1、課題一汽車車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ),任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù) 任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),一、任務(wù)工作頁 先由學(xué)生熟悉如下工作頁，了解本任務(wù)內(nèi)容。在學(xué)習(xí)該任務(wù)所涉及的知識(shí)后，在老師的指導(dǎo)下完成本任務(wù)，同時(shí)完成工作頁內(nèi)容的填寫。 二、任務(wù)所涉及的知識(shí) （一）汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展概況 汽車電子控制技術(shù)是汽車技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，并伴隨著汽車油耗法規(guī)、排放法規(guī)、安全法規(guī)要求的提高和電子技術(shù)的進(jìn)步而逐步發(fā)展到當(dāng)今的水平。世界汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展過程大致可分為分立電子元件控制、集成電路控制和微型計(jì)算機(jī)控制個(gè)階段。,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),第一

2、階段（年）：汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器，從而揭開了汽車電子時(shí)代的序幕，并由分立電子元件產(chǎn)品向集成電路產(chǎn)品過渡。其主要產(chǎn)品有二極管整流式交流發(fā)電機(jī)、電子式電壓調(diào)節(jié)器、電子式點(diǎn)火控制器、電子式閃光器、電子式間歇刮水控制器、晶體管收音機(jī)、數(shù)字時(shí)鐘等。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),第二階段（年）：汽車電子設(shè)備廣泛采用集成電路和位微處理器進(jìn)行控制，主要開發(fā)研究專用的獨(dú)立控制系統(tǒng)。其主要產(chǎn)品有電子燃油噴射系統(tǒng)、空燃比反饋控制系統(tǒng)、電子控制自動(dòng)變速系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、座椅安全帶收緊系統(tǒng)、車輛防盜系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、車身高度自動(dòng)控制系統(tǒng)、

3、故障自診斷系統(tǒng)等。 第三階段（年）：汽車電子設(shè)備廣泛應(yīng)用位或位字長(zhǎng)的微處理器進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化方向發(fā)展。其主要產(chǎn)品有發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射與點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)防追尾碰撞系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),（二）電子控制技術(shù)在汽車上的應(yīng)用 隨著汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展，世界各國(guó)在汽車的各個(gè)系統(tǒng)競(jìng)相采用電子控制裝置。目前比較多見、成熟的汽車電子控制系統(tǒng)主要有動(dòng)力傳動(dòng)總成的電子控制、底盤電子控制、車身電子控制、信息通信系統(tǒng)等。 動(dòng)力傳動(dòng)總成的電子控制 動(dòng)力傳動(dòng)總成的電子控

4、制主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制、變速箱電子控制和動(dòng)力總成的整體控制等。它用于實(shí)現(xiàn)低油耗、低污染，減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛員的疲勞，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),底盤電子控制 底盤電子控制包括懸架的電子控制、防抱死制動(dòng)控制（）、驅(qū)動(dòng)防滑控制（）、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向（）、四輪轉(zhuǎn)向（）控制、巡航控制（）系統(tǒng)等。 車身的電子控制 車身電子控制包括安全氣囊電子控制、車用空調(diào)控制、防盜系統(tǒng)、門鎖控制、車燈控制、雨刷控制等。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),（三）汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車

5、上，電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。今天的汽車已經(jīng)逐步進(jìn)入了計(jì)算機(jī)控制的時(shí)代。電子技術(shù)在解決提高汽車性能、環(huán)保、能源、安全等問題中占有不可替代的重要地位。世紀(jì)，汽車將應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，在汽車與社會(huì)緊密相連方面具有較大進(jìn)展，包括廣泛應(yīng)用全球定位系統(tǒng)（）和廣泛使用車載信息系統(tǒng)，以及采用多路傳輸系統(tǒng)來集成汽車所有零部件的電子控制模塊，使整個(gè)汽車電子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)融合、故障診斷和一定的自我修復(fù)功能。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)一了解汽車電子控制技術(shù),汽車電子控制趨于集中化 自動(dòng)調(diào)速汽車與自動(dòng)化高速公路 未來汽車移動(dòng)的辦公室,上一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,一、任務(wù)工作頁 先由學(xué)生熟悉

6、如下工作頁，了解本任務(wù)內(nèi)容。在學(xué)習(xí)該任務(wù)所涉及的知識(shí)后，在老師的指導(dǎo)下完成本任務(wù)，同時(shí)完成工作頁內(nèi)容的填寫。 二、任務(wù)所涉及的知識(shí) 本項(xiàng)任務(wù)主要是使學(xué)生掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理。要完成任務(wù)，有必要先了解-單片機(jī)的內(nèi)部組成及信號(hào)引腳、工作方式、具體應(yīng)用、內(nèi)部組成的擴(kuò)展技術(shù)等知識(shí)。,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,單片機(jī)的發(fā)展意義：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)是把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件中央處理器（）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（）、只讀存儲(chǔ)器（）、輸入輸出（）接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及串行通信接口等采用大規(guī)模集成技術(shù)集成制作在一塊芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微

