《單片機功能部件》PPT課件.ppt

MCS-51單片機內部功能部件 MCS-51系統(tǒng)擴展 MCS-51功能擴展,MCS-51單片機內部功能部件,第6章 中斷系統(tǒng) 第7章 定時/計數器 第8章 串行通信接口,中斷的概念 現代的計算機都具有實時處理功能，能對外部發(fā) 生的事件如人工干預、外部事件及意外故障做出及時 的響應或處理，這是依靠計算機的中斷系統(tǒng)來實現的。 在MCS51應用系統(tǒng)中，經常需要處理如下問題： 1定時器問題 在溫度控制系統(tǒng)中，需對受控對象的溫度進行定 時采樣，兩次采樣之間的時間間隔是固定的，如每秒 一次。在電機恒速控制系統(tǒng)中，需對受控電機的轉速 進行定時采樣，兩次采樣之間的時間間隔也是固定的， 如每秒兩次。為了定時采樣，就必須使用定時器。當 CPU啟動定時器后，就要等待定時器的定時超時標志， 然后就進行采樣，周而復始，循環(huán)不止。,2鍵盤按鍵問題 鍵盤是計算機系統(tǒng)操作者對系統(tǒng)進行參數設置和狀態(tài)控制的常用設備，操作者何時對鍵盤進行操作是無法事先確定的。單片機應快速響應鍵盤操作。 3串行通信問題 一個單片機控制系統(tǒng)可能與另一個計算機系統(tǒng)有聯系，它們之間的數據交換是通過異步串行通信接口RS-232C進行的。MCS51單片機有一個串行通信控制器，當CPU將要發(fā)送的一個字節(jié)數據提交給串行通信控制器后，需要等串行通信控制器把這個字節(jié)數據發(fā)送完畢，才能發(fā)送下一個字節(jié)數據。這時，CPU要等待串行通信控制器的一個標志，表明串行通信控制器的發(fā)送緩沖器空閑，才能把下一個要發(fā)送字節(jié)數據提交給串行通信控制器。CPU除了發(fā)送數據之外，還要接收對方發(fā)送來的數據，而對方什么時候要發(fā)送數據是無法確定的。MCS51單片機的串行通信控制器會自動處理數據接收，一旦接收到一個字節(jié)的數據，串行通信控制器會設置數據接收完成標志，CPU檢測到該標志后，就從串行通信控制器中將數據讀出。,上述三個問題中，一個共性的問題是：CPU需要對 一個標志進行檢測判斷，以決定是否進行一項預定的工 作（即執(zhí)行一個特定的程序段）。對一個可能隨機出現 的標志進行檢測判斷，可以采用兩種方法：查詢/中斷。 查詢是指CPU在程序流程中循環(huán)判斷標志的改變。 如：啟動定時器時，定時器的定時超時標志TF為0，定 時間隔到時，定時器將定時超時標志TF置為1，程序中 CPU用循環(huán)結構判斷該標志是否為1等待定時結束： while（TF = = 0）； TF = 1； 調用采樣函數， （TF定時到標志）,或者在主函數的流程中按順序判斷各個標志的狀態(tài)，以確定要做的工作。 while（1） if（TI） 調用發(fā)送函數； if（RI） 調用接受函數； if（keypress）調用按鍵處理函數； 這里，TI、RI、keypress分別為定時到標志、發(fā)送緩沖器空標志、接收緩沖器滿標志和有鍵按下標志。,所謂中斷是指，單片機內部有一個中斷管理系統(tǒng)，它對內部的定時器事件、串行通信的發(fā)送和接收事件及外部事件（如鍵盤按鍵動作）等進行自動的檢測判斷，當有某個事件產生時，中斷管理系統(tǒng)會置位相應標志通知CPU，請求CPU迅速去處理。CPU檢測到某個標志時，會停止當前正在處理的程序流程，轉去處理所發(fā)生的事件（針對發(fā)生的事件，調用某一特定的函數，稱為該事件的中斷服務函數），處理完以后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。這個過程稱為中斷。（CPU對中斷標志的檢測是在程序指令執(zhí)行的周期中順帶進行的，不影響指令的連續(xù)執(zhí)行。 ） 注：程序中的一般函數是由主函數或其它函數調用的，而中斷服務函數不能被其它函數調用，它的執(zhí)行完全是隨機的。,中斷管理系統(tǒng)可以處理的事件稱為中斷源。一般計算機系統(tǒng)允許有多個中斷源，當幾個中斷源同時向CPU請求中斷，要求為它們服務的時候，就存在CPU優(yōu)先響應哪一個中斷請求源的問題，一般根據中斷源（所發(fā)生的實時事件）的輕重緩急排隊，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求，于是規(guī)定每一個中斷源都有自己的中斷優(yōu)先級別。 當CPU正在處理一個中斷源請求時，又發(fā)生了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，如果CPU能夠暫時中止執(zhí)行當前的中斷服務程序，轉而去處理優(yōu)先級更高的中斷請求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套，這樣的中斷系統(tǒng)稱為多級中斷系統(tǒng)。沒有中斷嵌套功能的中斷系統(tǒng)稱為單級中斷系統(tǒng)。,中斷系統(tǒng)要解決的問題,CPU在不斷的執(zhí)行指令中，是如何檢測到隨機發(fā)生的中斷請求 中斷能夠人為控制嗎（允許中斷或禁止中斷） 中斷是隨機產生的，不能用一般的子程序調用，那么如何處理中斷處理子程序呢 當有多個中斷時怎么處理 中斷服務完畢，如何正確回到原斷點處,MCS51中斷系統(tǒng) MCS51系列中不同型號單片機的中斷源數量是不同的（511個），最典型的8051單片機有5個中斷源（外部中斷0、1，內部定時器中斷0、1，串口中斷），具有兩個中斷優(yōu)先級。