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单片机内部资源简介,MCS-51单片机的基本组成,P0口,下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、 两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。 P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。,三态缓冲器,与门,多路开关,一、P0口作为一般I/O口使用,1) P口用作输出口时 CPU发出控制电平“0”（即：硬件自动使“控制” =0）封锁“与门”，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器的输出端 Q与场效应管T2栅极接通。,2) P0口用作输入口时,输入时-分读引脚或读锁存器。 读引脚：由传送指令(MOV)实现。 下面的缓冲器2用于读端口引脚数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把三态缓冲器2打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。,第1步：输入时，先向锁存器“写”1。指令为：SETB P0.n 或： MOV P0，#0FFH,1,1,0,0,T2截止,第2步：引脚信号,“读引脚”信号有效，缓冲器2打开, P0口用作输入口时, 输入时-分读引脚或读锁存器 读锁存器：有些指令 如：ANL P0，A 称为“读-修改-写” 指令， 需要读锁存器。 缓冲器1用于读端口锁存器数据。,原因：,如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值 为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直 接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。 现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就 为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生 的错误。,准双向口,从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动FET并接 在引脚上，如果T2导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产 生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写 “1”，使T2截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就 是所谓的准双向口。,二、 P0口作为地址/数据总线使用,在系统扩展时，P0端口作为地址/数据总线使用时。 执行“MOVX”指令或 EA =0 时执行“MOVC”指令时，内部硬件自动使“控制” =1。,P0口用作输出地址/数据总线。, P0引脚输出地址/输入数据,输入信号是从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。 此时，CPU自动使MUX向下，并向P0口写“1”，“读引脚”控制 信号有效，下面的缓冲器打开，外部数据读入内部总线。,P1口,它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。,P2口,1)P2口作为普通I/O口 CPU发出控制电平“0” ，使多路开关MUX倒向锁存器输出Q端，构成一个准双 向口。其功能与P1相同。,P2口,2）P2口作为地址总线 在系统扩展片外程序存储器扩展数据存储器且容量超过256B (用MOVX DPTR指令)时，CPU发出控制电平“1”，使多路开关 MUX倒向内部地址线。此时，P2输出高8位地址。,P3口,P3口是多功能端口。 一、作通用I/O口用：输出：当W=1时（由内部硬件自动置W为高电平），输出Q端的信号（即输出内部数据）,输入时：先向端口写“1”，即锁存器Q端为“1”。,P3口,P3口的第二功能,P3口,二、P3口作为第二功能(内部硬件自动使Q=1) 此时引脚部分输入(Q=1、W=1) 。,例如：P3.0作为串行口输入,P3口,P3口作为第二功能(Q=1) 部分输出(Q=1、W 输出) 。,例如：P3.1作为串行口输出,端口的负载能力和接口要求,P0口的输出级无上拉电阻。当输出要去驱动NMOS（N沟道增强型场效应管）等负载时，需外接上拉电阻，这时才有高电平输出；作为输入用时，需向端口写“1”；作为地址/数据总线用时，无需外接上拉电阻。 P0口的每一位口线可驱动8个LS型TTL负载。,1. P0口,2. P1P3口 P1P3口都是准双向口，作为输入用时，必须向相应的端口写“1”； P1P3口内部有上拉电阻，其每一位口线可驱动4个LS型TTL负载。,补充,“灌电流”与“拉电流”,“灌电流”,“灌电流”与“拉电流”,“拉电流”,P0口的驱动能力较大，当其输出高电平时，可提供400A的电流（“拉电流”）；当其输出低电平（0.45V）时，则可提供3mA左右的“灌电流”。 P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供的电流只有P0口的一半。 所以，任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。 