7、型計(jì)算機(jī)。它特別適用于控制領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)和指令功能都是按照工業(yè)控制要求來設(shè)計(jì)的，因而又叫做單片微控制器（ ），在國(guó)外也把它叫做單片微型計(jì)算機(jī)（）。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生和發(fā)展與微處理器大體上同步，其發(fā)展過程通常可以分為以下幾個(gè)階段。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,第一階段（年） 這是單片機(jī)發(fā)展的起步階段。年月，美國(guó)公司推出了微處理器，這是最早出現(xiàn)的微處理器。 第二階段（年） 這是初級(jí)單片機(jī)階段，此階段以公司的為代表，該系列單片機(jī)無串行口，其尋址范圍不大于。這個(gè)階段生產(chǎn)的單片機(jī)已經(jīng)能夠在單塊芯片內(nèi)集成有位中央處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、并行輸入輸出接口、位

8、定時(shí)器計(jì)數(shù)器等功能部件，但性能低、品種少，應(yīng)用范圍也不廣。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,第三階段（年） 此階段為高性能單片機(jī)階段。這一階段的單片機(jī)一般帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，它和前兩個(gè)階段相比，其存儲(chǔ)容量和尋址范圍增大，而且中斷源、并行接口和定時(shí)器個(gè)數(shù)有了不同程度的增加；在指令系統(tǒng)方面普遍增加了乘除法和比較指令，有的片內(nèi)還帶有轉(zhuǎn)換器接口。此類單片機(jī)有公司的-、公司的和公司的等，這類單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其中-系列產(chǎn)品以其優(yōu)良的性價(jià)比，特別適用于我國(guó)的各相關(guān)領(lǐng)域。目前，-已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單

9、片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,第四階段（年以后） 此階段為位單片機(jī)和位單片機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代。最早的位微處理器出現(xiàn)在年，現(xiàn)在位微處理芯片已經(jīng)進(jìn)入超大規(guī)模集成電路行列，如就包含了個(gè)器件。此階段一方面發(fā)展位單片機(jī)及專用單片機(jī)，另一方面不斷完善高檔位單片機(jī)以滿足不同的用戶需要。位單片機(jī)的特點(diǎn)是工藝先進(jìn)、集成度高和內(nèi)部功能強(qiáng)、運(yùn)算速度快，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，如、和語言等，具有代表性的產(chǎn)品有系列、公司的、公司的系列和公司的等。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,第五階段 位單片機(jī)。年公司的位微處理器問世，真正在市場(chǎng)中開始廣泛應(yīng)用的位微處理器是年由公司推出的，它集成了個(gè)器件。 單

10、片機(jī)按其應(yīng)用領(lǐng)域主要?jiǎng)澐譃橐韵聜€(gè)方面。 智能化儀器儀表 實(shí)時(shí)工業(yè)控制 網(wǎng)絡(luò)與通信 家用電器 計(jì)算機(jī)智能終端,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,（一）-單片機(jī)的內(nèi)部組成及信號(hào)引腳 -單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖-所示。單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。它由如下功能部件組成：中央處理器（），隨機(jī)存儲(chǔ)器（），程序存儲(chǔ)器（，沒有此部件），個(gè)位并行口（口、口、口、口），個(gè)串行口，個(gè)位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)，特殊功能寄存器（，）。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握-單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,1.圖1-2-1中的各功能部件 (1)中央處理器 MCS-5

11、1單片機(jī)中有1個(gè)8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。 (2)隨機(jī)存儲(chǔ)器 隨機(jī)存儲(chǔ)器片內(nèi)為128B (52子系列的為256B)，片外最多可外擴(kuò)64 KB。片內(nèi)的128 B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(3)程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序，8031無此部件;80s1為4KB的ROM; 87s1則為4KB的EPROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，片外最多可外擴(kuò)只讀存儲(chǔ)器的容量至64 KB

12、(4)中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán) (5)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(52子系列有3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)，具有4種工作方式,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(6)串行口 I個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式。它可用來進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/ O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)，且應(yīng)用更廣。 (7) Pl口、P2口、P3口、PO口 P1口、P2口、P3口、PO口為4個(gè)并行8位I/O口。 (8)特殊功能寄存器 特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。它實(shí)際