與中斷系統(tǒng)有關的特殊功能寄存器有中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級控制寄存器IP、中斷控制寄存器TCON和SCON中有關位。MCS51單片機基本的中斷系統(tǒng)結構如圖41所示。,1中斷源與中斷標志 MCS51中典型的8051單片機有5個中斷源： 兩個外部中斷：（P3.2 INT0、P3.3 INT1） 上輸入的外部中斷源，低電平或負跳變有效，置位TCON中的IE0和IE1中斷請求標志位； 三個內部中斷源：定時器計數器T0、T1的溢出中斷 源和串行口的發(fā)送/接收中斷。對T0和T1中斷，當定 時計數回0溢出時，由硬件自動置位TCON中的TF0 或TF1中斷請求標志位；對串行接收發(fā)送中斷，當 完成一串行幀的接收發(fā)送時，由硬件自動置SCON 中的中斷請求標志位TI（發(fā)送）或RI（接收），必須 由用戶在中斷服務程序中復位TI或RI。,中斷控制寄存器TCON的各位（可位尋址）： IE0：外部中斷0請求源（INT0）標志。 IE01，外部中斷0正在向CPU請求中斷，當 CPU響應該中斷時由硬件清零IE0（邊沿觸發(fā)方式）。 IT0：外部中斷源 INT0 觸發(fā)方式控制位。 IT0 0，外部中斷0程控為電平觸發(fā)方式，當P3.2輸入低電平時，置位IE0。IT0 1，外部中斷0程控為邊沿觸發(fā)方式，相繼的兩次采樣，一個周期中采樣到為高電平，接著的下個周期中采樣到為低電平，則置1 IE0。,IE1：外部中斷1請求（INT1，P3.3）標志。 IE1 1外部中斷1向 CPU請求中斷，當 CPU響應外部中斷時，由硬件清0 IE1（邊沿觸發(fā)方式）。 IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 IT1 0，外部中斷1程控為電平觸發(fā)方式，IT1 1，外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式。其功能和IT0類似。 TR0：定時計數器T0運行控制位。（啟動/停止） TF0：定時計數器T0溢出中斷標志位，CPU執(zhí)行中斷服務程序時由硬件復位。 TR1：定時計數器T1運行控制位。 TF1：定時計數器T1溢出中斷標志位，CPU執(zhí)行中斷服務程序時由硬件復位。,串行口中斷：串行口的接收中斷標志RI（SCON.0）和發(fā)送中斷標志TI（SCON.1）邏輯或以后作為內部的一個中斷源。當串行口發(fā)送完一個字符由內部硬件置位發(fā)送中斷標志TI，接收到一個字符后也由內部硬件置位接收中斷標志RI。應該注意，CPU響應串行口的中斷時，并不清0 TI和RI中斷標志，TI和RI必須由軟件清0（中斷服務程序中必須有清 TI、RI的指令）。 SCON：串行通信控制寄存器,2中斷控制 （1）中斷允許寄存器IE MCS51的CPU對中斷源的開放或屏蔽，即每一個中斷源是否被允許中斷，是由內部的中斷允許寄存器IE（IE為特殊功能寄存器，它的字節(jié)地址A8H，可位尋址）控制的，其格式如下： EA：CPU的中斷開放標志。 EA 1，CPU開放中斷； EA 0，CPU屏蔽所有的中斷申請。 EX0：外部中斷0中斷允許位。 EX0 1，允許中斷；EX0 0，禁止中斷。,ET0：T0的溢出中斷允許位。 ET0 1，允許T0中斷； ET0 0，禁止T0中斷。 EX1：外部中斷1中斷允許位。 EX1 1，允許外部中斷1中斷； EX1 0，禁止外部中斷1中斷。 ET1：定時器計數器 T1的溢出中斷允許位。 ET1 1，允許T1中斷； ET1 0禁止T1中斷。 ES： 串行口中斷允許位。 ES 1，允許串行口中斷； ES 0禁止串行口中斷。,（2）中斷優(yōu)先級控制 MCS51有兩個中斷優(yōu)先級，每一中斷請求源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，實現二級中斷嵌套。一個正在被執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷服務程序能被高優(yōu)先級中斷所中斷，但不能被另一個同級的或低優(yōu)先級中斷源所中斷。若CPU正在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷服務程序，則不能被任何中斷源所中斷，一直執(zhí)行到結束，遇到返回指令RETI，返回主程序后再執(zhí)行一條指令才能響應新的中斷源申請。 *為了實現上述功能，MCS51的中斷系統(tǒng)有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，一個指出CPU是否正在執(zhí)行高優(yōu)先級中斷服務程序，另一個指出CPU是否正在執(zhí)行低級中斷服務程序。這兩個觸發(fā)器的1狀態(tài)分別屏蔽所有的中斷申請和同一優(yōu)先級的其他中斷源申請。 另外，MCS51的片內有一個中斷優(yōu)先級寄存器IP（IP為特殊功能寄存器，它的字節(jié)地址為B8H，可位尋址），其格式如下：,PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。 PX0 1，外部中斷0中斷定義為高優(yōu)先級中斷； PX0 0，外部中斷0中斷定義為低優(yōu)先級中斷。 PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位。 