P1、P3口的驱动能力有限，在低电平输出时，一般也只能提供不到2mA的“灌电流”。,定时/计数器接口,一、定时/计数器的主要特性,1）STC89C52RC单片机三个16位的可编程定时/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器T1以及定时/计数器T2。 2）每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。 3）每个定时/计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。 4）每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。,二、 定时/计数器T0、T1的结构及工作原理,三、定时/计数器的方式和控制寄存器,1、定时/计数器的方式寄存器TMOD,2、定时/计数器的控制寄存器TCON,IE1: 外部边沿触发中断1请求标志，其功能和操作类似于TF0。 IT1: 外部中断1类型控制位，通过软件设置或清除，用于控制外中断的触发信号类型。IT1=1，边沿触发。IT=0是电平触发。 IE0: 外部边沿触发中断0请求标志，其功能和操作类似于IE1。 IT0: 外部中断0类型控制位，通过软件设置或清除，用于控制外中断的触发信号类型。其功能和操作类似于IE1。,必须注意：在不同外部中断触发方式下，标志清除方法不一样。,四、 定时/计数器的工作方式,1、方式0（13位）,3、方式2（8位自动装载）,2、方式1（16位）,方式1的结构与方式0结构相同，只是把13位变成16位， 16位的加法计数器被全部用上。,4、方式3（分成两个8位定时器/计数器）,五、定时/计数器的初始化编程及应用,1、定时/计数器的编程,单片机定时/计数器初始化过程如下： 1）根据要求选择方式，确定方式控制字，写入方式控制寄存器TMOD。 2）根据要求计算定时/计数器的计数值，再由计数值求得初值，写入初值寄存器。 3）根据需要开放定时/计数器中断（后面须编写中断服务程序）。 4）设置定时/计数器控制寄存器TCON的值，启动定时/计数器开始工作。 5）等待定时/计数时间到，到则执行中断服务程序；如用查询处理则编写查询程序判断溢出标志，溢出标志等于1，则进行相应处理。,2、定时/计数器的应用,通常利用定时/计数器来产生周期性的波形。利用定时/计数器产生周期性波形的基本思想是：利用定时/计数器产生周期性的定时，定时时间到则对输出端进行相应的处理。如产生周期性的方波只须定时时间到对输出端取反一次即可。,【例1】 设系统时钟频率为12MHZ，用定时/计数器T0编程实现从P1.0输出周期为500s的方波。 分析：从P1.0输出周期为500s的方波，只须P1.0每250s取反一次则可。当系统时钟为12MHZ，定时/计数器T0工作于方式2时，最大的定时时间为256s，满足250s的定时要求，方式控制字应设定为00000010B（02H）。系统时钟为12MHZ，定时250s，计数值N为250，初值X=256-250=6，则TH0=TL0=06H。,C语言程序： # include /包含特殊功能寄存器库 sbit P1_0=P10; void main() TMOD=0x02; TH0=0x06; TL0=0x06; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /中断服务程序 P1_0=!P1_0; ,(1)采用中断处理方式的程序：,（2）采用查询方式处理的程序,# include /包含特殊功能寄存器库 sbit P1_0=P10; void main() char i; TMOD=0x02; TH0=0x06; TL0=0x06; TR0=1; for(;) if (TF0) TF0=0; P1_0=! P1_0; /查询计数溢出 ,如果定时时间大于65536s，这时用一个定时/计数器直接处理不能实现，这时可用两个定时/计数器共同处理或一个定时/计数器配合软件计数方式处理。,【例2】设系统时钟频率为12MHZ，编程实现从P1.1输出周期为1s的方波。 根据例5-2的处理过程，这时应产生500ms的周期性的定时，定时到则对P1.1取反就可实现。由于定时时间较长，一个定时/计数器不能直接实现，可用定时/计数器T0产生周期性为10ms的定时，然后用一个寄存器R2对10ms计数50次实现。系统时钟为12MHZ，定时/计数器T0定时10ms，计数值N为10000，只能选方式1，方式控制字为00000001B（01H），初值X： X=65536-10000=55536=1101 1000 1111 0000B 则TH0=11011000B=D8H，TL0=11110000B=F0H。,# include /包含特殊功能寄存器库 sbit P1_1=P11; char i; void main() TMOD=0x01; TH0=0xD8; TL0=0xf0; EA=1; ET0=1; i=0; TR0=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /中断服务程序 TH0=0xD8; TL0=0xf0; i+; if (i= =50) P1_1=! P1_1;i=0; ,（1）用寄存器R2作计数器软件计数，中断处理方式。,（2） 用定时/计数器T1计数实现，定时/计数器T1工作于计数方式时，计数脉冲通过T1（P3.5）输入，设定时/计数器T0定时时间到对T1（P3.5）取反一次，则T1（P3.5）每20ms产生一个计数脉冲，那么定时500ms只须计数25次，设定时/计数器T1工作于方式2，初值X=256-25=231= 11100111B=E7H，TH1=TL1=E7H。