1、第5章 MCS-51單片機 典型功能部件結(jié)構(gòu)及應用 5.1 中斷系統(tǒng) 5.2 MCS-51單片機定時器/計數(shù)器 5.3 串行口,5.1 中斷系統(tǒng) 5.1.1 中斷的概念 1. 中斷及中斷源 中斷是指在CPU正在執(zhí)行某一段程序的過程中，如果外界或內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停正在運行的程序轉(zhuǎn)而去處理這個緊急事件，待處理完后再回到原來被停止執(zhí)行程序的間斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來被打斷了的程序的過程。 實現(xiàn)這種功能的機構(gòu)稱為中斷系統(tǒng)，產(chǎn)生中斷的請求源叫中斷源。 2. 中斷嵌套及優(yōu)先級 當CPU正在處理一個優(yōu)先級低的中斷請求的時候，如果發(fā)生另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，CPU暫停正在處理的中斷源的處理程序

2、，轉(zhuǎn)而處理優(yōu)先級高的中斷請求，待處理完之后，再回到原來正在處理的低級中斷程序，這種 高級中斷源能中斷低級中斷源的中斷處理稱為中斷嵌套。,5.1.2 MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中斷控制 1. 中斷源和中斷請求標志 （1）中斷源 MSC-51系列單片機的5個中斷源，包括2個外部中斷源和 3個內(nèi)部中斷源。 2個外部中斷源是外部中斷0和外部中斷 1 ; 3個內(nèi)部中斷源是定時器/計數(shù)器0溢出中斷、定時器/ 計數(shù)器1溢出中斷、串行口的發(fā)送和接收中斷（TI和RI）。 （2）TCON寄存器 TCON是定時器/計數(shù)器0和1（T0、T1）的控制寄存器， 同時也用來鎖存T0、T1的溢出中斷請求標志和外部中斷請求標志

3、。 （3）SCON寄存器 SCON為串行口控制寄存器，其中的低兩位用作串行口中 斷請求標志。 TI（SCON.1）：串行口發(fā)送中斷請求標志。 RI（SCON.0）：串行口接收中斷請求標志。,TCON寄存器： IE1（TCON.3）：外部中斷請求標志位。 IT1（TCON.2）：外部中斷觸發(fā)方式控制位。由軟件來置1或清0 IT1=0時，外部中斷1為電平觸發(fā)方式， IT1=1時，外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效） IT0（TCON.0）：外部中斷0（）觸發(fā)方式控制位，由軟件置位或復位。IT0=1，外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）；IT0=0，外部中斷0為電平觸發(fā)方式。 TF0（TCON.

4、5）：定時器/計數(shù)器0（T0）的溢出中斷請求標志。當T0計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由硬件將TF0置1 TF1（TCON.7）：定時器/計數(shù)器1（T1）的溢出中斷請求標志 IE0（TCON.1）：外部中斷請求標志位。當引腳（P3.2）上出現(xiàn)中斷請求信號時，由硬件置位IE0，向CPU申請中斷。,2. 中斷允許控制 在MCS-51單片機中斷系統(tǒng)中，中斷的允許或禁止是由 片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制的。其引腳定義如下： EA（IE.7）：CPU中斷允許標志。EA=0時，表示CPU屏蔽所有中斷；EA=1，表示CPU開放中斷，但每個中斷源的中斷請求是允許還是被禁止，還需由各自的允許位來確定。 ES（IE.4）：串行

5、口中斷允許位。ES=0，禁止串行口中斷；ES=1時，允許串行口中斷。 ET1（IE.3）：定時器/計數(shù)器T1溢出中斷允許位。ET1=1，允許T1中斷；ET1=0，禁止T1中斷。 EX1（IE.2）：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。 ET0（IE.1）：定時器/計數(shù)器T0溢出中斷允許位，其功能同ET1 EX0（IE.0）：外部中斷0中斷允許位，功能同EX1。 中斷允許寄存器IE中各位的狀態(tài)，可根據(jù)要求用軟件置位或清零，從而實現(xiàn)對于該中斷源允許中斷或禁止中斷。當CPU復位時，IE被清零。,3. 中斷優(yōu)先級控制 MCS-51系列單片機的中斷優(yōu)先級