PT0 1，定時器T0中斷定義為高優(yōu)先級中斷； PT0 0，定時器T0中斷定義為低優(yōu)先級中斷。 PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。 PX1 = 1，外部中斷1中斷定義為高優(yōu)先級中斷； PX1 0，外部中斷1中斷定義為低優(yōu)先級中斷。 PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位。 PT1 1，定時器T1中斷定義為高優(yōu)先級中斷； PT1 0，定時器T1中斷定義為低優(yōu)先級中斷。,PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。 PS 1，串行口中斷定義為高優(yōu)先級中斷； PS 0，行口中斷定義為低優(yōu)先級中斷。 在 CPU接收到同樣優(yōu)先級的幾個中斷請求源時，一個內部的硬件查詢序列確定優(yōu)先服務于哪一個中斷申請，這樣在同一個優(yōu)先級里，由查詢序列確定了優(yōu)先級結構，其優(yōu)先級別排列如下： 外部中斷0 最高 定時器T0中斷 外部中斷1 定時器T1中斷 串行口中斷 最低,# MCS51復位以后，特殊功能寄存器IE、IP的內容均為0，由初始化程序對IE、IP編程，以開放中央處理器CPU中斷、允許某些中斷源中斷和改變中斷的優(yōu)先級。 *3中斷響應過程 MCS51的CPU在每一個機器周期順序檢查每一個中斷源。在機器周期的S6采樣并按優(yōu)先級處理所有被激活的中斷請求，如果沒有被下述條件所阻止，將在下一個機器周期的狀態(tài)S1響應激活了的最高級中斷請求。 CPU正在處理相同的或更高優(yōu)先級的中斷； 現行的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期；,正在執(zhí)行的指令是中斷返回指令（RETI）或者是對IE、IP的寫操作指令（執(zhí)行這些指令后至少再執(zhí)行一條指令后才會響應中斷）。 *如果上述條件中有一個存在，CPU將丟棄中斷查詢的結果；若一個條件也不存在，將在緊接著的下一個機器周期執(zhí)行中斷查詢的結果。 處理器響應中斷時，先置位相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出CPU開始處理的中斷優(yōu)先級別），然后執(zhí)行一條硬件子程序調用，清0中斷請求源申請標志（TI和RI除外）。接著把程序計數部PC的內容壓入堆棧（但不保護PSW），將被響應的中斷服務程序的入口地址送程序計數器PC，各中斷源服務程序的入口地址為：,外部中斷0 0003H 定時器T0 000BH 外部中斷1 0013H 定時器T1 001BH 串行口中斷 0023H 通常在中斷入口，安排一條跳轉指令，以轉移到用戶設計的中斷處理程序入口。 CPU執(zhí)行中斷處理程序一直到RETI指令為止。RETI指令是表示中斷服務程序的結束，CPU執(zhí)行完這條指令后，清0響應中斷時所置位的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，然后從堆棧中彈出頂上的兩個字節(jié)到程序計數器 PC，CPU從原來打斷處重新執(zhí)行被中斷的程序。由此可見，用戶的中斷服務程序末尾必須安排一條返回指令RETI，CPU現場的保護和恢復必須由用戶的中斷服務程序實現。,*一、中斷處理過程 中斷處理過程分為四個階段：中斷請求，中斷響應，中斷處理、中斷返回。MCS51系列單 片機的中斷過程流程如圖6.2所示。,N,N,Y,Y,Y,N,執(zhí) 行 指 令,中斷標志1? (中斷請求?),指令 最后一個T周期?,EA=1? 允 許 位 = 1?,CPU 判 別優(yōu) 先權 ,響 應優(yōu) 先權高 的中斷,斷點的PC進棧, 中斷服務入口地址送PC,撤 除 中 斷 標 志,中 斷 服 務,中 斷 返 回, 斷 點 出 棧 送 PC,中斷請求.,中斷響應,中斷服務,中斷返回,中斷請求、中斷響應過程由硬件完成。 中斷服務程序應根據需要進行編寫。程序中要注意保護現場和恢復現場。 中斷返回是通過執(zhí)行一條RETI中斷返回指令，使堆棧中被壓入的斷 點地址送PC，從而返回主程序的斷點繼續(xù)執(zhí)行主程序。另外RETI還有恢復優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器 的作用，因此不能以RET指令代替“RETI”指令。,*二、中斷請求的撤除 CPU響應中斷后，應撤除該中斷請求標志，否則會再次中斷。 對定時計數器T0、T1的溢出中斷，CPU響應中斷后，硬件自動清除中斷請求標志TF0 TF1。 對邊沿觸發(fā)的外部中斷INT1和INT0，CPU響應中斷后硬件自動清除中斷請求標志IE0和IE1。 對于串行口中斷，CPU響應中斷后，沒有用硬件清除中斷請求標志TI、RI，即這些中斷標志 不會自動清除，必須用軟件清除，這是在編串行通信中斷服務中應該注意的。 對電平觸發(fā)的外部中斷，CPU在響應中斷時也不會自動清除中斷標志，因此，在CPU響應中斷后應立即撤除INT1或INT0的低電平信號。,*4外部中斷響應時間 INT0和INT1電平在每一個機器周期的S5P2被采樣并鎖存到IE0、IE2中，這個新置入的IE0、IEI狀態(tài)等到下一個機器周期才被查詢電路查詢到。如果中斷被激活，并且滿足響應條件，CPU接著執(zhí)行一條硬件子程序調用指令以轉到相應的服務程序入口，該調用指令本身需兩個機器周期。