因为定时/计数器T0工作于方式1，定时，则这时方式控制字为01100001B（61H）。定时/计数器T0和T1都采用中断方式工作。,C语言程序如下： # include /包含特殊功能寄存器库 sbit P1_1=P11; sbit P3_5=P35; void main(), TMOD=0x61;/T1为8位自动装载计数器 TH0=0xD8; TL0=0xf0; TH1=0xE7; /计数25次 TL1=0xE7; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1; TR1=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /T0中断服务程序 TH0=0xD8; TL0=0xf0; P3_5=!P3_5; void time1_int(void) interrupt 3 /T1中断服务程序 P1_1=! P1_1; ,【例3】采用10MHZ晶振，在P1.0输出周期为2.5s，占空比为20%的脉冲信号。 解 对于10MHZ晶振，使定时器最大的定时为几十ms,取10ms定时，则周期2.5s需250次中断，占空比为20%，高电平应为50次中断。 晶振10MHZ，机器周期=12/10000000. 10ms定时，定时器需计数100000/12=8333. 程序如下：,#include #define uchar unsigned char uchar i,time; uchar period=250; uchar high=50;,main () TMOD=0x01; TH0=(65536-8333)/256; TL0=(65536-8333)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; do while (1); ,timer0() interrupt 1 using 1 TH0=(65536-8333)/256; TL0=(65536-8333)%256; if (+time=high) P1=0; else if(time=period) time=0; P1=1; ,一、单片机串行口功能与结构,1、功能,51单片机具有一个全双工的串行异步通信接口，可以同时发送、接收数据，发送、接收数据可通过查询或中断方式处理，使用十分灵活,串行接口,它有四种工作方式，分别是方式0、方式1、方式2和方式3。其中： 方式0，称为同步移位寄存器方式，一般用于外接移位寄存器芯片扩展I/O接口。 方式1，8位的异步通信方式，通常用于双机通信。 方式2和方式3，9位的异步通信方式，通常用于多机通信。,2、结构,51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。,3、单片机如何能收、发数据？,4、串行口控制寄存器SCON,5、电源控制寄存器PCON,当SMOD位为1，则串行口方式1、方式2、方式3的波特率加倍。,二、串行口的工作方式,1、方式0,方式0通常用来外接移位寄存器，用作扩展I/O口。方式0工作时波特率固定为：fosc /12。工作时，串行数据通过RXD输入和输出，同步时钟通过TXD输出。发送和接收数据时低位在前，高位在后，长度为8位。,2、方式1,方式1为8位异步通信方式，在方式1下，一帧信息为10位：1位起始位（0），8位数据位（低位在前）和1位停止位（1）。TXD发送数据端，RXD为接收数据端。波特率可变，由定时/计数器T1的溢出率和电源控制寄存器PCON中的SMOD位决定。 即：波特率=2SMOD（T1的溢出率）/32。,3、方式2和方式3,方式2和方式3时都为9位异步通信接口，接收和发送一帧信息长度为11位，即1个低电平的起始位，9位数据位，1个高电平的停止位。发送的第9位数据放于TB8中，接收的第9位数据放于RB8中。TXD为发送数据端，RXD为接收数据端。方式2和方式3的区别在于波特率不一样，其中方式2的波特率只有两种：fosc/32或fosc/64，方式3的波特率与方式1的波特率相同，由定时/计数器T1的溢出率和电源控制寄存器PCON中的SMOD位决定，即： 波特率=2SMOD（T1的溢出率）/32。,【异步通信】在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位 。,【同步通信】发送器和接收器由同一个时钟源控制， 同步传输方式去掉了起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。,【单工方式】 数据仅按一个固定方向传送。,【半双工方式】 数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。,【全双工方式】 允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。,三、串行口的编程及应用,1、串行口的初始化编程,1）串行口控制寄存器SCON位的确定。,根据工作方式确定SM0、SM1位；对于方式2和方式3还要确定SM2位；如果是接收端，则置允许接收位REN为1；如果方式2和方式3发送数据，则应将发送数据的第9位写入TB8中。,2）设置波特率。,对于方式0，不需要对波特率进行设置。 对于方式2，设置波特率仅须对PCON中的SMOD位进行设置。