单片机课件第二章单片机系统

2 4定时器 计数器 定时器 计数器是单片机系统中的重要部件 在检测 控制及智能仪器等应用中 常用定时器作实时时钟 实现定时检测 定时控制 还可用定时器产生毫秒宽的脉冲 驱动步进电机一类的电气机械 计数器主要用于外部事件的计数 51子系列 2个16位C T T0 T152子系列 3个16位C T T0 T1 T2 一 定时器 计数器0 1的结构 P52图2 9 组成 加法计数器T0 TH0 TL0T1 TH1 TL1SFR TMOD方式控制寄存器控制工作方式TCON控制寄存器控制T0 T1的运行含T0 T1的溢出标志和INT0 INT1的中断申请标志 通过对TH0 TL0 TH1 TL1的初始化编程 控制计数初值 对TMOD TCON的初始化编程 选择工作方式和控制T0 T1计数 定时器 计数器方式控制寄存器TMOD 89H T1T0 M1M0工作方式选择 0013位C T0116位C T10常数自动装入的8位C T11分为2个8位C T 仅适用于T0 C T定时 计数选择 0定时 计数信号Tcy fosc的12分频 1计数 T1脚 P3 5 输入脉冲计数 GATE选通控制门 1受外部电平控制INT1 0时 封锁T10不受INT1的控制 定时器 计数器控制寄存器TCON 88H TR1 TR0 运行控制 软件设置 GATE 0GATE 11启动T1计数TR1 INT1 1启动0禁止T1计数TR1 INT1 0禁止 TF1 TF0 溢出中断标志1T1溢出 请求中断0中断请求已清除 也可由程序置位和清零 软件中断 二 定时器 计数器0 的四种工作方式 工作方式 P54图2 10 M1M0 0013位C T 由TH8位和TL低5位构成T1计数的启动与停止受B点信号的控制 GATE 0 A 1 B TR11 闭合电子开关 允许计数0 断开电子开关 禁止计数GATE 1 A INT1 B TR1 INT1 1 闭合 计数值 N 213 XX是TH1 TL1初值定时时间 T 213 X Tcy 8192 Tcy最大定时时间 T 213 Tcy 8192 Tcy 若 Fosc 12MHZ 则Tcy 1us Tmax 8192us 8 192msFosc 6MHZ 则Tcy 2us Tmax 16 38ms 例 应用T0产生1ms定时 并使P1 0输出周期为2ms的方波 设晶振为6MHZ 1 求计数初值X TH0 TL0初值计算 因为fosc 6MHZ 所以Tcy 2us 6 106 2 10 6s 2us 213 X 2 10 6 10 3X 7692 1111000001100 B TH0 F0H TL0 0CH2 方式字TMOD TMOD 00H 3 程序 用查询TF0的状态来控制P1 0的输出 在P1 0端得到周期为2ms的方波 START MOVTMOD 00H 不必MOVTL0 0CH 置初值MOVTH0 0F0HSETBTR0 启动T0计数LOOP JBCTF0 PTF0AJMPLOOPPTF0 MOVTL0 0CHMOVTH0 0F0HCPLP1 0 P1求反AJMPLOOP 2 工作方式1 P54图2 10 M1M0 0116位C T TH和TL都是8位计数值 N 216 X 65536 X定时时间 T 216 X TcyTmax 216 Tcy 65536 Tcy 例 上例中要求用方式 实现 TH0 TL0初值计算 216 X 2 10 6 10 3X FE0CH所以 TH0 0FEH TL0 0CH TMOD设置 TMOD 01H 程序 工作方式 P56图2 11 M1M0 10常数自动装入的8位C TTL1 8位加法计数器TH1 初值寄存器计数值 N 28 X 256 X定时时间 T 28 X Tcy 256 X Tcy 例 若从T0引脚输入低频负脉冲信号 要求 0每次发生负跳变时 从P1 0输出一个500us的同步脉冲 设fosc 6MHZ T1定时500us T0计数初值FFH T0计数 T1定时 1 TH0 TL0 TH1 TL1初值设定T0 计数方式 使发生负跳变时加 计数溢出 程序查询到TF0 1时启动T1定时 故初值应为FFH T1 定时500us 256 X 2 10 6 500 10 6X 06H所以 TH1 TL1 06H2 TMOD TMOD 26H 3 程序 START MOVTMOD 26HMOVTH1 06HMOVTL1 06HMOVTH0 0FFHMOVTL0 0FFHSETBTR0LOOP1 JBCTF0 PTF01AJMPLOOP1 PTF01 CLRP1 0SETBTR1LOOP2 JBCTF1 PTF02AJMPLOOP2PTF02 SETBP1 0CLRTR1AJMPLOOP1 工作方式 P56图2 12 图2 12定时器 计数器0工作方式3结构图 M1M0 11T0分为两个独立的8位计数器 TL0使用C T GATE TR0 INT0 TF0 可定时 计数TH0使用T1的TR1和TF1只能用作定时 当T0被用作为方式 时 T1可选择方式0 1 2 但由于TR1和TF1被TH0借用 不能产生溢出中断请求 所以只用作串行口的波特率发生器 门控位 的应用 门控位为 时 使定时器的启动计数受外部输入电平的影响 利用这个特性可测试外部输入脉冲的宽度 被脉冲输入INT1 P3 3 T1定时器方式 GATE TMOD 7 程控为1 测试原理如图所示 本例中脉冲高电平时间应小于65535个机器周期 T1从0开始计数 停止T1计数读出T1值 90H TMOD1 TR1 定时器 计数器的飞读 不终止计数 读出数值 核对准确性 三 定时器 计数器 8032 8052 T2可定时 计数 有三种工作方式 16位自动重装载C 捕捉方式 串行口波特率发生器方式 T2结构 P58图2 13 P59图2 14 T2由TH2 TL2 RCAP2H RCAP2L T2CON等电路组成 TH2 TL2 位加法器 RCAP2H RCAP2L 位寄存器 自动装载 初值寄存器 捕捉 T2EX下降沿取TH2 TL2值 一 的工作控制寄存器T2CON TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C T2CP RL2 C T2 功能选择位 定时 计数 TR2 运行控制位 1 启动 计数 禁止 计数 CP RL2 捕捉 重装载标志 TCLK 串口发送时钟标志 决定T2的工作方式 RCLK 串口接收时钟标志 RCLKTCLKCP RL2工作方式 P60表2 9 位重载方式 1 位捕捉方式 X波特率发生器 T2的溢出脉冲作串口发送时钟 X波特率发生器 T2的溢出脉冲作串口接收时钟 X波特率发生器 T2的溢出脉冲作串口发送 接收时钟 TF2 溢出中断标志 捕捉与重装载方式中 溢出时硬件置 申请中断 响应中断后不清除 必须由程序清零 波特率发生器方式 溢出时不置 不会提出中断请求 EXEN2 外部允许标志 EXF2 T2的外部中断标志 当EXEN2 时 捕捉方式 T2EX下降沿时TH2 TL2 RCAPH L EXF2 1 重装载 T2EX下降沿重装初值 EXF2 1 申请中断 中断响应后 EXF2未被硬件清除 必须用程序清零 当EXEN2 0时 T2EX P1 1 引脚上电平变化对T2没有影响 自动重装载工作方式 RCLK 0 TCLK 0 CP RL2 0 自动重装载及捕捉工作方式结构图 P58图2 13 CP RL2 02 4封锁 8打开 A TF21 打开1 3 使T2重装 0 封锁1 3 EXEN2 1经门5 7 8使A 1 打开1 3 使T2提前开始新的计数周期 T2EX 1置EXF2为1 向CPU发出中断请求 TR2 0封锁10 T2停止工作 3 2的捕捉工作方式 RCLK 0 TCLK 0 CP RL2 1 CP RL2 1 A 0封锁1 3 EXEN2 0封锁2 4 