這樣，在產生外部中斷請求到開始執(zhí)行中斷服務程序的第一條指令之間，最少需要三個完整的機器周期。,如果中斷請求被前面列出的三個條件之一所阻止，則需要更長的響應時間。如果已經在處理同級或更高級中斷，額外的等待時間明顯地取決于別的中斷服務程序的處理過程。當沒有處理同級或更高級中斷時，如果正在處理的指令沒有執(zhí)行到最后的機器周期，所需的額外等待時間不會多于3個機器周期，因為最長的指令（乘法指令MUL和除法指令 DIV）也只有 4個機器周期，如果正在執(zhí)行的指令為IE、IP的指令，額外的等待時間不會多于 5個機器周期（最多需一個周期完成正在處理的指令，完成下一條指令（設MUL或DIV）4個機器周期）。這樣，在一個單一中斷優(yōu)先級的系統(tǒng)里，外部中斷響應時間總是在38個機器周期之間。,*外部中斷觸發(fā)方式選擇 1電平觸發(fā)方式 若外部中斷定為電平觸發(fā)方式，外部引腳中斷輸入必須有效（保持低電平），直到CPU實際響應該中斷時為止，同時在中斷服務程序返回之前，外部中斷輸入必須無效（高電平），否則CPU返回后會再次引起中斷。所以電平觸發(fā)方式適合于外部中斷輸入以低電平輸入的、而且中斷服務程序能清除外部中斷輸入請求信號的情況。在用戶系統(tǒng)中，可將中斷輸入信號經一個D觸發(fā)器接入，并使D觸發(fā)器的D端接地，當外部中斷請求的正脈沖信號出現在D觸發(fā)器的CLK端時，D觸發(fā)器的Q端產生負電平，INTx有效，發(fā)出中斷請求，CPU執(zhí)行中斷服務程序時，利用一根口線，如P1.0，輸出一負電平脈沖使D觸發(fā)器置位，撤消中斷請求。,2邊沿觸發(fā)方式 外部中斷若定義為邊沿觸發(fā)方式，外部中斷申請觸發(fā)器能鎖存外部中斷輸入線上的負跳變，即使CPU暫時不能響應，中斷申請標志也不會丟失。在這種方式里，如果相繼連續(xù)兩次采樣，一個周期采樣到外部中斷輸入為高電平，下個周期采樣到低電平，則置位中斷申請觸發(fā)器，直到CPU響應此中斷時才清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的脈沖寬度至少保持12個時鐘周期（若晶振頻率為6MHz，即 2S）才能被CPU采樣到。外部中斷的邊沿觸發(fā)方式適合于以脈沖形式輸入的外部輸入請求，如ADC0809的AD轉換結果的標志信號EOC為正脈沖，取反后連到8031的INTx，就可以中斷方式讀取AD的轉換結果。,中斷服務程序及例程 使用MCS51的中斷，要為使用到的中斷源編寫中斷服務程序。C51為中斷服務程序的編寫提供了方便的方法。C51的中斷服務程序是一種特殊的函數，它的說明形式為： void 函數名(void) interrupt n using m 函數體語句 這里，interrupt和using是為編寫C51中斷服務程序而引入的關鍵字，interrupt表示該函數是一個中斷服務函數，interrupt后的整數n表示該中斷服務函數是對應哪一個中斷源。,每個中斷源都有系統(tǒng)指定的中斷編號： 中 斷 源 中 斷 編 號 外部中斷0 0 定時器T0 1 外部中斷1 2 定時器T1 3 串行口中斷 4 using指定該中斷服務程序要使用的工作寄存器組號，m為03。 關鍵字interrupt和using只能用于中斷服務函數的說明而不能用于其它函數。 程序中的任何函數都不能調用中斷服務函數，中斷服務函數是由系統(tǒng)調用的。,例：INT0端口接一開關，P1.0接一發(fā)光二極管。 開關閉合（接地）時，發(fā)光二極管改變一次狀態(tài)。 #include “reg51.h” #include “intrins.h” Sbit P10=P10 void delay（void） int a = 5000; while（a） _nop_（ ）; /*INTRINS.H中說明的內部函數*/ ,P1.0,INT0,void int0_srv（void） interrupt 0 using 1 delay（）; if（INT0 = 0） P10 = !P10 ; while（INT0 = 0 ）; void main（） P10 = 0; 初始化TCON、IE、IP EA = 1; IT0=0; EX0 = 1; while（1）; ,例6-1,例如，對本節(jié)的例1用C語言編程 #include int0() interrupt 0 /*INT0中斷函數*/ P1=0x0f; /*輸入端先置1，燈滅*/ P1=4; /* 讀入開關狀態(tài)，并左移四位， 使開關反映在發(fā)光二極管上*/ main() EA=1; /*開中斷總開關*/ EX0=1; /*允許INT0中斷*/ IT0=1; /*下降沿產生中斷*/ while(1); /*等待中斷*/ ,*法1：在主程序中控制中斷次數 #include char i; code char tab16= 0x3f,0x06,0x5b, 0x4F,0x66，0x6d,0x7d, 0x07, 0x7f,0x6f,0x77, 0x7c,0x39, 0x5e,0x79,0x71; int( ) interrupt 2 i+； /*計中斷次數*/ P1=tabi; /*查表，次數送顯示*/ ,main() EA=1; EX1=1; IT1=1; ap5: P1=0x3f; /*顯示“0”*/ for(i=0;i16;); /*當I16等待中斷*/ goto ap5; /*當i=16重復下 一輪16次中*/ ,法二：在中斷服務程序中控制中斷次數 #include char i; code char tab16= 0x3f,0x06, 0x5b,0x4F0x66, 0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e, 0x79,0x71;,int() interrupt 2 i+ if (i16)P1=tabi； elsei=0;P1=0x3f; main() EA=1;EX1=1; IT1=1; P1=0x3f； while(1); /*等待中斷*/ ,作業(yè)：中斷控制流水燈,定時/計數器,定時/計數器控制寄存器 定時/計數器運行控制 定時/計數器工作方式,通常實現定時/計數有3種主要方法: 軟件定時，即讓機器執(zhí)行一個程序段，這段程序本身沒有具體的執(zhí)行目的，只是為了磨時間。