《片机教学》PPT课件.ppt

1、2020/11/12,1,第5章 51单片机的中断与定时,中断与定时/计数器,五个中断源：INT0外部中断、INT1外部中断、 T0溢出中断、T1溢出中断、串口读写中断 定时/计数器：T0、T1 四种工作模式：工作模式0 3,1）中断请求标志-定时器控制寄存器TCON中的中断标志位,中断相关寄存器,TCON各控制位的含义： TF1：定时器/计数器T1溢出中断请求标志位。 TF0：定时器/计数器T0溢出中断请求标志位。 IE1：外部中断1的中断请求标志。 IE0：外部中断0的中断请求标志。 IT1：外部中断1的中断触发方式控制位。 IT0：外部中断0的中断触发方式控制位。,2）中断请求标志-串行

2、口控制寄存器SCON中的中断标志位,中断相关寄存器,SCON各控制位的含义： TI：串行口发送中断请求标志。 CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送。每发送完一帧串行数据后，硬件置位TI。但CPU响应中断时，并不清除TI，必须在中断服务程序中由软件对TI清0。 RI：串行口接收中断请求标志。 在串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件置位RI。同样，CPU响应中断时不会清除RI，必须在中断服务程序中由软件对RI清0。,3）中断允许控制-中断允许寄存器IE,中断相关寄存器,IE 各控制位的含义： EA：中断允许总控制位。 ES：串行口中断允许位。 ET1：定时器/计数器T1的溢出

3、中断允许位。 EX1：外部中断1的溢出中断允许位。 ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位。 EX0：外部中断0的溢出中断允许位。,4）中断优先级控制-中断优先级寄存器IP,中断相关寄存器,IP 各控制位的含义： PS：串行口中断优先级控制位 PT1：定时器/计数器T1中断优先级控制位 PX1：外部中断1中断优先级控制位 PT0：定时器/计数器T0中断优先级控制位 PX0：外部中断0中断优先级控制位 若某控制位为1，则相应的中断源规定为高级中断； 反之，为0，则相应的中断源规定为低级中断。,1）定时器控制寄存器TCON,定时器/计数器控制相关寄存器,TCON各控制位的含义： TF1：定时器

4、/计数器T1溢出中断请求标志位。 TF0：定时器/计数器T0溢出中断请求标志位。 当T1溢出时，硬件置1；需在中断程序中软件清0。 TR1：T1运行控制位。可通过软件置1(TR1=1)或清0(TR1=0)来启动或关闭 T1工作。 TR0： T0运行控制位。可通过软件置1(TR0=1)或清0(TR0=0)来启动或关闭 T0工作。,2）定时器方式选择寄存器TMOD,定时器/计数器控制类寄存器,TMOD寄存器用于设定定时器/计数器的工作方式。 寄存器地址为89H，它没有位地址，不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。 它的低半字节对应控制T0，高半字节对应控制T1.,2）定时器方式选择寄存器T

5、MOD,定时器/计数器控制类寄存器,TMOD各控制位的含义： GATE：门控位。 GATE=0，以运行控制位TR启动定时器，而不管INT0(或INT1)的电平是高还是低； GATE=1，以外中断请求信号(INT1/INT0)启动定时器。只有INT0(或INT1)引脚为高电平且由软件使TR0(或TR1)置1时，才能启动定时器工作。 C/T：定时方式或计数方式选择位。 C/T=0，定时工作方式； C/T=1，计数工作方式。 M1M0：工作方式选择位。 M1M0=00，工作方式0；M1M0=01，工作方式1； M1M0=10，工作方式2；M1M0=00，工作方式3；,定时器/计数器的四种模式,M1M

6、0控制的定时器/计数器的四种工作模式,【例1】设时钟频率为6MHz。编写利用T0产生1s定时的程序。 解：1）定时器T0工作模式的确定 模式0最长可定时16.384ms; 模式1最长可定时131.072ms; 模式2最长可定时512s; 定时1s，可选用模式1，每隔100ms中断一 次，中断10次从而达到 1s的定时。 2）求计数器初值X (216X)12/(6 106) =10010-3 s X=15536=3CB0H 因此：(TL0)=0B0H (TH0)=3CH 3）实现方法： 对于中断10次计数，可使T0工作在计数方式，也可用循环程序的方法实现。本例采用循环程序法。,综合应用举例(1)