RCAP2H RCAP2L不起作用 同T0 T1方式1 C T2 0定时 C T2 1计数 TF2 1中断请求 TH1 TL2初值必须重新设定 EXEN2 1捕捉方式 T2EX打开2 4 将TH2 TL2当前值捕捉到 RCAP2H RCAP2L寄存器 同时置EXF2 1 发出中断请求 波特率发生器工作方式 T2CON中的RCLKK或TCLK被置1 波特率发生方式结构图 P59图2 14 TH2 TL2为16位加法计数器 RCAP2H RCAP2L为16位初值寄存器 C T2 1对T2 P1 0 外部脉冲加法计数 C T2 0对fosc 2脉冲加法计数 计数溢出 打开1 3 重装初值 溢出脉冲是连续产生的周期脉冲 溢出脉冲经16分频后作为串口的发送脉冲或接收脉冲 2 3 RCLK 0T1溢出脉冲作为串口接收波特率 RCLK 1T2溢出脉冲 TCLK 0T1溢出脉冲作为串口发送波特率 TCLK 1T2溢出脉冲 T2处于波特率工作方式时 TF2不置位 不产生中断请求 EXEN2 1时 也不会发生重装载或捕捉的操作 可利用EXEN2 1得到一个附加的外部中断 T2EX 外部中断输入脚 EXEN2 0禁止中断 EXEN2 1允许中断 当T2EN时 EXF2 1 向CPU申请中断 EXEN2 注意 在波特率发生器工作方式下 若T2正在工作 则CPU不能访问TH2 TL2 对于RCAP2H RCAP2L 只能读入 不能改写 60 表2 10T2的各种工作状态 2 5并行输入输出接口 P60 I O接口电路的功能 数据锁存 由于外围设备与计算机工作速度不同 在数据传递过程中会出现等待 因此I O口设有锁存器 将数据存入暂存 待计算机适时读取 信息转换 a 并行 串行转换 b A D D A转换 电平转换 转换成TTL电平 地址译码 每个外设都应有一地址 译码器根据地址找到指定的设备 缓冲 传送联络信息 端口地址 存储器单元与接口电路统一编址 存储器单元与接口电路端口分别编址 数据传送方式 无条件传送方式 查询传送方式 中断传送方式 直接数据通道传送方式 DMA 4 8P0 P1 P2 P3 输出具有锁存功能 输入没有锁存功能 每位都能独立的输入或输出 P0三态双向口P1 P2 P3准双向口 输入方式 口锁存器必须为 1 图2 15P1口1位结构原理图 一 P1口准双向口功能 I O 1 输出MOVP1 data 执行写P1口的指令 若写 1 V1截止 P1 i由内部上拉电阻拉成高电平 输出 1 若写 0 V1导通 P1 i为低电平 输出 0 2 输入MOVA P1 读P1口指令 必须先写 1 使V1截止 P1 i被拉成高电平 也可被外部输入源拉成低电平 3 CPU读P1口的两种情况 读P1口的锁存器状态值 端口操作 读 修改 写 指令 打开三态门2 ANL ORL JBC CPL INC DEC DJNZ 读P1口的引脚 打开三态门1 读P1口的输入状态 MOVA P1 4 8032 8052的P1 0 P1 1具有二重功能 P1 0 T2 P1 1 T2EX 外部控制输入端5 负载能力输出 可驱动4个LSTTL负载 400uA 输入 可被任何TTL电路和MOS电路所驱动 即使是集电极开路电路或漏极开路电路也无需外接上拉电阻 二 P3口准双向 双功能口 功能 1 准双向I O 操作同P1 第二功能输出线为高电平 2 第二功能 输出 口线锁存器必须为 1 此时门3的输出状态由第二功能线确定 P3 i状态取决于第二功能线的电平 输入 RXD INTO INT1 T0 T1经缓冲器4输入 直接进入芯片内部 P3口的每一位都可独立地定义为第一I O功能 或第二I O功能 负载能力同P1 三 P0口 三态双向口 功能 1 I O2 地址 数据总线口功能选择 由多路开关MUX控制 I O 控制信号 0 MUX Q端 V2截止写入 1 V1也截止 P0 i高阻态 外加提升电阻 0 V1导通 输出 0 地址 数据 控制信号 