6、是由中斷優(yōu)先級寄存器IP控制的。 MSC-51單片機中的中斷系統(tǒng)，應遵循以下基本準則： (1) 低優(yōu)先級中斷可被高優(yōu)先級中斷請求所中斷，高優(yōu)先級中斷不能被低優(yōu)先級中斷請求所中斷。 (2) 同級的中斷請求不能打斷已經(jīng)執(zhí)行的同級中斷。 (3) 中斷源自然優(yōu)先級順序 中斷源自然優(yōu)先級由高到低： 外部中斷0 定時器/計數(shù)器0 外部中斷1 定時器/計數(shù)器1 串行口,5.1.3 MCS-51中斷響應過程 MCS-51系列單片機的中斷響應過程可分為中斷響應、中斷處理和中斷返回三個階段。 1. 中斷響應 CPU響應中斷的條件主要有以下幾點： （1）有中斷源發(fā)出中斷請求； （2）中斷總允許為EA=1，即CPU開

7、中斷； （3）請求中斷的中斷源的中斷允許位為1,2. 中斷處理 CPU從執(zhí)行中斷處理程序第一條指令開始到返回指令RETI為止，這個過程稱為中斷處理或中斷服務。中斷處理一般包括保護現(xiàn)場、處理中斷源的請求以及恢復現(xiàn)場三部分內(nèi)容。 3. 中斷返回 中斷返回是指執(zhí)行完中斷處理程序的最后指令RETI之后，程序返回到斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。,5.1.4 中斷響應后中斷請求的撤除 中斷源提出中斷申請，在CPU響應此中斷請求后，該中斷源的中斷請求在中斷返回之前應當撤除，以免引起重復中斷，被再次響應。 5.1.5 中斷系統(tǒng)應用 例：單片機讀P1.0的狀態(tài)，把這個狀態(tài)送到P1.7的指示燈去，當P1.0為高電平，

8、指示燈亮；當P1.0為低電平時，指示燈不亮。要求用中斷控制這一輸入/輸出過程，每請求中斷一次，完成一個讀寫過程。,#include sbit P1_0=P10; sbit P1_7=P17; void main() IE=0 x81;/* cpu開中斷和外部中斷0允許*/ TCON=0 x01;/* INT0設置為負邊沿觸發(fā)*/ while (1); void ex_int0(void)interrupt 0 if (P1_0=1) P1_7=1; else P1_7=0; ,5.2 MCS-51單片機定時器/計數(shù)器 MCS-51單片機內(nèi)部有兩個16位定時器/計數(shù)器，簡稱定時器0（T0）和定時

9、器1（T1）。它們均可用作定時器或事件計數(shù)器，為單片機系統(tǒng)提供計數(shù)和定時功能，還可作為串行接口的波特率發(fā)生器 5.2.1 定時器/計數(shù)器概述 定時器/計數(shù)器實際上是加1計數(shù)器，當它對外部事件進行計數(shù)時，由于頻率不固定，此時稱之為計數(shù)器； 當它對內(nèi)部固定頻率的機器周期進行計數(shù)時，稱之為定時器。 它們的工作狀態(tài)及工作方式由兩個特殊功能寄存器TMOD和TCON的各位來決定。工作狀態(tài)有定時和計數(shù)兩種，由TMOD的第2位（T0）或第6位（T1）決定。工作模式共有03四種，也是由TMOD其中的兩位（1個定時器）來決定。TMOD和TCON的內(nèi)容由軟件寫入。,定時器/計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,定時器/計數(shù)器的基本結(jié)

