单片机技术及工程实践第3章课件

1、第3章 51系列单片机内部功能3.1 定时器/计数器功能3.1.1 定时器/计数器T0、T1的结构及原理11. 16位计数寄存器TH0,TL0,和TH1,TL1分别为T0和T1的高低8位,属于字节寻址的可读/写寄存器.(1)计数器方式： 16位计数寄存器对T1和T0引脚的输入脉冲 计数(第二功能输入).(2)定时器方式： 16位计数寄存器对内部机器周期计数，此 即定时器的实质.22. 模式控制寄存器TMOD (位定义)定时器/计数器的工作模式 (4种)33. 工作控制寄存器TCON (位定义)TR1(TR0):运行控制位，软件置1和清0.TF1(TF0):溢出中断标志，硬件置1软件清0; 在中

2、断服务程序中由硬件自动清0.字节低4位：外部中断用.43.1.2 定时器/计数器T0、T1的工作模式1. 工作模式0( 13位计数器)定时方式：软件置C/T=0,S1向上,对机器周期TCY计数,计数值为N,THX和TLX预置值为X, 定时时间为 T N Tcy (8192X )Tcy5 2)计数方式：软件置C/T=1,S1向下,对TX 脚的 外部脉冲计数,THX和TLX预置值为X， 计数值N为 N 213X 8192X 3)软件置GATE=0,与门输出取决于:TRx=1,则S2 闭合并启动计数; TRx=0,则S2断开,计数停止. 4)软件置GATE=1, 属门控方式：仅当 TRx=1且 IN

3、Tx 脚出高电平,则或门、与门出高电平,使S2闭合,定时/计数器启动(可判定上升沿)； INTx 脚出低电平,则或门、与门出低电平,使S2断开,定时/计数器停止(可判定下降沿).62. 工作模式1( 16位计数器)与模式0的差别在于TLx和THx均为8位计数器,定时时间为：T N Tcy (216X )Tcy 对12MHz晶振，定时范围为(165536uS)；计数值为：N =216X 65536X 对12MHz晶振，计数范围为165536.73. 工作模式2 (又称自动重装8位初值模式)TLx作8位计数器, THx作自动重装初值寄存器,TLx计数溢出使TFx置位，同时把THx的初值自动送入TL

4、x重新计数.定时时间为：T N TCY (256X )TCY84. 工作模式3 (仅限于定时/计数器T0)TH0借用了T1的启动位TR1和溢出标志TF1.93.1.3 定时器/计数器T2 (52子系列)1. 模式控制寄存器T2MOD (定义)DCEN：置T2向上/向下计数的使能位.(2)T2OE：使T2输出可编程时钟的使能位.增加两个SFR: T2MOD用于模式控制(同TMOD);T2CON用于工作控制(同TCON).还设有捕获寄存器RCAP2L(低字节)和 RCAP2H(高字节).引脚T2EX(P1.1口)为外部触发信号输入端.102. 工作控制寄存器T2CON (定义) (每位的详细含义见

5、书本P.62)3. 数据寄存器TH2、TL2 分别构成16位计数寄存器的高8位和低8位.4. 捕获寄存器RCAP2H、RCAP2L 分别构成16位捕获寄存器的高8位和低8位.115. T2的三种运作方式1) RCLK或TCLK=1,T2的溢出脉冲作串行通信.2) EXEN2=0,作16位定时器,TF2请求中断;且 RCAP2H、RCAP2L的预制值重装TH2、TL2.3) C/T2=0作定时器用.123.1.4 定时器/计数器的初始化1. 初始化的主要步骤1）对TMOD寄存器写入控制字,确定工作模式.2）对THx、TLx预置初值.3）按需要置中断方式、中断入口,允许中断.4）启动TRx 汇编语

6、言的定时器/计数器初始化参考程序：MOV TMOD，#xxH ；选择工作模式 MOV THx， #xx ；预置初值高字节 MOV TLx， #xx ；预置初值低字节 SETB ETx ；定时器/计数器Tx中断允许 SETB EA ；全局中断允许 SETB TRx ；启动定时器/计数器Tx132. 预置初值的计算 (见书P.63)注意:方式0(13位定时)预置值的16进制取值.3. 延时子程序的时间估算 (周期和次数之和)14汇编语言的延时子程序参考语句：现设R6、R7两层计数循环(可按需要设多层).上述例子需总机器周期： (2482)3)200399803 对6MHz晶振,总延时：998032

7、s199606s154. 利用门控位GATE测量脉冲宽度汇编语言测量高电平脉冲宽度参考程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: MOV SP, #60H ; 设堆栈 MOV TMOD,#09H ; T0模式1,门控GATE=1 MOV TH0, #00H ; 时间常数初值 MOV TL0, #00H16注：INT0脚出高电平,TO才开始计数； INT0脚出低电平,TO立即停止计数； 测量结果以机器周期分别存在R0和R1中.173.2 中断系统功能中断系统组成要素如下：(1)中断源(51子系列5个,52子系列6个).(2)中断响应和中断返回.(3)优先级控制.

8、(4)中断嵌套(有二级,低级能被高级嵌套).183.2.1 中断源和中断向量1.外部中断源 (2个,2触发方式,由TCON定义)(1) IT0(IT1)外部中断0(1)触发方式控制位. IT0(IT1)=0,属低电平触发.19IT0(IT1)=1,属下降沿触发.(2) IE0(IE1)外部中断0(1)中断请求标志位. * 检测到外中断引脚低电平时,直接触发外部 中断,需用外部方法消除低电平； * 检测到外中断引脚负跳变时,由硬件置位中 断标志位IE0(IE1),在中服中自动清标志. 202.内部中断源 (4个)包括T0,T1,T2溢出中断,串行口收/发中断.中断标志位在SFR中的分布如下：注：

9、TF0,TF1,TF2溢出中断能硬件自动清零； 串行口TI(发送),RI(接受)中断需软件清零.213. 中断向量 (6种)响应中断后,把向量地址装入PC,转中服程序.注：串行口收/发共用中断向量地址,程序中要 用软件区分是TI(发送)还是RI(接收)中断.223.2.2 中断控制通过TCON,SCON,T2CON的中断请求标志位实现中断响应;设置中断允许IE和中断优先级IP.1. 中断允许 (中断允许控制寄存器IE定义)注：置相应位为1，允许中断； 置相应位为0，禁止中断. 允许中断需开局部中断和全局中断.232. 中断优先级 (中断优先级寄存器IP定义)注：置相应位为0，设为低优先级； 置

10、相应位为1，设为高优先级。 中断发生时,先响应高优先级,后低优先级. 对同级多个中断源,按内部查询顺序执行.24中断系统结构示意图：25多个中断同时发生时的响应规则：1) 低优先级的中断请求可被高优先级的中断 请求中断，反之不能.2) 某个中断请求一旦得到响应, 与之同等优 先级的中断请求就不能再被响应. * 上述规则由中断系统内用户不可寻址的两 个 “优先级激活触发器” 的置位来实现.* 执行完中断返回指令RETI后, 该触发器才 被清零,才能响应其它中断.263.2.3 中断响应1. 中断响应的条件 (响应过程如下)* 周期1的S5P2期INTx引脚电平被内部锁存,* 周期2的S6态按顺序

11、查询中断标志,* 周期3的S1态始响应最高优先级中断请求,* 周期5开始执行中断服务程序.272. 中断响应的时间从检测到中断请求到转入中服所需机器周期,正常状态下,中断响应一般为38个机器周期.3. 中断响应的过程 (内部硬件自动完成)1）根据中断源的中断优先级把相应的优先级 激活触发器(又称优先级状态触发器)置位.2）进行断点保护，把程序计数器PC的内容自 动压入堆栈.3）硬件清中断标志IE0、IE1、TF0、TF1或TF2.4）相应的中断向量送入PC,转向相应的中断服 务程序.283.2.4 中断服务程序及其初始化设INTx负跳变触发,INT1高优先级,开头设中断入口,寄存器初始化,RE

12、IT结束,汇编参考如下: ORG 0000H AJMP MAIN ；主程序入口 ORG 0003H AJMP JINT0 ；外部中断0入口 ORG 0013H AJMP JINT1 ；外部中断1入口 ORG 0030HMAIN：MOV SP，#60H ；堆栈指针设为60H SETB EA ；允许全局中断 29 SETB EX0 ；允许外部中断0中断 SETB EX1 ；允许外部中断1中断 SETB PX1 ；设外中断1为高优先级 SETB IT0 ；设外部中断0边沿触发 SETB IT1 ；设外部中断1边沿触发 ROUN：NOP AJMP ROUN ；等待中断JINT0:NOP ；外中断0中断

13、服务程序 RETI；中断返回JINT1:NOP ；外中断1中断服务程序 RETI；中断返回303.2.5 运用中断功能的程序单步调试 * S常闭，整形出低电平,自动进入中服程序, * 按下S,+5V加上,整形输出正脉冲(无中断), * 释放S接地,整形电路输出低电平(可中断).注:中服程序只查P3.2有电平变化便中断返回,31但需执行一条其它指令,才能再次响应中断,从而实现每按一次按键,单步执行一条指令.汇编的中断服务程序INT如下：INT: NOP JNB P3.2, $ ; 等待键S按下,使口线 从低电平变为高电平 JB P3.2, $ ; 等待S释放,使口线从 高电平回复为低电平 RET