13、上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2. MCS-51單片機(jī)的引腳 要掌握MCS-51單片機(jī)，應(yīng)首先了解MCS-51單片機(jī)的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS-51以及80051系列中各種型號(hào)芯片的引腳是互相兼容的。制造工藝為HMOS的MCS-51單片機(jī)都采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP )方式，如圖1-2-2所示，目前大多數(shù)引腳為此類封裝方式。制造工藝為CHMOS的80031/80051/87051單片機(jī)，除采用DIP封裝方式外，還采用方形封裝方式，為44只引腳(其中4只是無用的引腳)，如圖1-

14、2-3所示。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(二)MCS-51單片機(jī)的中央處理器 1.運(yùn)算器 運(yùn)算器主要用來對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。運(yùn)算器主要包括算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元(ALU) ,累加器A、程序狀態(tài)字寄存器(PST)以及BCD碼修正電路等 (1)算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元 ALU的功能十分強(qiáng)大，它不僅可對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補(bǔ)和清0等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算。MCS-51單片機(jī)的ALU還具有位處理操作功能，它可對(duì)位(bit)變量進(jìn)行位處理，如置位、清0、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作,上一頁,下

15、一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2)累加器A 累加器A是一個(gè)8位的暫存器，也可記作Acc累加器的作用是: 1)累加器A是ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，它又是ALU運(yùn)算結(jié)果的存放單元。 2) CPU中的數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，故累加器A又相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。為克服累加器結(jié)構(gòu)所具有的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象，MCS-51單片機(jī)增加了一部分可以不經(jīng)過累加器的傳送指令，這樣，可減少累加器的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象。 累加器A的進(jìn)位標(biāo)志Cy是特殊的，因?yàn)樗瑫r(shí)又是中央處理器的位累力口暑懸。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(3)程序狀態(tài)字寄存器 MCS-51單片

16、機(jī)的程序狀態(tài)字寄存器PSW ( program status word)位于單片機(jī)片內(nèi)的特殊功能寄存區(qū)，字節(jié)地址為DOH。 PSW的不同位包含了程序運(yùn)行狀態(tài)的不同信息，PSW的格式如圖1-2-4所示。 2.控制器 控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)去控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。 控制器主要包括程序計(jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器(IR)、指令澤碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時(shí)序控制邏輯電路。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(三)MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛(Har- vard )結(jié)

17、構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間各自獨(dú)立。MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間可劃分為以下5類。 1)程序存儲(chǔ)器:MCS-51單片機(jī)能夠按照一定的次序進(jìn)行工作，是由于程序存儲(chǔ)器中存放了經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序存儲(chǔ)器可以分為片內(nèi)和片外兩部分。8031由于無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以只能通過外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器來存放程序。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有128 B的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 3)特殊功能寄存器:SFR實(shí)際上是MCS-51單片機(jī)各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。SFR綜合地、實(shí)際地

18、反映了整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。 4)位地址空間:MCS-51單片機(jī)內(nèi)共有211個(gè)可尋址位，構(gòu)成了位地址空間。它們存在于內(nèi)部RAM(共有128個(gè))和特殊功能寄存器區(qū)(共有83個(gè))中 5)外部數(shù)據(jù)寄存器:當(dāng)MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)RAM不夠用時(shí)，又給用戶提供了在片外可擴(kuò)展64 KB的RAM的能力，至于究竟擴(kuò)展多少，則根據(jù)用戶實(shí)際需要來定。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(四)I/O端口、時(shí)鐘電路與時(shí)序 MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口(port)，分別記作P0P3。端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。各口除了按字

19、節(jié)輸入/輸出外，它們的每一條口線也可以單獨(dú)作為位輸入/輸出線。 P1口、P2口、P3口是3個(gè)8位準(zhǔn)雙向的I/O口，當(dāng)這3個(gè)口用作通用I/ O口時(shí)，在輸入引腳信息前，向?qū)?yīng)的鎖存器寫1，使這3個(gè)口處于無高阻的“浮空”狀態(tài) 而雙向口PO口線除了作為輸入/輸出外，還可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O口。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,1.P0口的結(jié)構(gòu) P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H 87H。口的各位口線具有完全相同但又相互獨(dú)立的邏輯電路，P0口某一位的位結(jié)構(gòu)如圖1-2-7所示。 2 .P1口 P1口是MCS-51單片機(jī)的唯一單功能口，字節(jié)地址為

20、90H，位地址為90H 97H, Pl口某一位的位結(jié)構(gòu)如圖1-2-8所示。 3. P2口 P2口的字節(jié)地址為A0H，位地址為A0H A7H。P2口某一位的位結(jié)構(gòu)如圖1-2-9所示。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,4.P3口 P3口的字節(jié)地址為BOH，位地址為BOHB7 H 。P3口某一位的位結(jié)構(gòu)如圖1-2-10所示。 5.P0P3口功能總結(jié) 1. P0 P3口都是并行I/O口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，但P0口和P2口除了可進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，通常用來構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在電路中有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)，以便進(jìn)行兩種用途的轉(zhuǎn)換。而P1口和P3口沒有

