MCS-51单片机功能模块及其应用.ppt

,胡景春,单片机原理及应用,4.1 并行口及其应用 4.2 定时器及其应用 4.3 串行接口UART 4.4 89C52FLASH程序存储器,第四章 MCS-51单片机功能模块及其应用,4.1 并行口及其应用,MCS51单片机中有个双向（位）并行I/O 端口（线），每线都配备独立的端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器，用于与外界设备之间交换信息 4.1.1 P0口 。,P0口一位结构图,P0口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线AB0-AB7的低八位和数据总线。注：单片机复位后4个端口对外均呈现高电平,P2口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线的高八位地址线AB8-AB15, P2口 P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。注意：作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写1。同理，P2口作输入时，也必须先往口锁存器写1。,P2口一位结构图,P1口一位结构图,P1口只用作普通输入输出口, P1口 从单片机的使用角度来看，P1是一个真正的双向口，而其他三个端口都是准双向口。注意：和P0、P2口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口锁存器写1。,P3口一位结构图,P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一样）直接和外部设备打交道外;还具有第二功能。,P3.0 串行输入口(RXD) P3.1 串行输出口(TXD) P3.2 外中断0(INT0) P3.3 外中断1(INT1) P3.5 定时/计数器1的外部输入口(T1) P3.6 外部数据存储器写选通(WR) P3.4 定时/计数器0的外部输入口(T0) P3.7 外部数据存储器读选通(RD),4.3 中断系统应用举例,【例1 .1】: 如图所示为电加热锅炉控制工作原理图和单片机控制系统： 当压力报警信号发出时，要求排汽电磁阀通电，打开排汽电磁阀以减少锅炉内蒸汽压力； 当低水位限位报警信号发出时，打开进水阀进水； 当高水位限位报警信号发出时，关闭进水阀停止进水; 当温度达到100时，关闭电加热丝; 当温度低于95时，接通电加热丝。请设计控制软件。,图4-3 电加热锅炉控制工作示意图,解：从示意图和控制系统电原理图中可以看出，该系统有5个中断源，而单片机只有2个外部中断请求，本系统中5个中断源通过或非门后接入外部中断1。 5个中断源中哪个发生中断请求还需要通过查询程序进行判断，查询顺序的先后决定了这5个中断源的优先级高低。参考程序如下：,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H LJMP INT1 ORG 0100H MAIN： SETB EX1 ；允许INT1中断 SETB EA ；开中断 HALT： SJMP HALT ；等待中断 ORG 1000H 中断服务程序： INT1： JB P1.0 PRESS ；P1.0=1转压力报警服务程序 LOOP1: JB P1.1 HIGH ；P1.1=1转高水位服务程序 JB P1.2 LOW ；P1.2=1转低水位服务程序,LOOP2: JB P1.3 HEATOFF ; P1.3=1转100服务程序 JB P1.4 HEATON ; P1.4=1转95服务程序 LOOP3: RETI PRESS: SRTB P1.5 ；压力报警服务程序 JB P1.0 PRESS CLR P1.5 SJMP LOOP1 HIGH: CLR P1.6 ；高水位服务程序 SJMP LOOP2 LOW: SETB P1.6 ；低水位服务程序 SJMP LOOP2 HEATOFF: CLR P1.7 ； 100服务程序 SJMP LOOP3 HEATON: SETB P1.7 ； 95服务程序 SJMP LOOP3 END,5.1 定时/计数器的概述 5.2 定时/计数器的控制 5.3 定时/计数器的工作方式 5.4 定时/计数器的一般编程步骤 5.5 定时/计数器的应用举例,第五章 MCS-51单片机的定时/计数器,5.1 定时/计数器概述,在单片机的内部结构中，有两个16位可编程的定时/计数器，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。,5.2 定时/计数器的控制,1、 定时器控制寄存器 TCON （88H）,TR0 ：定时 / 计数器0运行控制位。=0 停止，=1 开始工作（与GATE位的状态有关），软件置位，软件复位。 TR1：定时 / 计数器1运行控制位。（用法与TR0类似） TF0、TF1 ：分别是定时、计数器T0、T1的溢出标志位。,2、定时方式寄存器 TMOD （89H ）,GATE : 门控位. GATE = 0 启动不受 /INT0或 /INT1的控制；GATE = 1 启动受 /INT0 或 /INT1 的控制。 