執(zhí)行這段程序所需要的時間就是延時時間。這種程序前面已設計過。這種方法定時占用CPU執(zhí)行時間，降低了CPU利用率。 數字電路硬件定時：采用小規(guī)模集成電路器件如555，外接定時部件(電阻和電容)構成。這樣的定時電路簡單，但要改變定時范圍，必須改變電阻和電容，這種定時電路在硬件連接好以后，修改不方便。 可編程定時/計數器是為方便微型計算機系統(tǒng)的設計和應用而研制的，它是硬件定時，又很容易地通過軟件來確定和改變它的定時值，通過初始化編程，能夠滿足各種不同的定時和計數要求，因而在嵌入式系統(tǒng)的設計和應用中得到廣泛的應用。（基本原理）,8051型有兩個十六位定時/計數器T0、T1，有四種工作方式。 MCS51系列單片機的定時/計數器有幾個相關的特殊功能寄存器： 方式控制寄存器TMOD； 加法計數寄存器TH0、TH1 （高八位） TL0、TL1 （低八位）； 定時/計數到標志TF0、TF1（中斷控制寄存器TCON） 定時/計數器啟?？刂莆籘R0、TR1（TCON） 定時/計數器中斷允許位ET0、ET1（中斷允許寄存IE） 定時/計數器中斷優(yōu)先級控制位PT0、PT1（中斷優(yōu)IP）,1. 定時工作方式, 設置為定時工作方式時，定時器計數的脈沖是由51單片機片內振蕩器經12分頻后產生的。 每經過一個機器周期定時器(T0或T1)的數值加1直至計數滿產生溢出。 如：當8051采用12MHz晶體時，每個機器周期為1s，計5 個機器周期即為5 s，即定時5 s 。,2. 計數工作方式, 設置為計數工作方式時，定時/計數器對引腳 P3.4 (T0)和P3.5 (T1)輸入的外部脈沖信號計數。 當輸入脈沖信號產生由1至0的下降沿時，定時器的值 加 1。測量過程是： CPU前一個機器周期采樣脈沖值為高，下一個機器周期采樣脈沖值為低，則計數器加 1。, 由于檢測一個1至0的跳變需要二個機器周期，故最高計數頻率為振蕩頻率的二十四分之一。 雖然對輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某個電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時間至少是一個完整的機器周期。,無論是定時還是計數，當軟件設定了定時/計數器的工作方式，啟動以后，定時/計數器就按規(guī)定的方式工作，不占用CPU的操作時間，此時CPU可執(zhí)行其他程序，到了計滿規(guī)定的時間或規(guī)定的個數（定時/計數器溢出），定時/計數器會給出溢出標志，你可以通過查詢或中斷方式了解是否溢出。這種工作的方式如同人帶的手表，人在工作或睡覺，而手表依然滴滴答答行走，你可以通過看表或設鬧鐘方式，到了規(guī)定的時間，干你想干的事。,定時計數器方式控制寄存器TMOD 定時計數器的工作方式由TMOD的各位控制， TMOD的格式為： TMOD的低四位為T0的方式字，高四位為T1的方 式字。TMOD不能位尋址，必須整體賦值。TMOD各 位的含義如下: 1. 工作方式選擇位M1、M0 M1、M0的狀態(tài)決定定時器的工作方式：,2. 定時和外部事件計數方式選擇位C/T C/T0為定時器方式。在該方式中，以振蕩器輸出時 鐘脈沖(fosc)的十二分頻信號（即機器周期）作為計數信號，也就是每一個機器周期,定時器加1，若晶振為12MHz，則定時器計數頻率為1MHz，計數的脈沖周期為1S。定時器從初值開始加1計數直至定時器溢出。,C/T1為外部事件計數器方式，這種方式將外部引腳（T0為P3.4、T1為P3.5）上的輸入脈沖作為計數脈沖。（下降沿進行計數） 外部事件計數時最高計數頻率為晶振頻率的二十四分之一，外部輸入脈沖高電平和低電平時間必須在一個機器周期以上。 對外部輸入脈沖計數的目的通常是為了測試脈沖的周期、頻率或對輸入的脈沖數進行累加。,3. 門控位GATE GATE與TR0、TR1配合決定定時/計數器的啟停。 GATE = 0時，定時器/計數器的啟停只受定時器 運行控制位（TR0、TR1）的控制。 （軟件啟動） GATE = 1時，定時器/計數器的啟停除受TR0、 TR1控制外，還受外部引腳（INT0、 INT1）輸入電 平的控制（為高）。即TR0和INT0控制T0的運行，TR1和INT1控制T1的運行 （軟硬啟動）,定時器運行控制位 在特殊功能寄存器 TCON中存放著定時器的運行控制位和溢出標志位。 1定時器T0運行控制位TR0 TR0（TCON.4）由軟件置位和清零。 當GATE=0時，T0的計數僅由TR0控制，TR0=1時允許T0計 數，TR0=0時禁止T0計數，這時，定時器僅由軟件控制。 當GATE=1時，僅當TR0=1且P3.2的輸入信號為高電平時T0 才計數，當TR0為0或P3.2的輸入為低電平時都禁止T0計數，這 時，若置TR0為1，則定時器僅由引腳信號的狀態(tài)控制啟停，因 而是硬件控制的。