1 MUX 地址 数据端 分时输出外部存储器低8位地址A0 A7和数据 1 V1截止 V2导通 输出 1 0 V1导通 V2截止 输出 0 地址由ALE下降沿锁存 地址信息来自于片内的R0 R1 PCL DPL 8031 8032 P0口只能作为地址 数据总线口用 输出可驱动8个LSTTL电路 四 P2口准双向口 功能 1 I O2 地址总线口 输出8位A8 A15地址 MUX控制同P0口地址信息来源于PCH DPH 8031 8032一般作为地址总线口使用 负载能力 驱动4个LSTTL电路 五 P0 P2口的地址 数据总线功能 P134图4 1 2 6串行输入 输出接口 计算机与外界的信息交换称为通信 并行通信 各位同时传送 通过并行接口实现 口线位数 数据宽度 快 距离 20M 串行通信 数据各位顺序传送 占用口线少 距离远 慢 串行通信速度 数据信号传送率 单位 bit s 单工通信 信息只能单方向传送 半双工 能双向传送 但不能同时进行 全双工 能同时双向传送 双方都有独立的接收器和发送器 只需2根线 P63图2 19 一 基本概念 通信方式 异步通信 起止式同步方式 以字符为单位传送 每个字符加上起始位 0 终止位 1 字符间间隔可变 间隔用 1 填充 实现简单 灵活 速率较低 P64图2 20异步通信格式 同步通信 以数据块为单位传送信息 在数据块前后加同步字符 数据间没有间隔 可连续发送 块与块之间以同步字符填充 1 功能 双机 多机通信 口线 RXD P3 0 TXD P3 1 2 结构 P 66 图2 22 发送缓冲器 只写不读 接收缓冲器 只读不写 发送 接受控制门 发送 接收控制器 输入和移位寄存器 SCON和PCON控制串行口的工作方式以及波特率 T1 T2波特率发生器 改变串行通信的定时 MCS 51串行I O接口的基本工作 发送 将CPU送来的数据转换成一定格式的串行数据 从引脚TXD上按规定波特率逐位输出 接收 监视RXD 一旦出现起始位 0 就将外围设备送来的一定格式的串行数据转换成并行数据 等待CPU读入 二 串行接口的功能与结构 1 串行口控制寄存器SCON 98H SM0SM1串口工作方式选择位00方式0移位寄存器方式 用于I O口扩展 0118位UART波特率可变1029位UARTfosc 2SMOD 641139位UART波特率可变UART通用异步收发器 universalasynchronoustransmitter receiver REN允许串行接受位 1 允许接收 0 禁止接收 软件置 1 清 0 TB8方式2 3里发送的第9位数据 软件设置RB8方式2 3里接收的第9位数据 方式1接收到的停止位 TI发送中断标志硬件置 1 软件清 0 方式0 串行发送到第8位结束时置 1 其它 串行发送到停止位开始时置 1 RI接收中断标志硬件置 1 软件清 0 方式0 接收到第8位结束时置 1 其它 接收到停止位中间时置 1 RI TI 引起中断入口地址0023HSM2多机通讯控制位1方式2 3RB8 0时不激活RI 接收数据无效RB8 1且RI 0时 硬件置RI为1方式1只有收到有效的停止位时才会激活RI0只要接收到一帧信息 都置RI 1方式0SM2 0多机通讯时 SM2必须置1 双机通讯 通常SM2 0 复位时00H 2 PCON 电源控制器 87H 三 串行口的工作方式 1 方式0 SM0 0 SM1 0 移位寄存器方式fosc 12 方式0输出RXD TXD端接74LS164串行输入并行输出移位寄存器当一个数据写入串行口发送缓冲器以后 就启动一次发送 输出一个字节所必需的基本指令 MOVSCON 00HMOVA nnMOVSBUF A 启动发送WAIT JNBTI WAIT 送完8位数据后 置1TICLRTI 方式0输入RXD TXD端接74LS165并行输入串行输出移位寄存器 置位REN后启动串行接收数据 接收一个字节的基本指令 