C/T : 外部计数器 / 定时器方式选择位C/T = 0 定时方式；C /T = 1 计数 方式 M1M0 工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）。,5.3 定时/计数器的工作方式,5.3.1 工作方式 0 13位定时/计数器,定时器/计数器方式0的计数器结构：,图5-2 方式0等效逻辑结构,在计数工作方式下，计数器的计数值范围是： 20 213 18192 在定时工作方式时，定时时间的计算公式为： 定时时间=（ 8192 -计数初值）晶振周期12 = （ 8192 -计数初值）机器周期 计数初值=8192- 定时时间 / 机器周器 =2n-定时时间 / 机器周期 如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最长定时时间为： (81920)1/610-612=1638410-6(s)=16384(us)。,定时器/计数器运行控制的情况： 、由TR0控制的情况 要运行控制位TR0能够控制定时器/计数器的运行，其或门的输出一定要为1，这就意味着GATE要设置为0或者INT0=1。 因此在单片机的定时或计数应用中，要注意定时器方式寄存器TMOD的GATE位一定要设置为0。 、由INT0控制的情况 要能用INT0来控制定时器/计数器的运行，TR0和GATE均应设置为1。这种情况可用于测量外部信号的脉冲宽度。,例5.1设单片机晶振频率为6MHZ，使用定时器1以方式0 产生周期为500s的等宽正方波连续脉冲，并由P1.0输出。以查询方式完成。 解：计算计数初值 欲产生500s的等宽正方波脉冲，只需在P1.0端以250s为周期交替输出高低电平即可实现，为此定时时间应为250s。使用6MHZ晶振，则一个机器周期为2s。方式0为13位计数结构。设待求的计数初值为X，则 （ 213X）210-6=25010-6 求解得：X=8067。二进制数表示为0001111110000011B。十六进制（按方式0的13位11111100XXX00011）表示得：高8位为0FCH，低5位为03H,。,、相关控制寄存器的设定 TMOD各位的设定。设定方式0：M1M0=00；实现定时：C/T=0；定时应用：GATE=0。 TCON（地址：88H）是可以位寻址的，又因与该题有关的位只有TR1，故这里采用位寻址方式，用设置TR1 =1来启动定时器T1，TR1 =0来停止定时器T1。 IE 题目要求采用查询方式，当定时时间到定时器溢出标志位TF1置1时，不允许产生中断，故应禁止中断，即置IE=00H。,、参考程序：,ANL TMOD，#0FH ；设置T1为定时工作方式0 ORL TMOD，#00H ；且不影响T0的工作 MOV TH1，#0FCH ；置计数初值 MOV TL1，#03H MOV IE，#00H ；禁止中断 LOOP：SETB TR1 ；启动定时器 JBC TF1，LOOP1 ；查询计数溢出 AJMP LOOP LOOP1：MOV TH1，#0FCH ；重新设置计数初值 MOV TL1，#03H CPL P1.0 ；输出取反 AJMP LOOP ；重复循环 END,5.3.2 工作方式 116位定时/计数器,图5-3 方式1等效逻辑结构,在计数工作方式下，计数器的计数值范围是： 20 216 165536 在定时工作方式时，定时时间的计算公式为： 定时时间=（ 65536 -计数初值）晶振周期12 =（ 65536-计数初值）机器周期 计数初值=65536- 定时时间 / 机器周器 =2n-定时时间 / 机器周期 如果单片机的晶振选为6.000MHz，则最长定时时间为： (655360)1/610-612=13107210-6(s)=131072(us)。,例2.2设单片机晶振频率为6MHZ，要求使用定时器0 工作方式1产生周期为500s的等宽正脉冲，并在P1.0端输出。试编写采用中断方式完成的相关程序。 解：、计算计数初值 （216-X）1/610-612=25010-6 X=65411=FF83H，即可得：TH0=0FFH，TL0=83H 、设置各相关控制寄存器 TMOD应设置为XXXX0001B；IE和TCON均采用位寻址方式。,参考程序： ORG 0000H START： AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INTER ORG 0100H MAIN： ANL TMOD，#0F0H ；置定时器0工作方式1 ORL TMOD，#01H MOV TH0，#0FFH ；设置计数初值 MOV TL0，#83H SETB EA ；CPU开中断 SETB ET0 ；定时器0开中断 SETB TR0 ；启动定时器0 SJMP ；等待中断 INTER： MOV TH0，#0FF ；重新设置计数初值 MOV TL0， #83H CPL P1.0 ；输出取反 RETI ；中断返回 END,2.3.3 工作方式 28位循环计数,图2-4 方式2等效逻辑结构,方式2与方式0、1的区别： 工作方式0和工作方式1的最大特点就是计数溢出后，计数器为全0，因而循环定时或循环计数应用时就存在反复设置初值的问题，这给程序设计带来许多不便，同时也会影响计时精度。 