7、,综合应用举例(1),4）源程序清单 ORG0000H AJMP MAIN； 上电，转向主程序 ORG 000BH ；T0的中断服务程序入口地址 AJMP SERVE ；转向中断服务程序 ORG 0080H ；主程序 MAIN : MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV B，#0AH ；设循环次数 MOV TMOD,#01H；设置T0工作于模式1 MOV TL0,#0B0H；装计数值低8位 MOV TH0,#3CH；装计数值高8位 SETB TR0 ；启动定时 SETB ET0；T0开中断 SETB EA；CPU开中断 SJMP $；等待中断 SERVE: MOV TL0,#0B0H ；

8、重新赋初值 MOV TH0,#3CH DJNZ B,LOOP ；B-1不为0，继续定时 CLR TR0 ；1s定时到，停止T0工作 LOOP: RETI ；中断返回 END,【例2】设计实时时钟程序。时钟 就是以秒、分、时为单位进行计时。用定时器与中断的联合应用。 解：1）实现时钟计时的基本方法 计算计数初值。 时钟计时的最小单位是秒，可把定时器的定时时间定为100ms，计数溢出10次即得到1秒；10次计数可用软件方法实现。 假定使用定时器T0，以工作模式1进行100ms的定时。如fosc=6MHz，则计数初值X为： X=15536=3CB0H 因此 ：(TL0)=0B0H (TH0)=3CH

9、 采用定时方式进行溢出次数的累计，计满10次即得到秒计时。 设置软件计数器初值为10，每100ms定时时间到溢出中断，使软件计数器减1，直到减到0，则1s到。,综合应用举例(2), 从秒到分和从分到时的计时是通过累计和数值比较实现的。 设置几个累加单元分别进行对1s，1min,1h进行计数。满1s，秒位累加；满60s，分位累加；满60min，时位累加；满24h全部累加单元清0。 2）程序流程及程序清单 主程序流程如右图所示。,综合应用举例(2),2）程序流程及程序清单 中断服务流程如右图所示。,保护现场,赋计数初值,到1s?,(32H)加1,(32H)=60?,(32H)清0,(31H)加1,

10、(31H)=60?,(31H)清0,(30H)加1,(30H)=24?,(30H)清0,恢复现场,返回,入口,a,a,N,N,N,N,Y,Y,Y,Y,综合应用举例(1), 源程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ； 上电，转向主程序 ORG 001BH ；T1的中断服务程序入口地址 AJMP SERVE ；转向中断服务程序 ORG 2000H ；主程序 MAIN: MOV SP,#60H ；设堆栈指针 MOV TMOD,#10H ；设置T1工作于模式1 MOV 20H，#0AH ；设循环次数 CLR A MOV 30H，A ；时单元清0 MOV 31H，A ；分单元清0 MOV

11、32H，A ；秒单元清0 SETB ET1 ；T1开中断 SETB EA ；CPU开中断 MOV TL1,#0B0H ；装计数值低8位 MOV TH1,#3CH ；装计数值高8位 SETB TR1 ；启动定时 SJMP $ ；等待中断（可反复调用显示子程序）,综合应用举例(1),中断服务程序： SERVE: PUSH PSW ；保护现场 PUSH ACC MOV TL1,#0B0H ；重新赋初值 MOV TH1,#3CH DJNZ 20H,RETERN ；1s未到，返回 MOV 20H，#0AH ；重置中断次数 MOV A，#01H ADD A，32H ；“秒位”加1 DA A ；转换为BCD

12、码 MOV 32H，A CJNE A，#60H，RETERN ；未满60s，返回 MOV 32H，#00H ；计满60s，“秒位”清0 MOV A，#01H ADD A，31H ；“分位”加1 DA A ；转换为BCD码,综合应用举例(2),MOV 31H，A CJNE A，#60H，RETERN ；未满60min，返回 MOV 31H，#00H ；计满60min，“分位”清0 MOV A，#01H ADD A，30H ；“时位”加1 DA A ；转换为BCD码 MOV 30H，A CJNE A，#24H，RETERN ；未满24h，返回 MOV 30H，#00H ；计满24h，“时位”清0

13、RETURN：POP ACC ；恢复现场 POP PSW RETI ；中断返回 END,2020/11/12,19,1 5章总结,15章总结,介绍单片机的发展、类型、应用环境 单片机的硬件结构：组成、引脚分布、内部数据存储器、I/O口、时钟电路与时序、工作方式(复位、待机、停机) 单片机的指令系统：寻址方式(7种)、5类操作指令(数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算及移位指令、控制转移指令、位操作指令) 汇编语言程序设计：典型的例程 单片机的中断与定时/计数器,单片机系统扩展,单片机中虽然已经集成了CPU、I/O口、定时器、中断系统、存储器等计算机的基本部件(即系统资源)，但是对于一些较复杂的