用TR0和INT0一起控制定時器的啟停，則為 軟、硬件配合控制。 2定時器 T1運行控制位TR1,定時/計數器的工作方式 MCS51的定時器有方式0、方式1、方式2和 方式3這4種工作方式。 1.方式0 當M1M0=00時，定時器工作于方式0。,與,方式 0為13位的計數器，由TL0的低5位和TH0的8位 組成，TL0低5位計數溢出時向TH0進位，TH0計數溢出時 置位溢出標志TF0。若T0工作于定時方式，設計數初值為 a，晶振頻率為12MHz，則T0從初值開始計數到溢出的定 時時間為 t（213a）1S。 2. 方式1 當M1M0=01時，定時器工作于方式1。,T1工作于方式1時，由TH1作為高8位，TL1作為低8位，構成一個十六位的計數器。若T1工作于定時方式1，計數初值為 a，晶振頻率為12MHz，則T1從計數初值計數到溢出的定時時間為t =（216a）S。 3. 方式2 M1M0=10時，定時器計數器工作于方式2，方式2為自動恢復初值的 8位計數器。TL1作為8位計數器，TH1作為計數初值寄存器。 t =（28a）S。,*4.方式3 M1M0=11時，被設置為方式3。,若T1設置為工作方式3時，則使T1停止計數。若T0被設置為方式3，則T0分為兩個獨立的8位計數器TL0和TH0。 TL0可作為八位定時/計數器，可使用T0的所有狀態(tài)控制位（GATE、TR0、INT0（P3.2）、T0（P3.4）、TF0等），TL0計數溢出時置位溢出標志TF0，TL0計數初值必須由軟件每次設定。 TH0只能作為一個8位定時器，并使用T1的狀態(tài)控制位TR1、TF1。TRl為1時，允許TH0計數，當TH0計數溢出時，置1溢出標志TF1。 一般只有當T1用于串行口的波特率發(fā)生器時，T0才在需要時用于方式3，以增加一個計數器。這時T1的啟停也受TR1控制，當T1計數溢出時不置位TF1。,定時/計數器應用舉例 使用MCS51單片機的定時/計數器的步驟是： 1設定TMOD，確定： 工作狀態(tài)(用作定時器/計數器)； 工作方式； 控制方式。 如：T1用于定時器、方式1，T0用于計數器、方式2，均用軟件控制。則TMOD的值應為：0001 0110，即0x16。 2設置合適的計數初值，以產生期望的定時間隔。由于定時/計數器在方式0、方式1和方式2時的最大計數間隔取決于使用的晶振頻率fosc，如下表所示，當需要的定時間隔較大時，要采用適當的方法，即將定時間隔分段處理。,計數初值的計算方法如下，設晶振頻率為fosc，則定時/計數器計數頻率為fosc/12，定時/計數器的計數總次數T_all在方式0、方式1和方式2時分別為213 = 8192、216 = 65536和28 = 256，定時間隔為T，計數初值為a，則有 T = 12(T_all a)/fosc a = T_all Tfosc/12 a = Tfosc/12 （注意單位） THx = a / 256； TLx = a % 256；,3確定定時/計數器工作于查詢方式還是中斷方式，若工作于中斷方式，則在初始化時開放定時/計數器的中斷及總中斷： ET0 = 1； EA = 1； 還需要編寫中斷服務函數： void T0_srv（void） interrupt 1 using 1 TL0 = a % 256； TH0 = a / 256； 中斷服務程序段 4啟動定時器：TR0（TR1）= 1。,如圖所示， P1中接有八個發(fā)光二極管，編程使八個管輪流點亮，每個管亮100ms，設晶振為6MHz。,7.4.3 應用編程舉例,例1: 從P1.0輸出方波信號，周期為50ms。 采用定時/計數器T0用于定時器，定時間隔為25ms，軟件控制，方式1，中斷方式。設fosc = 6MHz。 定時計數初值為： a = -0.025*6000000/12= -12500 #include “reg51.h” void main（） TMOD = 0x01； TH0 = -12500 / 256； TL0 = -12500 %256；,ET0 = 1；EA = 1； TR0 = 1； While（1）； void T0_srv（void） interrupt 1 using 1 TL0 = -12500 %256； TH0 = -12500 / 256； P10 = !P10； ,例2: 從P1.0輸出方波信號，周期為2s。（同72） 實現一：硬件定時+軟件計數 采用T0做定時器，方式1，定時間隔為0.1s，中斷方 式。另設一全局變量ah1用于計數，每隔0.1秒ah1加1。 定時計數初值為： （設fosc = 6MHz） a = -0.1*6000000/12= -50000 #include “reg51.h” char ah1; void main（） TMOD = 0x01； TH0 = -50000 / 256； TL0 = -50000 %256；,ET0 = 1；EA = 1； TR0 = 1； While（1）； void T0_srv（void） interrupt 1 using 1 TL0 = -50000 %256； TH0 = -50000 / 256； ah1+； if (ah1=10) ah1=0 ； P10 = !P10； ,*實現二： （1）T1做計數器，初值為-10，方式2，中斷方式。 P1.1與T1（P3.5）相連。 （2）T0不變還做定時器，定時間隔為0.1s，方式1，中斷 方式。