,对于方式1和方式3，设置波特率不仅须对PCON中的SMOD位进行设置，还要对定时/计数器T1进行设置，这时定时/计数器T1一般工作于方式28位可重置方式，初值可由下面公式求得： 由于： 波特率=2SMOD（T1的溢出率）/32 则： T1的溢出率=波特率32/2SMOD 而T1工作于方式2的溢出率又可由下式表示： T1的溢出率=fosc/（12（256-初值） 所以： T1的初值=256 - fosc2SMOD /（12波特率32）,2、串行口的应用,通常用于三种情况：利用方式0扩展并行I/O口；利用方式1实现点对点的双机通信；利用方式2或方式3实现多机通信。,利用方式1实现点对点的双机通信 要实现甲与乙两台单片机点对点的双机通信，线路只须将甲机的TXD与乙机的RXD相连，将甲机的RXD与乙机的TXD相连，地线与地线相连。软件方面选择相同的工作方式，设相同的波特率即可实现。,用C语言编程实现双机通信。,甲、乙两机都选择方式1：8位异步通信方式，最高位用作奇偶校验，波特率为1200bps，甲机发送，乙机接收，因此甲机的串口控制字为40H，乙机的串口控制字为50H。 由于选择的是方式1，波特率由定时/计数器T1的溢出率和电源控制寄存器PCON中的SMOD位决定。则须对定时/计数器T1初始化。 设SMOD=0，甲、乙两机的振荡频率为12MHZ，由于波特率为1200。定时/计数器T1选择为方式2，则初值为： 初值=256 - fosc2SMOD /（12波特率32） =256-12000000/（12120032）230=E6H 根据要求定时/计数器T1的方式控制字为20H。,为了保持通信的畅通与准确，在通信中双作了如下约定。通信开始时，甲机首先发送一个信号AA，乙机接收到后回答一个信号BB，表示同意接收。甲机收到BB后，就可以发送数据了，假定发送10个字符，数据缓冲区为buf，数据发送完后发送一个校验和。乙机接收到数据后，存入乙机的数据缓冲区buf中，并用接收的数据产生校验和与接收的校验和相比较，如相同，乙机发送00H，回答接收正确，如不同，则发送0FFH，请求甲机重发。由于甲、乙两机都要发送和接收信息，所以甲、乙两机的串口控制寄存器的REN位都应设为1，方式控制字都为50H。,甲机的发送程序： #include unsigned char idata buf10; unsigned char pf; void main(void) unsigned char i; TMOD=0x20; /串行口初始化 TL1=0xe6; TH1=0xe6; PCON=0x00; TR1=1; SCON=0x50; do SBUF=0xaa; /发送联络信号 while (TI= =0); TI=0; while (RI= =0); /等待乙机回答 RI=0; while (SBUF0xbb)!=0); /乙未准备好；继续联络,do pf=0; for (i=0;i10;i+) SBUF=bufi; /发送一个数据 pf+=bufi; /求校验和 while (TI= =0); TI=0; SBUF=pf; /发送校验和 while (TI= =0); TI=0; while (RI= =0); /等待乙机应答 RI=0; while (SBUF!=0); /应答出错，则重发 ,乙机接收程序： #include unsigned char idata buf10; unsigned char pf; void main(void) unsigned char i; TMOD=0x20; /串行口初始化 TL1=0xe6; TH1=0xe6; PCON=0x00; TR1=1; SCON=0x50; do while (RI= =0); RI=0; while (SBUF0xaa!=0)； /判甲机是否请求 SBUF=0xbb; /发应答信号 while (TI= =0); TI=0;,while (1) pf=0; for (i=0;i10;i+) while (RI= =0); RI=0; bufi=SBUF; /接收一个数据 pf+=bufi; /求校验和 while (RI= =0); /接收甲机发送的校验和 RI=0; if (SBUFpf)= =0) /比较校验和 SBUF=0x00;break; /校验和相同发“0x00” else SBUF=0xff; /校验和不同发“0xff”,重新接收 while (TI= =0); TI=0; ,中断系统,一、 中断的基本概念,1中断源及中断请求,2中断优先权控制,3中断允许与中断屏蔽,4中断响应与中断返回,二、 51单片机的中断系统,1、中断源,1）外部中断,和,2）定时/计数器T0和T1中断,当定时/计数器T0（或T1）溢出时，由硬件置TF0（或TF1）为“1”，向CPU发送中断请求，当CPU响应中断后，将由硬件自动清除TF0（或TF1）。,3）串行口中断,51单片机的串行口中断源对应两个中断标志位：串行口发送中断标志位TI和串行口接收中断标志位RI。无论哪个标志位置“1”，都请求串行口中断，到底是发送中断TI还是接收中断RI，只有在中断服务程序中通过指令查询来判断。串行口中断响应后，不能由硬件自动清“0”，必须由软件对TI或RI清“0”。,2、中断允许控制,3、优先权控制,外部中断0 定时/计数器T0中断 外部中断1 定时/计数器T1中断 串行口中断 定时/计数器T2中断,4、51单片机中断系统的逻辑结构,各中断服务程序的入口地址见表,三、MCS-51中断系统的应用,【例】某工业监控系统，具有温度、压力、PH值等多路监控功能，中断源的连接如图5.26所示。对于PH值，在小于7时向CPU申请中断，CPU响应中断后使P3.0引脚输出高电平，经驱动，使加碱管道电磁阀接通1秒钟，以调整PH值。,系统监控通过外中断INT0来实现，这里就涉及多个中断源的处理，处理时往往通过中断加查询的方法来实现。多个中断源通过“线或”接于 INT0上。那么无论哪个中断源提出请求，系统都会响应中断，响应后，进入中断服务程序，在中断服务程序中通过对P1口线的逐一检测来确定哪