MOVSCON 10H 置1REN 启动接收WAIT JBCRI WORK 收到8位数据时 置1RIAJMPWAITWORK MOVA SBUF 输入输出P67图2 23 2 方式1SMO 0 SM1 18位UART波特率可变 T1溢出率 2SMOD 32RXD 接收 TXD 发送 一帧信息10位 其中起始位 0 8位数据 停止位 1 方式1输出 TXD数据输出端数据写入SBUF便启动发送 送完一帧信息 置 1 TI 方式1输入 RXD数据输入端REN置 1 后 允许接收 接收时采样速率是所建波特率的16倍 当在RXD端检测到 1 到 0 的跳变时 启动接收 并复位内部16分频计数器 以便实现时间同步 计数器的16个状态把一位的时间等分成16份 在每位的7 8 9个计数状态 位检测器采样RXD的值 接收的值是3次采样中取至少二次相同的值 以排除噪声干扰 若在起始位收到的值不是0 则起始位无效 复位接收电路 在检测到另一个 1 到 0 的跳变时 重新启动接收器 若收到的值为0 则起始位有效 开始接收本帧其余信息 8位数据收齐后 若 RI 0 SM2 1 停止位 1 RI 0 SM2 0 则 8位数据 SBUF 停止位 RB8 置位RI中断标志 其它情况 RI 0 SM2 1 停止位 0 RI 1则 接收数据丢失 方式1时序P68图2 25 3 方式2和方式39位UART 传送一帧信息为11位其中1位起始位 8位数据位 1位附加位 可程控为1或0 1位停止位 方式2和方式3的差别仅仅是波特率不同 方式2 固定fosc 2SMOD 64方式3 可变T1溢出率 2SMOD 32 发送 TXD数据输出端 第9位数据是SCON中的TB8 执行一条数据写入SBUF的指令 启动发送 发送完 置 1 TI MOVSBUF A 接收 同方式1类似 9位数据收齐后 若 RI 0 SM2 1 第9位 1 RI 0 SM2 0 则 数据 SBUF和RB8 并置位RI 若 RI 1 SM2 1 第9位 0则 接收的一帧信息被丢失 四 多机通信 P70图2 27 一个主机 多个从机 从机有各自的地址 距离近 直接连接 TXD RXD RXD TXD 以TTL电平通信 TB8为地址 数据识别位 TB8 1地址 TB8 0数据 各从机的SM2必须置1 主机发地址 RI 0 SM2 1 RB8 1 所有从机接收 主机发数据 RI 0 SM2 0 RB8 0 某地址从机接收 其他从机RI 0 SM2 1 RB8 0 数据丢失 双机通信SM2 0第9位数据作奇偶校验位 远距离 用RS 232 C串行接口 0 1 51串口TTL电平0 3v3 8vRS 232 电平 12v 12v电平转换器 MC1488发送器 TTL RS 232 CMC1489接收器 RS 232 C TTL 1 T1构成波特率发生器方式0fose 12方式2fosc 2SMOD 64方式1 3T1的溢出率 2SMOD 32T1的溢出率与T1工作方式 计数初值 晶振频率有关 五 波特率设计 1 T1的溢出率计算 溢出率 1 定时时间 2 方式1 3的波特率设计方法 先设定串口波特率和T1的工作方式 然后计算计数初值 例 设波特率为2400bit s fosc为11 0592MHZ T1选方式2 SMOD 0 则 2400 T1溢出率 32T1溢出率 76800又 T1溢出率 1 定时时间定时时间 1 76800 256 x 11 0592 106 12x 242 F2H 2 T2构成波特率发生器1 当C T2 0时波特率 fosc 2 16 65536 RCAP2H RCAP2L 12 当C T2 1时波特率 外部时钟频率 16 65536 RCAP2H RCAP2L 1外部时钟的最高频率为fosc 24 六 串行接口应用举例 例 由串行接口发送带偶校验位的ASC 码数据块 设数据位于内部RAM30H 3FH单元 fosc 12M 串行口采用方式1 T1用作波特率发生器 