每隔0.1s，P1.1輸出一個方波：P11=1；P11=0； #include “reg51.h” char ah1; void main（） TMOD = 0x61； TH0 = -5000 / 256； TL0 = -5000 %256；,TH1 = -10； TL1 = -10； ET0 = 1； ET1 = 1； EA = 1； TR0 = 1； TR1 = 1； While（1）； void T0_srv（void） interrupt 1 using 1 TL0 = -50000 %256； TH0 = -50000 / 256； P11=1；P11=0； ,void T1_srv（void） interrupt 3 using 2 P10=！P10； ,*例3: 波形展寬程序.P124 設P3.4輸入低頻的窄脈沖信號，要求在P3.4輸入發(fā)生負跳變時，P1.0輸出一個500S的同步脈沖。 設fosc = 6MHz，P1.0的初態(tài)為高電平 （1）平時T0選為方式2做計數器用， 初值為-1（0FFH）； （2）一旦P3.4輸入發(fā)生負跳變時，程序查詢到TF0變?yōu)?，則T0改為做定時器（500S），并使P1.0輸出低電平，T0溢出后恢復P1.0高電平，T0又工作于計數器方式。,#include “reg51.h” void main（） TMOD = 0x06； /*T0計數器，方式2，軟件控制*/ TH0 = -250； TL0 = -1 ； /* 或TL0 = 255 */ TR0 = 1；,while（1） while（TF0=0）； TF0 = 0； /非中斷方式 TMOD = 0x02； /* T0定時器，方式2*/ P10 = 0； while（!TF0）； TF0 = 0； P10 = 1； TMOD = 0x06； /* T0 恢復為計數器 */ TL0 = -1； 請大家回去想想中斷的寫法,*例4 測量正脈沖寬度P125 說明：當TMOD中的GATE=1，則定時/計數器T0（T1）的啟停由INT0（INT1）引腳控制，所以將該脈沖信號接到INT0（INT1）。,#include “reg51.h” void main（） char a,b; int c; TMOD = 0x09； /*T0定時器，方式1，硬件控制*/ TH0 = 0； TL0 = 0 ； while（INT0=1）； TR0 = 1； while（INT0=0）； /*等待INT0上跳 等INT0=1時，T0開始工作 */ while（INT0=1）； /*等待INT0下跳*/ a=TH0; b=TL0; c=256*a+b; c=c*T； ,第8章 串行通信接口,串行通信的基本概念 串行接口的控制寄存器 串行接口的工作方式 *波特率的設定及編程,8 1 概 述 單片機應用與數據采集或工業(yè)控制時，往往作為前端機安裝在工業(yè)現場，遠離主機，現場數據采用串行通信方式發(fā)往主機進行處理，以降低通信成本，提高通信可靠性。如下圖所示。 應用, 數據通信方式有兩種：并行通信與串行通信 并行通信： 所傳送數據的各位同時發(fā)送或接收， 數據有多少位就需要多少根數據線。 特點： 速度快，成本高，適合近距離傳輸 如計算機并口，打印機，8255 。 串行通信：所傳送數據的各位按順序一位一位 地發(fā)送或接收。 只需一根數據，一根地線，共2 根 特點：成本低，硬件方便，適合遠距離通信， 傳輸速度低。,計算機技術中常見的一些接口,1、串行通信的基本概念 在串行通信系統(tǒng)中，根據數據流動方向可以分為三種方式： 單工通信：數據只能單向傳送。 半雙工通信：通信是雙向的，但每一時刻，數據流通的方 向是單向的。 全雙工通信：允許數據同時在兩個方向流動，即通信雙方的 數據發(fā)送和接收是同時進行的。,在串行通信過程中，通信雙方必須采用相同的通信速率，即每秒鐘發(fā)送或接收的位數，稱為波特率，如600，1200，2400，4800，9600，19200bps等。 P135 波特率與有效波特率 2、異步串行通信/同步串行通信 異步串行通信采用如下的幀結構： 起始位 + 8位數據位 + 停止位 或 起始位 + 9位數據位 + 停止位 其中：起始位為低電平，停止位為高電平。,優(yōu)點：硬件結構簡單。 缺點：傳輸速度慢。,P,1,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,P,1,0,第n個字符（一幀）,n-1,n+1,0,D0,起始位,數據位（58位）,校驗位,停止位, 在同步通信中，發(fā)送方在數據或字符開始處就用同步字符(常約定12個字節(jié))指示一幀的開始 ，由時鐘來實現發(fā)送端和接收端同步，接收方一旦檢測到與規(guī)定的同步字符符合，下面 就連續(xù)按順序傳送若干個數據 ，最后發(fā)校驗字節(jié)。見下圖：,SYN字符1,SYN字符2,數據1,數據2,.,數據n,連續(xù)傳送n 個數據,校驗,3錯誤校驗 在串行通信過程中，傳輸的電信號會受到各種干擾而產生畸變，因而使接收方接收到錯誤的數據。所以進行錯誤校驗。（在發(fā)送的數據信號中加入多余的信息位而達到錯誤校驗的目的） 在異步串行通信系統(tǒng)中，奇偶校驗是一種簡單的錯誤校驗編碼。奇偶校驗分為奇校驗和偶校驗。奇校驗是指數據各位與校驗位中1碼的總個數為奇數個，偶校驗是指數據各位與校驗位中1碼的總個數為偶數個。,通信的雙方針對上面情況應該有一個約定，什么時候開始發(fā)送，什么時候發(fā)送完畢；接收方收到的信息是否正確等，這就是通信協(xié)議。 所謂通信協(xié)議就是通信雙方必須共同遵守的 一種約定，約定包括數據的格式、同步的方式、傳送的步驟、檢糾錯方式及控制字符的定義 等,4*串行通信過程和UART 基本的計算機異步串行通信系統(tǒng)中，兩臺計算機之間通過三根信號線TxD、RxD和GND連接起來，TxD與GND構成發(fā)送線路，RxD與GND構成接收線路。