mcs-51单片机内部接口电路

MCS-51单片机内部接口电路4.程序设计的基本技术接口基本概念1中断与中断系统2定时 /计数器3并行输入输出接口4UART串行输入输出接口5串行通信6第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1 接口基本概念接口电路的功能接口控制原理串行接口并行接口第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.1 接口电路的功能接口电路是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备之间协调动作的 控制电路 。简单的说，接口电路是在两个电路或设备之间，使两者动作相配合的 连接电路 。接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给微处理器，微处理器对数据进行适当加工，再通过接口电路传回外部设备。 地址译码 数据缓存 信息转换 提供命令译码和状态信息 定时和控制第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.2 接口控制原理1.数据传送方式Ø 并行数据传送并行数据的每一位都对应独立的传输线路速度快 线路多 只适用于较短距离的数据传送Ø 串行数据传送串行数据是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式单向传送只需一根数据线、一个信号线和一根应答线即可（多微机通信时，我们可以自定义 3线通信机制）。远距离传输比并行经济，但控制较为复杂第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.2 接口控制原理2.传送控制方式Ø 查询方式中央处理器随时询问接口，数据传送完否或数据准备好否。 （费时）Ø 中断方式中断方式下，接口在数据发送数据完毕或接收数据准备好时再通知中央处理器，中央处理器再发送或接收数据 。（效率高）Ø DMA方式 （ Direct Memory Access ）即数据不经过中央处理器在存储器和外设之间直接传送的操作方式。 适合大量数据传送，控制复杂。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.3 串行接口1. 通用异步接收器和发送器 UARTUART是一个能异步传输的数据总线。TXD：发送数据线RXD：接收数据线Ø 接收和发送可以单独进行，也可以同时进行。Ø 格式严格：每个数据以相同的位串形式传输。Ø 每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位组成。Ø 从起始到停止位结束时间称为一帧 (frame)。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.3 串行接口UART格式 起始位： 在通信线上没有数据被传送时处于逻辑 1状态，当要发送数据时，首先发出一个逻辑 0信号，这个逻辑 0信号就是起始位。 数据位： 起始位后位。数据位的个数可以是 59位，MSC-51中常采用 8位或 9位数据传送，从最低有效位开始发送。 奇偶校验位： 检测有限差错。偶校验：组成数据位和奇偶位的逻辑 1个数必 须是偶数。奇校验：逻辑 1的个数必须是奇数。 停止位： 停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、 1.5位或 2位的逻辑 1。停止位后，通信线又恢复逻辑 1状态。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.3 串行接口UART格式波特率异步通信传输的所有位信号必须保持一致的信号持续时间。每一位的宽度由数据的传输速度决定。波特率：每秒传输多少个二进制位波特率 = 1/信号持续时间接收设备和发射设备需要保持相同的传送波特率。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.3 串行接口2. 串行外设接口 SPI4线全双工串行总线，可以有多个主器件，支持在同一总线上将多个从器件连接到一个主器件。 MOSI： 主从输入线，当 SPI作为主器件时，该信号是输出，当 SPI作为从器件时，该信号是输入。传输时，高位在前，低位在后。 MISO： 主从输出线，当 SPI作为主器件时，该信号是输入，当 SPI作为从器件时，该信号是输出。当 SPI未被选中时， MISO为高阻态。 SCK： 串行时钟线。主器件产生并输出，作为从器件的输入，用于同步主器件和从器件之间的在 MOSI和MISO线上的串行数据传输。 NSS： 从选择线。主器件用它来选择处于从方式的SPI器件。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路n SPI串行总线在 MCS-51系列单片机中的实现第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.3 串行接口3. I2C总线双线的半双工串行总线，可以有多个主器件，支持在同一总线上将多个从器件连接到一个主器件。 I2C是一个双线的双向串行总线。 I2C上可以有多个主器件，并允许一个主器件同时访问多个从器件。 两种数据的传输，都由主器件启动，并提供时钟。 2个信号：时钟线： SCL,数据线： SDA. I2C传输一次数据包括一个起始命令 START、一个地址字节、一个或多个数据字节和一个停止命令 STOP。 每个地址字节和每个数据字节后面都跟随一个来自接收器的确认位 ACKNOWLEDGE。 地址字节包括一个 7位的地址和一个方向位 R/W(最低位， 1为读操作， 0为写 ). 