14、应用系统而言，以上一种或几种资源还远远达不到实际应用的要求，此时就需要在单片机芯片外加相应的芯片、电路等，使得有关功能得以扩充，称为系统扩展。 MCS-51单片机的系统扩展包括并行存储器扩展、I/O接口扩展、人机交互扩展(键盘、显示器) 、串行口扩展、外部信号变换扩展(A/D、D/A)。 两类外扩展：存储器扩展和I/O扩展； 两种外扩展方法：并行扩展和串行扩展。,2020/11/12,22,第6章 单片机并行存储器扩展,本章主要内容,单片机并行外扩展系统 存储器分类 存储器并行扩展 80C51单片机存储器系统的特点和使用方法,用单片机组成应用系统时，首先要考虑单片机所具有的各种功能能否满足应用

15、系统的要求。如能满足，则称这样的系统为最小应用系统。 下图为MCS51系列中80C51单片机的最小系统。,单片机最小系统,单片机并行扩展总线,系统扩展,外部存储器的扩展,I/O接口部件的扩展,通过系统总线扩展,并行扩展总线的组成,并行扩展总线包括三个组成部分：AB、DB、CB 地址总线：Address Bus (AB) 传送地址信号，用于外扩展存储单元和I/O端口的寻址。 地址总线是单向的，只能从单片机向外传送。 一条地址线提供一位地址，故地址线的数目决定了可寻址存储单元的数目。 80C51单片机的地址总线共有16位，故外扩展空间为64KB，即216个地址单元。,并行扩展总线的组成,数据总线：

16、Data Bus (DB) 传送数据、状态、指令和命令。 DB是双向的，可以进行两个方向的数据传送。 DB的位数应于单片机字长一致。如80C51单片机是8位字长，故数据总线为8位。 控制总线：Control Bus (CB) 传送控制信号。 单片机可以向外扩发出控制信号，外扩也可以向单片机发送控制信号，因此虽然一个控制信号传送的本身是单向的，但是由不同方向信号线组合的控制总线则可表示为双向。,80C51,P0口,以P0口的8位口线充当低位地址线(A7A0)和数据线(D7D0) 分时复用：先送出地址，再传送数据。 锁存器：保存分离出的地址，需另外增加一个8位的锁存器，并以ALE作为锁存控制信号。

17、(CPU送出地址时，ALE有效，应选择高电平或下降沿选通的锁存器) 低8位的地址进入锁存器后，P0口即可作为数据线使用，进行数据传送了。,P2口,P2口只作为高8位地址线使用。 P2口的高8位地址线与P0口的低8为地址线共同构成完整的16位地址总线，可选址64KB空间。 在实际应用中，高位地址线根据需要从P2口引出，需要几位引出几位口线。若外扩展容量小于256个单元时，则不需要高位地址线。,控制线,控制总线包括： 控制低8位地址锁存的ALE信号 控制扩展程序存储器ROM的读选通信号PSEN 控制选择内外程序存储器的选择信号EA 控制扩展数据存储器RAM及I/O端口的读/写选通信号 RD和WR

18、仅剩P1口和P3口的部分口线可供数据I/O使用。,访问外部程序存储器的操作过程： 在S1P2时刻产生ALE信号。 由P0、P2口送出16位地址，由于P0口送出的低8位地址只保持到S2P2，所以要利用ALE的下降沿信号将P0口送出的低8位地址信号锁存到地址锁存器中。而P2口送出的高8位地址在整个读指令的过程中都有效，因此不需要对其进行锁存。从S2P2起，ALE信号失效。 从S3P1开始，PSEN开始有效，对外部程序存储器进行读操作，将选中的单元中的指令代码从P0口读入，S4P2时刻， PSEN失效。 从S4P2后开始第二次读入，过程与第一次相似。,访问外部程序存储器的时序,MCS-51系列单片机

19、访问外部程序存储器的时序图,访问外部数据存储器的操作过程： 从第1次ALE有效到第2次ALE开始有效期间，P0口送出外部ROM单元的低8位地址，P2口送出外部ROM单元的高8位地址，并在PSEN有效期间，读入外部ROM单元中的指令代码； 在第2次ALE有效后，P0口送出外部RAM单元的低8位地址，P2口送出外部RAM单元高8位地址； 在第2个机器周期，第1次ALE信号不再出现，此时PSEN也失效，并在第2个机器周期的S1P1时，RD信号开始有效，从P0口读入选中RAM单元中的内容。,访问外部数据存储器的时序,MCS-51系列单片机访问外部数据存储器的时序图,并行扩展系统的I/O编址,80C51