21、構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，在電路中沒有多路轉(zhuǎn)接開關(guān)。由于PO口可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線使用，需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)，因此MUX的一個(gè)輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號(hào)。而咫口僅作為高位地址線使用，不涉及數(shù)據(jù)，所以MUX僅有的一個(gè)輸入信號(hào)為“地址”。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2)在4個(gè)口中只有PO口是一個(gè)真正的雙向口，P1 P3這3個(gè)口都是準(zhǔn)雙向口。其原因是在應(yīng)用系統(tǒng)中，P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，為保證數(shù)據(jù)的正確傳送，需要解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時(shí)芯片內(nèi)外才接通;不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，芯片內(nèi)外應(yīng)處于隔離狀態(tài)為此，要求P0口

22、的輸出緩沖器是一個(gè)三態(tài)門。 3) P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。因此，在P3口電路增加了第二功能控制邏輯，這是P3口與其他各口的不同之處,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,6.時(shí)鐘電路與時(shí)序 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘控制信號(hào)。MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的關(guān)系。 (1)時(shí)鐘電路 MCS-51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)的，有條不紊一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)

23、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2)機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序 單片機(jī)執(zhí)行指令的過程均是在CPU控制器的時(shí)序控制電路的控制下進(jìn)行的各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān)。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(五)MCS-51單片機(jī)的工作方式 1.指令與程序概述 指令是規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作(如加、減等)的命令，CPU是根據(jù)指令來指揮和控制計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)地工作，完成規(guī)定的操作。指令是由二進(jìn)制代碼表示的，通常指令分為操作碼和操作數(shù)兩部分。操作碼規(guī)定操作的類型

24、，操作數(shù)給出參加操作的數(shù)據(jù)和存放數(shù)據(jù)的地址。計(jì)算機(jī)全部指令的集合稱為指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)的性能與計(jì)算機(jī)硬件密切相關(guān)，不同的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)不完全相同，程序工程師根據(jù)任務(wù)要求有序地編排指令的集合，程序的編制稱為程序設(shè)計(jì)。為了運(yùn)行和管理計(jì)算機(jī)所編制的各種程序的總和稱為系統(tǒng)軟件，一般單片機(jī)中沒有系統(tǒng)軟件，而只能裝載用戶自己編制的應(yīng)用軟件。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2. CPU的工作原理 在執(zhí)行程序中起關(guān)鍵作用的是CPU,所以首先介紹CPU的工作原理。 CPU主要由運(yùn)算器和控制器這兩大部分組成?？刂破鞲鶕?jù)指令碼產(chǎn)生控制信號(hào)，使運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口之間能自動(dòng)

25、協(xié)調(diào)地工作，運(yùn)算器用于進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。 (1)控制器 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)工作的部分，它的功能是接收來自存儲(chǔ)器中的逐條指令，進(jìn)行指令澤碼，并通過定時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部?jī)?nèi)部控制信息及CPU外部所需的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。它由指令部件、時(shí)序部件和操作控制部件等三部分組成。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2)運(yùn)算器 運(yùn)算器是用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元、累加器Acc (accumulator) ,暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器、通用寄存器

26、、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個(gè)通用寄存器區(qū)和一些專用的寄存器，而且還增加了位處理邏輯電路的功能。在進(jìn)行位操作時(shí)，進(jìn)位位Cv作為位操作累加器，整個(gè)位操作系統(tǒng)構(gòu)成一臺(tái)布爾處理器。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,3.單片機(jī)執(zhí)行程序過程 單片機(jī)的工作過程實(shí)質(zhì)就是執(zhí)行所編制程序的過程，即逐條執(zhí)行指令的過程計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為3個(gè)階段進(jìn)行，即取指令、分析指令和執(zhí)行指令 取指令階段的任務(wù)是:根據(jù)程序計(jì)數(shù)器中的值，從程序存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器 分析指令階段的任務(wù)是:將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行澤碼，分析其指令性

27、質(zhì)。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。 執(zhí)行指令階段的任務(wù)是:取出操作數(shù)，然后按照操作碼的性質(zhì)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行操作，即執(zhí)行指令。 計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程實(shí)際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過程，直至遇到停機(jī)指令或循環(huán)等待指令,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(六)MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)概述與詳解 1.指令系統(tǒng)概述 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)明易掌握、效率較高的指令系統(tǒng)。 MCS-51單片機(jī)的基本指令共111條，按指令在程序存儲(chǔ)器中所占的字節(jié)來分，其中，單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條 按指令的執(zhí)行時(shí)間來分，其中，1個(gè)機(jī)器周期(12個(gè)時(shí)鐘振