10、構(gòu)： TH1、TL1是T1的計數(shù)器，TH0、TL0是T0的計數(shù)器。TH1和TL1、TH0和TL0分別構(gòu)成兩個16位加法計數(shù)器 。,5.2.2 定時器/計數(shù)器的控制 定時器/計數(shù)器有4種工作模式，由TMOD設置并由TCON控制。 1. 工作方式控制寄存器TMOD 特殊功能寄存器TMOD的地址為89H，它不能位尋址，在設置時一次寫入。高4位用于定時器T1，低4位用于定時器T0 M1M0工作模式控制位 M1M0對應4種不同的二進制組合，分別對應4種工作模式。 C/T :定時器方式和計數(shù)器方式選擇控制位 為1：定時/計數(shù)器工作在計數(shù)器方式。 為0：定時/計數(shù)器工作在定時器方式。 GATE定時器/計數(shù)器

11、運行控制位(門控位) 2. 定時器控制寄存器TCON 定時器控制寄存器TCON除可字節(jié)尋址外，還可以位尋址。TCON的字節(jié)地址為88H，位地址為88H8FH 。,5.2.3 定時器/計數(shù)器的工作模式 MCS-51系列單片機的定時器/計數(shù)器T0和T1可由軟件對特殊功能寄存器TMOD中控制位C/進行設置，以選擇定時功能或計數(shù)功能。對M1和M0位的設置對應于四種工作模式，即模式0、模式1、模式2、模式3。 1. 工作模式0 模式0是選擇定時器/計數(shù)器（T0或T1）的高8位和低5位組成的一個13位定時器/計數(shù)器。其邏輯框圖如圖5-4所示。,定時器/計數(shù)器T0工作模式0邏輯結(jié)構(gòu)框圖,2. 工作模式1 該

12、模式對應的是一個16位的定時器/計數(shù)器，其結(jié)構(gòu)與操作幾乎與模式0完全相同，惟一的差別是：在模式1中，寄存器TH0和TL0是以全部16位參與操作。用于定時工作方式時，定時時間為 t=(216-T0初值)振蕩周期12 用于計數(shù)工作方式時，計數(shù)最大長度為21665535個外部脈沖。,定時器/計數(shù)器T0工作模式1邏輯結(jié)構(gòu)框圖,3. 工作模式2 模式2把TL0（或TL1）設置成一個可以自動重裝載的8位定時器/計數(shù)器。 TL0計數(shù)溢出時，不僅使溢出中斷標志位TF0置1，而且還自動把TH0中的內(nèi)容重新裝載到TL0中。TL0用作8位計數(shù)器，TH0用以保存初值。 用于定時工作方式時，其定時時間（TF0溢出周期）

13、為 t=(28-TH0初值)振蕩周期12 用于計數(shù)工作方式時， 最大計數(shù)長度為28=256 個外部脈沖。,定時器/計數(shù)器T0工作模式2邏輯結(jié)構(gòu)框圖,4. 工作模式3 工作模式3對T0和T1大不相同。若將T0設置為模式3，TL0和TH0被分成為兩個相互獨立的8位計數(shù)器。,定時器/計數(shù)器T0工作模式3邏輯結(jié)構(gòu)框圖,5. 波特率發(fā)生器 定時器T0和T1可同時工作在不同的工作方式。在定時器T0工作在模式3時，盡管TR1和TF1被T0占用，但T1仍可通過M0M1設置其工作模式為02。此時，T1常用作串口的波特率發(fā)生器。,5.2.4 定時器/計數(shù)器的應用舉例 設單片機晶振為6MHz，P1.0連接一個發(fā)光二

14、極管，利用定時器使發(fā)光二極管每1s其狀態(tài)改變一次。 由于定時器最長定時時間是有限的，因此，為實現(xiàn)1s的延時，可以設置定時器T0定時時間為100ms，通過程序設置一個軟件計數(shù)器，對定時器溢出次數(shù)（10次）計數(shù)。 計數(shù)初值的算法： 65536-100000/2 = 15536=(3CB0H),C51程序如下： #include #define uchar unsigned char sbit led = P10; void Init (void) TMOD = 0 x01;/設置T0為方式1 TH0 =0-50000 / 256;/對于16位計數(shù)器0-50000=15536, 免于計算直接裝入初值