20、单片机存储器系统与外扩展地址空间结构图-RAM,用户RAM区 (堆栈、缓冲),位寻址区,四组通用 寄存器,特殊功能 寄存器区 (SFR),片内RAM (低128字节),片内RAM (高128字节),00H,7FH,80H,FFH,片内数据存储器,RAM或I/O (64KB),0000H,FFFFH,片外数据存储器,数据存储器(RAM),并行扩展系统的I/O编址,80C51单片机存储器系统与外扩展地址空间结构图ROM,片内程序存储器(4K),(ROM),片外程序存储器(64K),程序存储器(ROM),1000H,FFFFH,片外ROM的起始地址取决于 单片机是否有片内存储器： 如果没有片内存储器

21、， 外扩ROM从0000H开始编址； 如果有片内ROM， 则外扩展ROM从1000H开始编址,芯片的选取,寻址：访问要扩展的芯片和芯片内的目标单元。 寻址可分为芯片选择和芯片内目标单元选择两个层次。 内寻址层次：由外接芯片的内部译码电路完成。(只需将外扩芯片的地址引脚与单片机低位地址线相连即可) 芯片选择：外扩系统的寻址问题主要集中于此。(外接芯片常有多个片选信号引脚，如何产生有效的片选信号？) 常用的芯片选择方法：线选法和译码法。,线选法寻址,线选法寻址：直接以位地址信号作为芯片的片选信号。 使用时只需把地址线与扩展芯片的片选信号引脚直接连接即可。 例： 某一系统，需要外扩8KB的EPROM

22、(2片2732)，4KB的RAM(2片6116)，这些芯片与MCS-51单片机地址分配有关的地址线连线，电路图如下。,线选法寻址,解：高位地址线P2.4P2.7直接和各芯片片选信号CE相连 分析地址： A15A14A13A12A11A0 2732(1): 0 1 1 17000H7FFFH 2732(2): 1 0 1 1B000HBFFFH 6116(1): 1 1 1 0 1E800HEFFFH 6116(2): 1 1 0 1 1 D800HDFFFH,地址不连续,优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低。 缺点：可寻址的器件数目有限，地址不连续。,线选法寻址,全译码： 部分

23、译码：,译码,全部高位地址线都参加译码；,部分高位地址线参加译码， 存在部分地址空间相重叠的情况。,译码法寻址,译码法寻址：高位地址通过译码器的译码输出作为扩展芯片的片选信号。 最常用的译码器芯片： 3-8译码器：74LS138 双2-4译码器：74LS139 4-16译码器：74LS154,(1) 74LS138（3-8译码器）,时译码器工作,输入：C B A 输出： 工作时，只有一个输出为0，其它皆1,译码器,输 入 输 出 C B A,74LS138真值表,(2) 74LS139（双2-4译码器）,译码器,解：6264：8K=213 3根地址线用于控制 选通8片RAM,译码法寻址举例,【

24、例】要扩展8片8KB的RAM6264 (8K8)，如何通过译码器把64KB空间分配给各个芯片？,全译码方式，地址无重叠 64KB空间：0000HFFFFH，地址连续,分析地址：,译码法寻址举例,引出问题1：如何用74LS138把64K空间划分为每块4KB？,译码法寻址举例,解：64KB=4KB8块2部分 4K=212 12根译码3根，P2.7未参加译码 P2.7=0/1决定选择64KB的前32KB或后32KB,74LS138,G1,前32KB 8块4KB,后32KB 8块4KB,分析地址：,译码法寻址举例,改变P2.7和G1的连接逻辑，即可改变前后32KB空间。,引出问题2：如何用74LS13

25、8把64K空间划分为每块2KB？,译码法寻址举例,解：64KB=2KB8块4部分 4K=211 11根译码3根，P2.7,P2.6未参加译码 P2.7G1,P2.6G2A,改变P2.7,P2.6和G1,G2A的连接 逻辑，即可改变选中的4个16KB空间的哪一个了。,小结： 若64KB全是用32块2K芯片组成，则同问题2，需4个74LS138 若64KB全是用16块4K芯片组成，则同问题1，需2个74LS138 注意：译码方案不唯一,本章主要内容,单片机并行外扩展系统 存储器分类 存储器并行扩展 80C51单片机存储器系统的特点和使用方法,只读存储器(ROM)： （1）掩模工艺ROM （2）可一