28、蕩周期)的指令64條，2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的指令45條，只有乘、除兩條指令的執(zhí)行時(shí)間為4個(gè)機(jī)器周期(48個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2.指令格式 指令的表示方法稱為指令格式，一條指令通常由兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。操作碼用來規(guī)定指令進(jìn)行了什么操作，而操作數(shù)則是指令操作的對(duì)象。操作數(shù)可能是一個(gè)具體的數(shù)據(jù)，也可能是指出到哪里取得數(shù)據(jù)的地址或符號(hào)。 1)單字節(jié)指令:指令只有一個(gè)字節(jié)，操作碼和操作數(shù)同在一個(gè)字節(jié)中 2)雙字節(jié)指令:雙字節(jié)指令包括兩個(gè)字節(jié)，其中一個(gè)字節(jié)為操作碼，另一個(gè)字節(jié)是操作數(shù)。 3)三字節(jié)指令:在三字節(jié)指令中，

29、操作碼占一個(gè)字節(jié)，操作數(shù)占兩個(gè)字節(jié)，其中操作數(shù)既可能是數(shù)據(jù)，也可能是地址。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,3.指令系統(tǒng)的尋址方式 (1)寄存器尋址方式 寄存器尋址方式就是操作數(shù)在寄存器中，因此指定了寄存器就能得到操作數(shù)。 (2)直接尋址方式 在這種尋址方式中，指令中操作數(shù)直接以單元地址的形式給出。該單元地址中的內(nèi)容就是操作數(shù)。 (3)寄存器間接尋址方式 寄存器尋址方式就是寄存器中存放的是操作數(shù)，而寄存器間接尋址方式是寄存器中存放的是操作數(shù)的地址，即先從寄存器中找到操作數(shù)的地址，再按該地址找到操作數(shù)。由于操作數(shù)是通過寄存器間接得到的，因此稱之為寄存器間接尋址。,

30、上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(4)立即尋址方式 立即尋址方式就是操作數(shù)在指令中直接給出。出現(xiàn)在指令中的操作數(shù)即為立即數(shù)。為了與直接尋址指令中的直接地址相區(qū)分，需在操作數(shù)前面加前綴標(biāo)志“#”。 (5)基址寄存器加變址寄存器間接尋址方式 這種尋址方式用于讀出程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)到累加器A中。本尋址方式是以DPRT或PC作為基址寄存器，以累加器A作為變址寄存器，并以兩者內(nèi)容相加形成的16位地址作為操作數(shù)的地址，以達(dá)到訪問數(shù)據(jù)表格的目的。 (6)位尋址方式 MCS-51單片機(jī)有位處理功能，可以對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作，因此就有相應(yīng)的位尋址方式。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌

31、握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(7)相對(duì)尋址方式 相對(duì)尋址方式是為解決程序轉(zhuǎn)移而專門設(shè)置的，為轉(zhuǎn)移指令所采用。指令系統(tǒng)中，有多條相對(duì)轉(zhuǎn)移指令，這些轉(zhuǎn)移指令多為二字節(jié)指令，但也有個(gè)別為三字節(jié)的 4. MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)分類介紹 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)共有111條指令，按功能分類可分為下面5大類 1)數(shù)據(jù)傳送類(28條); 2)算術(shù)操作類(24條); 3)邏輯運(yùn)算類(25條); 4)控制轉(zhuǎn)移類(17條); 5)位操作類(17條)。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(七)MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)片內(nèi)的中斷系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)測(cè)控，即

32、要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)和處理單片機(jī)外部或內(nèi)部事件所提出的中斷請(qǐng)求。由于這些中斷請(qǐng)求都是隨機(jī)發(fā)出的，如果采用定時(shí)查詢方式來處理這些中斷請(qǐng)求，則單片機(jī)的工作效率低，且得不到實(shí)時(shí)處理。因此，MCS-51單片機(jī)要實(shí)時(shí)處理這些中斷請(qǐng)求，必須采用具有中斷處理功能的部件中斷系統(tǒng)來完成。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,1.中斷的概念 當(dāng)MCS-51單片機(jī)的CPU正在處理某件事情(如正在執(zhí)行主程序)時(shí)，單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件(如外部設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)溢出等)請(qǐng)求CPU迅速去處理，于是，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程

33、序處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理程序處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作(如繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序)，這稱為中斷。CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程，如圖1-2-16所示。對(duì)事件的整個(gè)處理過程，稱為中斷處理(或中斷服務(wù))。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2. MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套。用戶可以用關(guān)中斷指令“CLR EA”來屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開中斷指令“SET EA”來允許CPU接收中斷請(qǐng)求;每一個(gè)中斷源可以用軟件獨(dú)立地控