15、 TL0 =0-50000 % 256; /裝入初值(15536 mod256) TR0 = 1; led = 1; ,void main(void) uchar i = 0; Init ( ); while(1) TH0 =0-50000 / 256;/重新裝入初值 TL0 =0-50000 % 256; while(!TF0) ;/等待T0溢出 TF0 = 0;/清除溢出標志位 i +;/軟件計數(shù)加1 if(i = 10) led = led;/ P1.0取反輸出 i = 0;/軟件計數(shù)器清0 ,5.3 串行口 CPU與外部設備的基本通信方式有兩種： 并行通信，數(shù)據(jù)的各位同時進行傳送。其特

16、點是傳送速度快、效率高，數(shù)據(jù)有多少位，就需要有多少根傳輸線。 串行通信，數(shù)據(jù)一位一位地按順序進行傳送。其特點是只需一對傳輸線就可實現(xiàn)通信，當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多、 距離較遠時，它可以顯著減少傳輸線，降低通信成本，但是串行傳送的速度慢。 5.3.1 串行通信的基本概念 串行通信是指計算機主機與外設之間以及主機系統(tǒng)與主機系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。 1. 異步通信和同步通信 串行通信有兩種基本通信方式：異步通信和同步通信。 （1）異步通信 在異步通信中，數(shù)據(jù)通常以字符（或字節(jié)）為單位組成數(shù) 據(jù)幀傳送。,異步通信的字符幀格式,（2）同步通信 在同步通信中，每個數(shù)據(jù)塊傳送開始時，采用一個或兩個 同步字符作為起始

17、標志 ， 數(shù)據(jù)在同步字符之后，個 數(shù)不受限制，由所需傳送 的數(shù)據(jù)塊長度確定。,同步傳送的數(shù)據(jù)格式,2. 串行通信的制式 在串行通信中，數(shù)據(jù)是在由通信線連接的兩個工作站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種方式 （1）單工制式 只允許數(shù)據(jù)向一個方向傳送，即一方只能發(fā)送，另一方只能接收。 （2）半雙工制式 允許數(shù)據(jù)雙向傳送，但由于只有一根傳輸線，在同一時刻只能一方發(fā)送，另一方接收。 （3）全雙工制式 允許數(shù)據(jù)同時雙向傳送，由于有兩根傳輸線，在A站 將數(shù)據(jù)發(fā)送到B站的同時，也允許B站將數(shù)據(jù)發(fā)送到A站。,3. 波特率和發(fā)送/接收時鐘 （1）波特率 串行通信的數(shù)據(jù)是按位進行

18、傳送的，每秒鐘傳送的二進制數(shù)碼的位數(shù)稱為波特率（也稱比特數(shù)），單位是bps（bit per second），即位/秒。 （2）發(fā)送/接收時鐘 二進制數(shù)據(jù)序列在串行傳送過程中以數(shù)字信號波形的形式出現(xiàn)。無論發(fā)送或是接收，都必須有時鐘信號對傳送的數(shù)據(jù)進行定位。 在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行移位輸出；在接收數(shù)據(jù)時，接收器在接收時鐘的上升沿對數(shù)據(jù)位采樣。,4. 奇偶校驗 當串行通信用于遠距離傳送時，容易受到噪聲干擾。為保證通信質(zhì)量，需要對傳送的數(shù)據(jù)進行校驗。對于異步通信，常用的校驗方法是奇偶校驗法。,5.3.2 MCS-51單片機串行口 1. 串行口結(jié)構(gòu) 串行口內(nèi)部有兩

19、個物理上相互獨立的數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個用于接收數(shù)據(jù)。但發(fā)送緩沖器只能寫入數(shù)據(jù)，不能讀出數(shù)據(jù)；而接收緩沖器只能讀出數(shù)據(jù)，不能寫入數(shù)據(jù)，所以兩個緩沖器共用一個地址（99H）。,串行口結(jié)構(gòu)框圖,發(fā)送數(shù)據(jù)時，執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入SBUF 的傳送指令（例如 MOV SBUF,A），即可將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按事先設置的方式和波特率從引腳TXD串行輸出。一個數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，串行口產(chǎn)生中斷標志位，向CPU申請中斷，請求發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)時，當檢測到RXD引腳上出現(xiàn)一幀數(shù)據(jù)的起始位后，便一位一位地將接下來的數(shù)據(jù)接收保存到SBUF中，然后產(chǎn)生中斷標志位，向CPU申請中斷，請求CPU接收這一