工作方式2就具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也有的文献称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，16位计数器分为两部分，即以TL0为计数器，以TH0作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0和方式1那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL0重新加载。 方式2在串口通讯时，常用作波特率发生器。,例2.3已知晶振频率fosc=6MHz，要求使用定时器0以工作方式2产生100s定时，在P1.0输出周期为200s的连续正方波脉冲。试编写相关程序。 解：、计算计数初值 在6MHZ晶振下，一个机器周期为2s，假设计数初值为X，则： （28-X）210-6=10010-6 求解得： X=206=0CEH 、各有关控制寄存器的设置 IE和TCON均采用位寻址方式，即分别将应位置“1”或“0”。 TMOD的设置：定时器/计数器0为方式2，M1M0=10；为实现定时功能C/T应设置为0；为允许定时器/计数器0能通过TR0进行运行控制，须使GATE=0；定时器/计数器1不用，通常应不改变其参数，故应将其屏蔽起来,、参考程序（查询方式）,ANL TMOD，#0F0H ；设置定时器0 ORL TMOD，#02H ；为工作方式2 MOV TH0，#0CEH ；设置计数初值 MOV，TL0，#0CEH MOV IE，#00H ；禁止中断 SETB TR0 ；启动定时 LOOP：JBC TF0，LOOP1 ；查询计数溢出 AJMP LOOP LOOP1：CPL P1.0 ；输出方波，初值自动装入 AJMP LOOP,、参考程序（中断方式） 主程序： ANL TMOD，#0F0H ORL TMOD，#02H MOV TH0， #0CEH MOV TL0， #0CEH SETB EA ；CPU开中断 SETB ET0 ；定时器0开中断 SETB TR0 ；启动定时 SJMP ；等待中断 中断服务程序： CLP P1.0 RETI,5.3.4 工作方式 3 双8位定时方式,图5-5 方式3等效逻辑结构,前三种工作方式，对两个定时器/计数器的设置和使用是完全相同的。但是在工作方式3下，两个定时器/计数器的设置和使用却是不同的。 1、工作方式3下的定时器/计数器0 在工作方式3下，定时器/计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以用作计数，又可以用作定时，定时器/计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0和方式1完全相同，而且逻辑电路结构也极其类似，如图513a所示。 定时器/计数器0的高8位TH0，则只能作为简单的定时器使用。而且由于定时器/计数器0的控制位已被TL0占用，因此只好借用定时器/计数器1的控制位TR1和TF1。即以计数溢出去置位TF1，而定时的启动和停止则由TR1的状态控制。 在工作方式3下，定时器/计数器0可以构成两个定时器或一个定时器一个计数器。,2、在定时器/计数器0 设置为工作方式3时的定时器/计数器1 定时器/计数器1不能工作于方式3，只能工作于方式0、方式1或方式2。且在定时器/计数器0已工作于方式3时，定时器/计数器1通常用作串行口的波特率发生器，以确定串行通信的速率。因为已没有计数溢出标志位TF1可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口，如图5 14所示。 当作为波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，便可自动运行。如要停止工作，只需送入一个把它设置为方式3的方式控制字就可以了。,5.4 定时/计数器的一般编程步骤,首先必须对定时计数器进行初始化，然后再开启定时或计数。简单的总结一下，定时器/计数器的初始化包括以下内容。 （1）确定工作方式对TMOD赋值； 如： MOV TMOD, #06H指令，设定T0为计数器工作方式。 （2）预置定时计数器中计数的初值直接写入TH和TL；如 MOV TH0,#00H 两条指令，设定计数初值。 MOV TL0,#00H （3）开放定时器/计数器的中断对IE位赋值； （4）启动定时器/计数器。如：SETB TR0 （5）计数初值的计算方法 N=8192- 定时时间 / 机器周器 =2n-定时时间 / 机器周期 n视工作方式不同而不同。方式0, n=13, 最多计数 脉冲是8192个。方式1, n=16, 最多计数脉冲是65536个。方式2和方式3 ,n=8, 最多计数脉冲是256个。,5.5 定时/计数器的应用举例,【例5 .4】: 单片机 对按键次数（99次）进行计数，并在发 光二极管上实时显示。,图5-6 例5.4的硬件电路图,任务描述：用手按动按键S3，每按键一次S3引脚上出现一个负脉冲，单片机计数一次，并实时将按键次数以BCD码方式，在发光二极管上面显示。,图5-7 【例5 .4】流程图,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#06H ；外部计数方式2 MOV TH0,#00H ；设定计数初值 MOV TL0,#00H ； SE