34、制為允許中斷或關(guān)中斷狀態(tài);每一個(gè)中斷源的中斷級(jí)別均可用軟件來設(shè)置。 MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2-17所示。 3.中斷請(qǐng)求源 MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)共有5個(gè)中斷請(qǐng)求源(圖1-2-17),上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,4.中斷控制 (1)中斷允許寄存器IE MCS-51單片機(jī)的CPU對(duì)中斷源的開放或屏蔽，是由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制的。IE的字節(jié)地址為A8 H，可進(jìn)行位尋位，其格式如圖1-2-20所示。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP MCS-51單片機(jī)的中斷請(qǐng)求源有兩個(gè)中

35、斷優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)中斷請(qǐng)求源可由軟件定為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套，所謂兩級(jí)中斷嵌套，就是CPU正在執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)中斷的服務(wù)程序時(shí)，可被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷，待高優(yōu)先級(jí)中斷處理完畢后，再返回低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序。兩級(jí)中斷嵌套的過程如圖1-2-21所示。 關(guān)于各中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)關(guān)系，可以歸納為下面兩條基本規(guī)則。 1)低優(yōu)先級(jí)可被高優(yōu)先級(jí)中斷，反之則不能 2)任何一種中斷(不管是高級(jí)還是低級(jí))，一旦得到響應(yīng)，不會(huì)再被它的同級(jí)中斷源所中斷。如果某一優(yōu)先級(jí)中斷，在執(zhí)行該中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，則不能被任何其他中斷源的中斷請(qǐng)求所中斷,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)

36、的結(jié)構(gòu)和原理,5.響應(yīng)中斷請(qǐng)求的條件 一個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)，需滿足以下必要條件。 1) CPU開中斷，即IE寄存器中的中斷總允許位EA=1 2)該中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，即該中斷源對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志為“1“ 3)該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏蔽 4)無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù),上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,6.外部中斷的響應(yīng)時(shí)間 外部中斷的最短響應(yīng)時(shí)間為3個(gè)機(jī)器周期。其中中斷請(qǐng)求標(biāo)志位查詢占1個(gè)機(jī)器周期，而這個(gè)機(jī)器周期恰好是處于指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，在這個(gè)機(jī)器周期結(jié)束后，中斷即被響應(yīng)，CPU接著執(zhí)行一條硬件子程序調(diào)用指令LCALL以轉(zhuǎn)到相應(yīng)的

37、中斷服務(wù)程序入口，則需要兩個(gè)機(jī)器周期。 外部中斷響應(yīng)的最長(zhǎng)時(shí)間為8個(gè)機(jī)器周期。這種情況發(fā)生在CPU進(jìn)行中斷標(biāo)志查詢時(shí)，剛好是開始執(zhí)行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當(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)行上述RETI或是訪問IE指令，最長(zhǎng)需要2個(gè)機(jī)器周期;而接著再執(zhí)行的一條指令，我們按最長(zhǎng)的指令(乘法指令MUL和除法指令DIV)來算，也只有4個(gè)機(jī)器周期;再加上硬件子程序調(diào)用指令LCALL的執(zhí)行需要2個(gè)機(jī)器周期，所以，外部中斷響應(yīng)最長(zhǎng)時(shí)間為8個(gè)機(jī)器周期。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,7.外部中斷的觸發(fā)方式選擇 外部中斷的觸發(fā)有兩種觸發(fā)方式

38、:電平觸發(fā)方式和跳沿觸發(fā)方式。 (1)電平觸發(fā)方式 若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，外部中斷中請(qǐng)觸發(fā)器的狀態(tài)隨著CPU在每個(gè)機(jī)器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平變化而變化，這能提高CPU對(duì)外部中斷請(qǐng)求的響應(yīng)速度。當(dāng)外部中斷源被設(shè)定為電平觸發(fā)方式時(shí)，在中斷服務(wù)程序返回之前，外部中斷請(qǐng)求輸入必須無效(即變?yōu)楦唠娖?，否則CPU返回主程序后會(huì)再次響應(yīng)中斷。所以電平觸發(fā)方式適合于外部中斷以低電平輸入而且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請(qǐng)求源(即外部中斷輸入電平又變?yōu)楦唠娖?的情況。如何清除電平觸發(fā)方式的外部中斷請(qǐng)求源的電平信號(hào)，將在后面介紹。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(