14、I ; 中断返回323.3 串行口通信功能3.3.1 串行通信基本知识 (组态如下)只需发送线和接收线,适于远距离通信,但速度慢.分为异步传输方式和同步传输方式.33异步传输方式 (帧格式定义)含4部分:起始位数据位奇偶校验位停止位b)的不同:有空闲位343.3.2 串行口控制器 (3种传输方式定义)1)单工: 数据从发送站A向接收站B单向传输.2)半双工: A和B可分时充当发送站或接收站, 但同一时刻只由S控制往一个方向传送.3)全双工: A和B可独立同时实现发送和接收.* 51系列单片机内部有全双工串行通信口.3551系列单片机串行口结构含:两独立发/收缓冲BUFF,输入移位寄存,收发 控

15、制SCON,电源控制PCON.7,波特率发生器等.361. 串行数据缓冲器SBUF 两个独立8位发送接收寄存器,共用地址99H, 读、写指令简单,如下：MOV A，SBUF ；读接收数据寄存器MOV SBUF，A ；写发送数据寄存器2. 串行口控制寄存器SCON用于控制串行工作方式,收发过程中设中断状态标志.37(1) SM0,SM1 串行工作方式选择位(2) SM2 多机通信控制位方式2和3该位有效.方式0和1不能用,清为0.(从机中SM2=1详见后续多机通信原理).(3) REN 接收允许控制位由软件置位或清零.清零可禁止数据接收.38(4) TB8 方式2和3发送数据的第9位由软件置位或

16、清零.可作双机通信奇偶校验位.多机通信中,TB8=0为数据帧; TB8=1为地址帧.(5) RB8 方式2和3接收数据的第9位可作双机通信奇偶校验位.多机通信中作地址或数据帧标志位.(6) TI 发送中断标志位由软件置位或清零.指示一帧数据是否发送结束,申请中断; 若不用中断方式则可软件查询.39(7) RI 接收中断标志位由软件置位或清零.指示一帧数据接收结束,申请中断; 若不用中断方式则可软件查询.* 因TI和RI共用一个中断向量,双工通信中 要用软件判断是接收中断还是发送中断.3. 电源控制寄存器PCON (定义)SMOD=1,波特率加倍;系统复位时SMOD=0.404. 中断允许控制寄

17、存器IE (定义)ES为串行口中断允许控制位,=1允许,=0禁止.EA=1全局中断允许时,串行口中断才能生效.3.3.3 串行口的工作方式(4种,SM0和SM1定)1. 方式0(属于移位寄存器方式)需外接串入-并出或并入-串出移位寄存器,RXD脚作串行输出/输入,TXD脚输出移位脉冲.41串行口方式0工作示意图：42串行口在方式0作为输出的工作过程是： * 当数据写入SBUF时,同时启动发送控制器,从内部送出移位脉冲.经一个机器周期后SEND 输出高电平,打通门电路5,并经或门7打通门电路6,RXD发送允许且TXD输出同步脉冲.* 在机器周期的S6状态，单片机把发送数据缓冲器SBUF中的数据从

18、低位D0开始右移一位,把数据从RXD移出.重复执行该操作直至最高位D7移出后,一帧数据的发送结束.接着SEND为低电平,发送中断标志TI置位,申请串行口中断或等待用户查询.43串行口在方式0作为输入的工作过程是： * 若REN=1则接收控制器启动，经过一个机器周期RECV端输出高电平,经或门7打通门电路6,TXD输出同步移位脉冲.* 内部移位脉冲使RXD收到的串行数据经移位寄存器左移一位，成最高位D7.重复接收操作直至最低位D0移入后，一帧数据的接收结束.接着RECV恢复低电平,接收控制器发装载SBUF信号打通三态门2,把数据保存到接收数据缓冲器SBUF,接收中断标志RI置位，申请串行口中断或

19、等待查询.由读SBUF指令打通三态门3,读取缓冲器SBUF的数据. 44串行口方式0在工程上的应用示例 (书P.77) 45串行口方式1,2,3的工作示意图：462. 方式1(10位异步通信方式, 波特率可变)1个起始位,8个数据位(低位在前),1个停止位.* 发送过程:软件清标志TI后,写SBUF指令启动发送,总线并行数据送入SBUF并启动发送控制器.经一个机器周期,数据端DATA和发送端有效，经输出控制门向TXD端送出.一帧发完TI置位,申请中断或等待查询.* 接收过程:设SM20,软件清标志RI后,若REN置1闭合,位检测器则以波特率的16倍速率对RXD端电平采样.当检测到负跳变时,跳变

