由用戶通過軟件設(shè)置。在雙機(jī)通信時(shí)，TB8一般作為奇偶效驗(yàn)位使