39、2)跳沿觸發(fā)方式 外部中斷若定義為跳沿觸發(fā)方式，外部中斷中請(qǐng)觸發(fā)器能鎖存外部中斷輸入線上的負(fù)跳變。即便是CPU暫時(shí)不能響應(yīng)，中斷請(qǐng)求標(biāo)志也不會(huì)丟失。在這種方式里，如果相繼連續(xù)兩次采樣，一個(gè)機(jī)器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個(gè)機(jī)器周期采樣為低，中斷中請(qǐng)觸發(fā)器則置+1，直到CPU響應(yīng)此中斷時(shí)，該標(biāo)志才清“0”。這樣不會(huì)丟失中斷，但輸入的負(fù)脈沖寬度至少保持12個(gè)時(shí)鐘周期(若晶振頻率為6 MHz，則為2s )，才能被CPU采樣到。外部中斷的跳沿觸發(fā)方式適合于以負(fù)脈沖形式輸入的外部中斷請(qǐng)求。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,8.中斷請(qǐng)求的撤銷 (1)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)

40、求的撤銷 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，硬件會(huì)自動(dòng)把中斷請(qǐng)求標(biāo)志位(TF0或TF1)清“0”，因此定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤銷的。 (2)外部中斷請(qǐng)求的撤銷 1)跳沿方式外部中斷請(qǐng)求的撤銷。 2)電平方式外部中斷請(qǐng)求的撤銷,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(3)串行口中斷請(qǐng)求的撤銷 串行口中斷請(qǐng)求的撤銷只有標(biāo)志位清“0”的問題。串行口中斷的標(biāo)志位是TI和RI，但對(duì)這兩個(gè)中斷標(biāo)志CPU不進(jìn)行自動(dòng)清“0”。因?yàn)樵陧憫?yīng)串行口的中斷后，CPU無法知道是接收中斷還是發(fā)送中斷，還需測(cè)試這兩個(gè)中斷標(biāo)志位的狀態(tài)，以判定是接收操作還是發(fā)送操作，然后才能清除。所以串行口

41、中斷請(qǐng)求的撤銷只能使用軟件的方法，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，即用如下的指令來進(jìn)行串行口中斷標(biāo)志位的清除。 CLR TI ;清TI標(biāo)志位 CLR RI ;清RI標(biāo)志位,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(八)MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及應(yīng)用 在工業(yè)檢測(cè)、控制中，許多場(chǎng)合都要用到計(jì)數(shù)或定時(shí)功能，如對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)、產(chǎn)生精確的定時(shí)時(shí)間等。MCS-51單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T 1 , T0，以滿足這方面的需要。兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都具有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。 1) 計(jì)數(shù)器工作模式。計(jì)數(shù)功能是對(duì)外來脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 2)定時(shí)器工作模式。定時(shí)功能也是通過

42、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)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式(方式0、方式1、方式2和方式3)，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對(duì)它的特殊功能寄存器的編程，用戶可方便地選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。 1.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖1-2-24所示，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TO由特殊功能寄存器THO , TLO構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1,

43、TL1構(gòu)成。 定時(shí)器方式寄存器TMOD用于選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式和工作方式。定時(shí)器控制寄存器TCON用于控制TO , T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含了T0 ,T1的狀態(tài)。TMOD , TCON這兩個(gè)寄存器的內(nèi)容由軟件設(shè)置。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器的所有位都被清“0”,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式 (1)方式。 當(dāng)M1 , M0為00時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置為工作方式0，這時(shí)定時(shí)器/討數(shù)器的等效框圖如圖1-2-25所示。 (2)方式1 當(dāng)M1, M0為O1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效電路如圖1-

44、2-26所示。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(3)方式2 方式0和方式1的最大特點(diǎn)是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全0。因此，在循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在反復(fù)裝入計(jì)數(shù)初值的問題。這不僅影響定時(shí)精度，而且也給程序設(shè)計(jì)帶來麻煩。方式2就是牛l一對(duì)此問題而設(shè)置的。 當(dāng)M1, MO為10時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器處于工作方式2，這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的等效框圖如圖1-2-27所示(以定時(shí)器T1為例，X=1) (4)方式3 方式3是為了增加一個(gè)附加的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器而提供的，從而使MCS-51單片機(jī)具有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。方式3只適用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1不能工作在

45、方式3下。T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1 =0，停止計(jì)數(shù)(此時(shí)T1可用作串行口波特率產(chǎn)生器)。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,3.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)的要求 當(dāng)MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式時(shí)，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1，因此，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的輸入脈沖的周期與機(jī)器周期一樣，為時(shí)鐘振蕩頻率的1/12當(dāng)采用12 MHz頻率的晶體時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為1 MHz,輸入脈沖的周期間隔為1 s。由于定時(shí)的精度決定于輸入脈沖的周期，因此，當(dāng)需要高分辨率的定時(shí)時(shí)，應(yīng)盡量選用頻率較高的晶體。,上一頁,下一頁,返回,