20、數(shù)據(jù)，CPU響應中斷后，執(zhí)行一條讀SBUF指令 （例如 MOV A,SBUF）就可將接收到的數(shù)據(jù)送入某個寄存器或存儲單元。為避免前后兩幀數(shù)據(jù)重疊，接收器是雙緩沖的。,2. 串行口控制 （1）串行口控制寄存器SCON SCON是MCS-51的一個SFR，串行數(shù)據(jù)通信的方式選擇、接收 和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標志都由專用寄存器SCON控 制和指示。SCON用于控制串行口的工作方式，同時還包含 要發(fā)送或接收到的第9位數(shù)據(jù)位以及串行口中斷標志位。該 寄存器的字節(jié)地址為98H 。 （2）電源控制寄存器PCON PCON中只有最高位SMOD與串行口工作有關(guān)，該位用于 控制串行口工作于方式1、2、3時的波

21、特率。當SMOD=1時， 波特率加倍。PCON的字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。單 片機復位時，SMOD=0。,3. 串行口的工作方式 方式0主要用于擴展并行輸入/輸出口，方式1、方式2 和方式3主要用于串行通信。 （1）方式0 該方式為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常用于擴展并行I/O口。 （2）方式1 方式1為波特率可變的10位異步通信方式，由TXD端發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD端接收數(shù)據(jù)。收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、一位停止位，共10位 。 （3）方式2和方式3 這兩種方式都是11位異步通信，操作方式完全一樣，只有波特率不同，適用于多機通信。,4. 波特率設置 （1）方式0的波特率

22、 在方式0下，串行口的波特率是固定的，即 波特率=fosc /12 （2）方式2的波特率 在方式2下，串行口的波特率可由PCON中的SMOD位控制：若使SMOD=0，則所選波特率為fosc/64；若使SMOD=1，則波特率為fosc/32。 （3）方式1和方式3的波特率 在這兩種方式下，串行口波特率由定時器T1的溢出率和SMOD值同時決定。相應公式為： 波特率=2SMODT1溢出率/32,5.3.3 串行口應用 1. 串行口方式0的應用 串行口方式0為同步操作。 外接串入并出或并入串出器件，可實現(xiàn)I/O的擴展。 I/O口擴展有兩種不同用途：一是利用串行口擴展并行輸出口，此時需外接串行輸入/并行

23、輸出的同步移位寄存器，如74LS164或CD4094； 另一種是利用串行口擴展并行輸入口，此時需外接并行輸入/串行輸出的同步移位寄存器，如74LS165/74HC165或CD4014。,2. 串行口在其他方式下的應用 MCS-51單片機串行口工作在方式1、2、3時，都用于異步通信，它們之間的主要差別是字符幀格式和波特率不同。此時，單片機發(fā)送或接收數(shù)據(jù)可以采用查詢方式或中斷方式。 3. 雙機通信 雙機通信也稱為點對點的異步串行通信。當兩個MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)相距很近時，可將它們的串行口直接相連來實現(xiàn)雙機通信，雙機通信中通信雙方處于平等地位，不需要相互之間識別地址，因此串行口工作方式1、2、3都可以實現(xiàn)雙機之間的全雙工異步串行通信。如果要保持通信的可靠性，還需要在收發(fā)數(shù)據(jù)前規(guī)定通信協(xié)議，包括對通信雙方發(fā)送和接收信息的格式、差錯校驗與處理、波特率設置等事項的明確約定。,5.3.4 常用串行通信總線標準及接口電路 常用的標準異步串行通信接口有RS-232C、 RS-422/485、USB通用接口等幾類。 1. RS-232C總線標準及接口電路 （1）RS-232C總線標準 RS-232C適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合，設備之間的通信距離不大于15m時，可以用RS-232C電纜直接連接；對于距離大于15m以上的長距離通信，需要采用調(diào)制解調(diào)器才