一臺計算機的TxD、RxD線分別與另一臺計算機的RxD、TxD線相連。,Receive Data Transmit Data,實現串行通信的必要過程是并串（并行數據被CPU或外 設處理，串行數據在線路上傳輸）。 發(fā)送過程： CPU將要發(fā)送的一個字節(jié)并行數據 串行數據序列； 組幀（加一個起始位和一個停止位，還可能加入校驗位）； 按事先約定的通信波特率發(fā)送起始位，然后發(fā)送數據位和校驗位，最后發(fā)送停止位。 接收過程： 當通信線路處于空閑狀態(tài)（雙方都沒有數據發(fā)送）時，接 收線RxD為高電平。 CPU以16倍于波特率的頻率對RxD進行采樣，當采樣到低 電平后，延時半位寬度，在該位中部進行三次采樣，進行多數 判決，確認若為低電平，則確定接收到起始位。然后，延時一 位寬度接收一位數據，直至接收到停止位。然后將串行數據拆 幀并轉換為并行數據，交CPU處理。（每接收一位數據時，采 用三次采樣的判決方法）,由于在串行通信過程中的并串轉換、串并轉換、線路檢測、采樣判決、組幀、拆幀、發(fā)送和接收等操作需消耗CPU大量時間，以至CPU無法處理其它工作，因而開發(fā)出專用于處理異步串行通信發(fā)送和接收工作的芯片UART（通用異步串行通信接收發(fā)送器）。,UART 傳輸結構,CPU只需將要發(fā)送的一個字節(jié)數據交給UART，其它發(fā)送工作由UART自動完成，當UART將一幀數據發(fā)送完畢，會通知CPU 已發(fā)送完，可提交下一個字節(jié) 。 UART自動監(jiān)測線路狀態(tài)并完成數據接收工作，當接收到一個字節(jié)數據后，UART會通知CPU來讀取。采用UART后，CPU的負擔大大減輕了。,（1）實現數據格式化 因為CPU發(fā)出的數據是并行數據，接口電路應實現不同串行通信方式下的數據格式化任務， 如自動生成起止方式的幀數據格式(異步方式)或在待傳送的數據塊前加上同步字符等。,總的來說，串行接口的基本任務就是：,（2）進行串、并轉換 在發(fā)送端，接口將CPU送來的并行信號轉換成串行數據進行傳送；而在接收端，接口要將接 收到串行數據變成并行數據送往CPU，由CPU進行處理。 （3）控制數據的傳輸速率 接口應具備對數據傳輸率波特率的控制選擇能力，即具有波特率發(fā)生器。 （4）進行傳送錯誤檢測 在發(fā)送時，對傳送的數據自動生成校驗位或校驗碼，在接收端能檢查校驗位或校驗 碼，以確定傳送中是否有誤碼。,近距離傳送電路 (比如主板上的兩個芯片),串行通信線的連接：,微 機,接 口,調 制 解 調 器,調 制 解 調 器,接 口,微 機,電 話 分 機,電 話 分 機,遠距離傳送電路,數字信號通過調制器變成模擬信號通過電話線傳送到對方，接收方通過解調器將模擬信號轉換成數字信號接收。,5.常用串口與串口標準,常用串口 設備級：COM、USB 芯片級：SPI、I2C RS-232標準串口的形式p136 電平轉換芯片MAX232 TTL電平和RS-232電平的轉換p137 單片機串口通信接口電路,串行通信接口,串行擴展接口,串行通信接口總線標準,計算機通信主要采用異步串行通信方式，常用的異步總線標準有三種： RS-232（RS-232A RS-232B RS-232C） RS-449 （RS422 RS423 RS485） 20mA電流環(huán) 這里重點介紹RS-232 RS-232C：速率：20Kbit/S， 最大通信距離 ： 15m RS422： 10Mbit/s， : 300m 90Kbit/s， ：1200m,RS232C,美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）公布的一種異步通信標準。 RS232C標準是：P135 設備之間通信的距離不大于15米 最大傳輸速率20Kb/S 采用負邏輯：“1” 3V 15V “0” +3V + 15V 不帶負載時輸出電平：25V +25V 輸出短路電流： 0.5A 最大負載電容: 2500pF 當計算機采用RS232標準時必須通過電平轉換，MAX232 是EIA和TTL電平轉換芯片。內部具有電壓提升電路，并有兩路接收器和發(fā)送器。其連線和引腳如圖,T1IN,T2IN,R1OUT,R2OUT,V+,V-,T1OUT,T2OUT,R1IN,R2IN,+5V,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,+10V,-10V,TTL/CMOS,TTL/CMOS,RS-232,RS-232,VCC,V+,V-,T2OUT,T1OUT,R2IN,VCC,R1IN,R1OUT,T1IN,T2IN,R2OUT,GND,MAX232,MAX232 連線圖,MAX232 引腳圖,電路圖 實物圖,6MCS51的串行通信接口 MCS51單片機內部集成有一個UART，用于全雙工 方式的串行通信，可以同時發(fā)送、接收數據。它有兩個互 相獨立的接收、發(fā)送緩沖器，這兩個緩沖器同名SBUF， 共用一個地址號（99H）。 發(fā)送SBUF：只能寫，不能讀； SBUF = a； 接收SBUF：只能讀，不能寫。 a = SBUF； 串行接口有四種工作方式，有的工作方式時其波特率 是可變的。用戶可以用軟件編程的方法在串行控制寄存器 SCON中寫入相應的控制字就可改變串行口的工作方式。,發(fā)送 SBUF （99H）,門,8,8,圖8.7 串行口