46、任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(九)MCS-51單片機(jī)的串行口通信系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能強(qiáng)大的全雙工的異步通信串行口。所謂全雙工就是雙機(jī)之間串行接收、發(fā)送數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行。所謂異步通信，就是收、發(fā)雙方?jīng)]有同步時(shí)鐘來控制收、發(fā)雙方的同步傳送，而是靠雙方各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的異步傳送。要傳送的串行數(shù)據(jù)在發(fā)方是以數(shù)據(jù)幀形式一幀一幀地發(fā)送，通過傳輸線由收方一幀一幀地接收。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,MCS-51單片機(jī)的串行口有4種工作方式，波特率可由軟件設(shè)置片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來控制。每當(dāng)串行口接收或發(fā)送一個(gè)字節(jié)完畢，均可發(fā)出中斷請(qǐng)求。M

47、CS-51單片機(jī)的串行口除了可以用于串行數(shù)據(jù)通信之外，還可以非常方便地用來擴(kuò)展并行I/O口。 1.串行口的結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)串行口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-2-34所示。它有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)特殊功能寄存器字節(jié)地址(99 H),上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(1)串行口控制寄存器SCON 串行口控制寄存器格式如圖1-2-35所示。SCON，字節(jié)地址98 H，可位尋址，位地址為98 H9FH。 (2)特殊功能寄存器PCON 特殊功能寄存器PCON

48、字節(jié)地址為87 H，沒有位尋址功能。PCON的格式如圖1-2-36所示。 2.串行口的4種工作方式 (1)方式。 串行口的工作方式。為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常用于外接位寄存器，以擴(kuò)展并行I/)口。這種方式不適用于兩個(gè)MCS-51單片機(jī)之間的串行通信。,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2)方式1 SMO, SM1兩位為O1時(shí)，串行口以方式1工作。方式1真正用于數(shù)據(jù)的串行發(fā)送和接收。TXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。方式1收發(fā)一幀的數(shù)據(jù)為10位，1個(gè)起始位1個(gè)停止位，先發(fā)送或接收最低位。方式1的幀格式如圖1-2-40所示。 (3)方式2 串行口工作于方式2和

49、方式3下時(shí)，被定義為9位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位(先低位)，1位可程控位(1或0)和1位停止位。方式2的幀格式如圖1-2-43所示,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(4)方式3 當(dāng)SMO , SM1兩位為11時(shí)，串行口被定義工作在方式3下。方式3為波特率可變的9位異步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。方式3發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時(shí)序波形如圖1-2-44和圖1-2-45所示。方式3的波特率由下式確定:,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,3.多機(jī)通信 多個(gè)MCS-51單片機(jī)可利用串行口進(jìn)行多機(jī)通信。在

50、多機(jī)通信中，要保證主機(jī)與從機(jī)具有串行識(shí)別功能。串行口控制寄存器SOON中的SM2位就是為滿足這一條而設(shè)置的多機(jī)通信控制位。其多機(jī)控制原理是在串行口以方式2(或方式3)接收時(shí)，若SM2=1，表示置多機(jī)通信控制位。這時(shí)出現(xiàn)以下兩種可能情況。 1)接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并置中斷標(biāo)志RI=1,向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 2)接收到的第9位數(shù)據(jù)則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志，信息將丟棄,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(十)MCS-51單片機(jī)I/ 0的擴(kuò)展技術(shù) 1. I/O接口擴(kuò)展概述 MCS-51單片機(jī)的I/ O(輸入/輸出)接口是MCS-51單片機(jī)與外部設(shè)備(簡(jiǎn)

51、稱外設(shè))交換信息的橋梁。因此，在多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，MCS-51單片機(jī)都需要外擴(kuò)I/ O接口電路。 1)實(shí)現(xiàn)和不同外設(shè)的速度匹配 2)輸出數(shù)據(jù)鎖存 3)輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(2) I/O端口的編址 1)獨(dú)立編址方式 獨(dú)立編址方式就是I/ O地址空間和存儲(chǔ)器地址空間分開編址。其優(yōu)點(diǎn)是I/ O地址空間和存儲(chǔ)器地址空間相互獨(dú)立，界限分明。但卻需要設(shè)置一套專門的讀寫I/O的指令和控制信號(hào)。 2)統(tǒng)一編址方式 這種編址方式是把I/ 0端口的寄存器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元同等對(duì)待，統(tǒng)一進(jìn)行編址。統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要專門的I/()指令，直接使用訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指令進(jìn)行I/O操作，簡(jiǎn)單、方便,上一頁,下一頁,返回,任務(wù)二掌握MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理,(3) I/O數(shù)據(jù)的幾種傳送方式 為了實(shí)現(xiàn)和不同外設(shè)的速度匹配，IO接口必須根據(jù)不同外設(shè)選