20、检测器启动接收控制器接收数据.移位脉冲把RXD的数据逐位移入移位寄存器,一帧接收完毕.收到的停止位为1,标志RI置位,申请中断或等待查询.(若起始位不为零,该帧无效). 473. 方式2和3 (11位异步通信接口方式)1个起始位,9个数据位(其中低位在前,8个数据位,第9位为奇偶校验位),1个停止位.(方式2波特率固定,方式3波特率可变).* 发送、接收过程基本同方式1, 若满足： RI=0、SM2=0 或所收第9位数据位1,表明 接收成功.* 与方式1的差别： 发送前由SCON的TB8位提供第9位数据, 接收后把第9位数据装入SCON的RB8位.48串行口方式2和3的发送时序 (a)发送始于

21、执行一条写SBUF指令.(b)同时SEND低电平有效,向TXD端送起始位.(c)每个TX时钟,移位脉冲使TXD输出一位数据.(d)9位数据输出后,SEND失效,TI标志置位,引 发中断,TXD1作为停止位,完成一帧发送. 49串行口方式2和3的接收时序 (a)接收始于REN=1,从三中取二采样到起始位.(b)起始位有效, 每RX时钟周期接收一位数据.(c)第9位接收完,数据送至SBUF和RB8,置位RI 标志,引发中断,完成一帧接收.(d)若接收无效,需重新检测RXD端信号. 503.3.4 串行口的多机通信 (限于方式2和3)主从式多机通信系统的组成(应用最广)主机(1台)向从机(多台)发送

22、信息,从机发信息由主机接收,从机之间不能通信.主机TB8=1发从机地址帧,TB8=0发从机数据帧.511. 主从式多机通信的过程1)从机均置SM21,全部等待接收主机地址帧.2)主机先发目标从机地址帧, 8位数作从机地 址,第9位数TB8=1,使所有从机引发中断.3)所有从机在中服中读地址帧数据,地址相符 的从机置SM20.主机后续的各帧数据均能 使该从机的标志RI置位,引发接收中断.4)自身地址不相符的其他从机,仍保持SM21, 不接收主机后续发来的数据帧.5)自身地址符合的从机,收齐规定的数据帧后, 置SM21,恢复到等待接收主机地址帧状态.522. 从机引发接收中断的条件 (使RI置位)

23、1) 从机设置SM21(等待接收地址帧).2) 从机设置REN1(接收允许).3) 从机接收到RB81(收到地址帧).3.3.5 串行口的波特率 (每秒发/收的数据位)1. 影响波特率的因素1) 晶振频率fosc.2) 电源控制寄存器PCON中的波特率 倍增位SMOD.3) 定时器/计数器T1的溢出率设置 532. 定时器/计数器T1溢出率的计算1) T1溢出率定时溢出次数/s2) 定时器/计数器工作方式的选择. 计算T1方式2(自动重装)设为溢出率.设X为预置值.溢出一次的时间为(28X )12/fosc溢出率(T1)fosc/12/(28X )次/s例：设晶振频率fosc 6MHz, 预置

24、值X F3H,则有 溢出率(T1)6106/(28F3H)/12 38461.5次/s543. 波特率的设置 (示意图适于方式1和3)波特率(2SMOD/32)(定时器T1的溢出率) (2SMOD/32)fosc/12/(28X )应用上给出波特率,求定时器预置值X： X2562SMODfosc/(波特率3212)55例：fosc6MHz,SMOD1,波特率2400bit/s, 求定时器预置值X .则：X256216106/（24003212） 242.98243 F3H4. 常用的波特率 ( 6MHz晶振)56常用的波特率 ( 11.0592MHz晶振)11.0592MHz晶振时波特率达19

25、200bit/s,误差为零. 57常用的波特率 ( 12MHz晶振)12MHz晶振时最高可选4800bit/s.若选9600bit/s,计算误差更大为6.98(SMOD0)和 8.51(SMOD1),所以工程上不建议采用超过4800bit/s的波特率.583.3.6 异步通信的奇偶校验1. 串行通信方式的用法归纳* 串行口方式1帧格式有8个数据位,无校验 功能,可用求批量数据累加和方法来校验, 或用最高位作校验位.* 串行口方式1和2帧格式有9个数据位,双机 通信时可用第9位作校验位.* 多机通信时第9位作地址帧/数据帧识别位, 可用求批量数据累加和方法来校验.* 工程上双机通信可用多机通信的方法实现.59串行口各方式的帧格式及校验方法 602. 奇偶校验标志 (特征校验位)奇偶标志PSW.0,简称P,由ACC自动生成,规则: ACC中1的个数为偶数时，P0. ACC中1的个数为奇数时，P1.例：A0000 0011 P0 A0000 1011 P13.