第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路n 应用第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.1.4 并行接口第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2 中断与中断系统中断和中断处理过程MCS-51中断系统中断扩展第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.1 中断和中断处理过程1. 中断的概念CPU在 处 理某一事件 A时 ， 发 生了另一事件 B请求 CPU迅速去 处 理 (中断 发 生 )；CPU暂时 中断当前的工作， 转 去 处 理事件 B(中断响 应 和中断服 务 )；待 CPU将事件 B处 理完 毕 后，再回到原来事件 A被中断的地方 继续处 理事件 A(中断返回 )， 这 一 过 程称 为 中断 。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.1 中断和中断处理过程执行主程序继续执行主程序断点中断请求中断响应执行中断处理程序中断返回主程序第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.1 中断和中断处理过程2. 中断系统的功能1. 能 实现 中断 并 返回中断 ；判断 响应 保护断点和现场 中断服务 恢复现场 返回2. 能 实现 中断 优 先 级 ；3. 能 实现 中断嵌套 (高 中断 低 )；第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.1 中断和中断处理过程4. 中断的处理过程关闭中断 保存断点 转入中断服务子程序恢复现场 中断服务 保护现场打开中断 中断返回硬件完成第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统1. 特点p 5个 中断源， 3个 在片内， 2个 在片外 ;p 固定的 中断入口地址；p 两级 中断优先级，可以形成 嵌套 ；p 通过 SFR进行中断 控制 和设置 编程 。第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统2. 中断源p 外部中断 (2个 )外部中断 0和外部中断 1p 定时 /计数器中断 (2个 )定时 /计数器中断 0和定时 /计数器中断 1p 串行口中断 (1个 )第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统3. 中断控制 (寄存器 )p 定时器控制寄存器 -TCONp 串行口控制寄存器 -SCONp 中断允许寄存器 -IEp 中断优先级寄存器 -IP第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统定时器控制寄存器 -TCONTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0定时器溢出 中断请求标志1：有请求0：无请求外部中断请求标志1：有请求0：无请求外部中断 触发方式 控制位1：边沿触发0：电平触发T1、 T0的运行控制位标志1：启动定时器 T1、 T0工作0：停止定时器 T1、 T0工作 第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统串行口控制寄存器 -SCONSM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI串行口的发送中断标志串行口接收中断标志第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统中断允许寄存器 IEEA NA NA ES ET1 EX1 ET0 EX0串行口中断控制位定时器 1中断 控制位外中断 1中断 控制位定时器 0中断 控制位外中断 0中断 控制位全局中断控制位说明：复位后 IE被清 0，禁止一切中断 第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统中断优先级寄存器 -IPNA NA NA PS PT1 PX1 PT0 PX0串行口中断优先级控制位定时器 1中断 优先级控制位外中断 1中断 优先级控制位定时器 0中断 优先级控制位外中断 0中断 优先级控制位1：对应的中断声明为高优先级，0：对应的中断定义为低优先级中断第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统4. 中断响应Ø 同级或高优先级的中断已在进行中 ;Ø 当前的机器周期还不是正在执行指令的最后一个机器周期 (换言之 , 正在执行的指令完成前 , 任何中断请求都得不到响应 );Ø 正在执行的是一条 RETI或者访问特殊功能寄存器 IE或 IP的指令 (换言之 , 在 RETI或读写 IE或 IP之后 , 不会马上响应中断请求 , 而至少执行一条其它指令之后才会响应 )。(1) 中断 不 响应的条件第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统单片机一旦响应中断请求 , 就由 硬件 完成以下功能 : Ø 根据响应的中断源的中断优先级，使相应的优先级状态触发器置 1； Ø 执行硬件中断服务子程序调用，并把当前程序计数器 PC的内容压入堆栈；Ø 把被响应的中断源所对应的中断服务程序的入口地址 (中断矢量 )送入 PC， 从而转入相应的中断服务程序。Ø关中断允许位 EA;Ø 响应中断程序处理后，清除相应的中断请求标志位 (串行口中断请求标志 RI和 TI除外 )；(2) 中断响应过程第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路4.2.2 MCS-51单片机中断系统(3) 中断服务程序入口地址表中断源 入口地址外部中断 0 0003H定 时 器 0 000BH外部中断 1 0013H定 时 器 1 001BH串行口 0023H第四章第四章 MCS-51单片机内部接口电路单片机内部接口电路