26、次性编程ROM（PROM） （3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM） （4）电擦除可改写ROM（EEPROM或E2PROM） （5）快擦写ROM（flash ROM）,存储器分类-只读存储器,随机存储器(RAM)： （1）双极型RAM （2）金属氧化物（MOS）RAM 静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM） 集成RAM（IRAM） 非易失性RAM（NVRAM）,存储器分类-随机存储器,容量 存取时间 可靠性 功耗,存储器的主要性能指标,扩展程序存储器常用EPROM芯片：,2716(2K8位)、2732(4KB)、2764(8KB)、 27128(16KB)、27256(32KB)、2

27、7512(64KB)。,扩展数据存储器常用静态RAM芯片： 6264（8K8位）、62256（32K8位）、 628128（128K8位）等。,常用存储器芯片,本章主要内容,单片机并行外扩展系统 存储器分类 存储器并行扩展 80C51单片机存储器系统的特点和使用方法,程序存储器的作用 存放程序代码或常数表格 程序存储器的扩展过程： 扩展时所用芯片 一般用只读型存储器芯片（可以是EPROM、E2PROM、 FLASH芯片等）。 扩展电路连接 用EPROM 2764扩展程序存储器为例 存储器地址分析 究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。,程序存储器扩展,2764是一块8K8bi

28、t的EPROM芯片，管脚如下图所示： A12A0：13位地址信号输入线，芯片的容量为： 8K213个单元； D7D0 ：8位数据线，芯片的每个存储单元存放一个字节（8位二进制数）； CE：选片信号，输入，当它为有效低电平时，该芯片被选中； OE：输出允许信号。当 它为低电平时，芯片中的数据可由D7D0输出。 PGM：编程脉冲输入端。当对EPROM编程时，由此加入编程脉冲；读时该引脚为高电平。,EPROM芯片2764,2764引脚功能,EPROM2764管脚图,系统扩展一片EPROM的最小系统：,2. 2764的连接使用,74L373引脚功能,使能端,当E=0，G=1时， 输出Q=输入D(透明)

29、； 当E=0，G=0时， 输出Q端不变（锁存） 当E=1，输出高阻态,2. 2764的连接使用, 注意：PSEN接OE（输出允许）,2. 2764的连接使用,分析存储器在存储空间中占据的地址范围，就是根据连接情况确定其最低地址和最高地址。 P2.7、P2.6、P2.5的状态与2764芯片的寻址无关，所以P2.7、P2.6、P2.5可为任意，从000到111共有8种组合，其2764芯片的地址范围是： 最低地址：0000H A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 最高地址：FFFFH A

30、15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4A3A2A1A0 = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 共占用了64KB的存储空间，造成地址空间的重叠和浪费,3. 存储器映像分析,数据存储器的作用： 存放数据，可改写 数据存储器的扩展过程： 扩展时所用芯片 一般用静态读写型存储器芯片SRAM，也可以用E2PROM、FLASH芯片等 扩展电路连接 用SRAM 6264扩展程序存储器。 存储器地址分析 究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。,数据存储器的扩展,单片机的数据存储器扩展主要要解决三总线的连接： 地址线的连接，与程序存储器连法相同。 数据

31、线的连接，与程序存储器连法相同。 控制线的连接，主要有下列控制信号： 存储器输出信号(OE)与单片机读引脚 (即P3.7) 相连 存储器写信号(WE)与单片机写引脚(即P3.6) 相连 ALE：其连接方法与程序存储器相同 使用时应注意，访问内部或外部数据存储器时，应分别使用MOV及MOVX指令。 外部数据存储器通常设置二个数据区,数据存储器的扩展,低8位地址线寻址的外部数据区。此区域寻址空间为256个字节。可以使用下列读写指令来访问此存储区 读存储器数据指令：MOVXA ，R 写存储器数据指令：MOVXR，A 因8位寻址指令占字节少，程序运行速度快，故常采用。 16位地址线寻址的外部数据区。当外部RAM容量较大，要访问RAM地址空间大于256个字节时，则要采用如下16位寻址指令。 读存储器数据指令：MOVXA ，DPTR 写存储器数据指令：MOVXDPTR ，A 由于DPTR为16位的地址指针，故可寻址64KRAM字节单元。,数据存储器的扩展,数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用的较多的是Intel公司的6116，容量为2KB；和6264，容量为8KB 以6264芯片为例进行说明，其管脚图如下图所示。 该芯片的主要引脚为： D7D0 ：8位数据线 A12A0 ：13根地址线。芯片的