SMOD 0 发送的波特率要求为1200b s 1 T1初值计算 波特率 2SMOD T1溢出率 32 X 204 CCH 2 发送程序TSTART MOVTMOD 20H T1方式2 定时器方式MOVTL1 0CCH 置T1初值MOVTH1 0CCHMOVSCON 40H 置串行口方式1MOVR0 30H R0地址指针 指向首址MOVR7 10H R7计数器 置字节数SETBTR1 启动T1LOOP MOVA R0 取待发送的一个字节MOVC P 取奇偶标志 奇 1 偶 0 MOVA 7 C 加偶校验位MOVSBUF A 启动发送WAIT JNBTI WAIT 等发送完毕CLRTI 清TI标志 准备下次发送INCR0 指向下一字节地址DJNZR7 LOOP 未发完继续RET 3 接收程序RSTART MOVTMOD 20H T1方式2 定时器方式MOVTL1 0CCH 置T1初值MOVTH1 0CCHMOVR0 40H R0地址指针 指向首址MOVR7 10H R7计数器 置字节数SETBTR1 启动T1LOOP MOVSCON 50H 置方式1 并启动接受WAIT JNBRI WAIT 等接受完毕MOVA SBUF 取已接受字节到AMOVC P 取奇偶标志JCERROR 若有错 转出错处理程序ANLA 7FH 未出错 去偶校验位MOV R0 A 存接受的字节CLRRI 清RI标志 准备下次接受INCR0 指向下一字节地址DJNZR7 LOOP 未接受完继续RET 2 7中断系统 中断系统是为了使处理机具有对外界异步事件的处理能力而设置的 良好的中断系统能提高计算机实时处理能力 扩大应用范围 一 中断请求源 51子系列5个外2INT0 P3 2 INT1 P3 3 I O设备中断请求 掉电故障等异常事件 内3TF0 TF1 TI或RI52子系列6个 增加TF2或EXF2由SFRTCON和SCON的相应位锁存 TF1T1 TF0T0 的溢出中断标志 溢出时硬件置 1 CPU响应中断时硬件清 0 也可由查询软件清 0 IE1INT1 IE0INT0 的请求源 1向CPU请求中断 边沿触发方式下CPU响应中断时硬件清 0 IT1INT1 IT0INT0 外部中断源触发方式控制位 0电平触发方式 低电平请求中断 硬件不锁存 不撤消 需在用户系统中采取维持和撤消措施 1边沿触发方式 CPU在每个机器周期的S5P2采样INT1的输入电平 若相继两次采样有 1 0 的变化 则置 1 IE1 直到中断被CPU响应时 才由硬件清 0 IE1 外部中断源输入的高电平和低电平时间必须保持12个振荡周期以上 才能保证CPU检测到由高到低的负跳变 发送和接收中断标志 置位情况如 2 6节 必须由用户中断服务程序清 0 二 中断控制 1 中断使能控制 0 禁止中断 1 允许中断 片内有二个不可寻址的优先级状态触发器 中断优先级寄存器IP B8H 2 中断源优先级控制 0 低优先级 1 高优先级 例如 已知 IP 09H 请写出中断源优先级从高到低的顺序 解 INT0 T1 T0 INT1 串口 1 中断源的查询CPU在每个机器周期顺序检查每一个中断源 在S5采样并按优先级处理所有被激活的中断请求 如果没有被下述条件所阻止 将在下一个机器周期的S1响应激活了的最高级中断请求 CPU正在处理相同或更高级的中断 现行的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期 正在执行的指令是RETI 或是访问IE或IP 若上述条件中有一个存在 CPU将丢弃中断查询的结果 三 中断响应的过程 2 CPU响应中断 置位相应的优先级状态触发器 清除中断请求标志 TI RI除外 PC 压入堆栈 把中断源相应入口地址装入PC 开始执行中断服务子程序直到RETI 中断源入口地址INT00003HT0000BHINT10013HT1001BH串口0023HT2002BH 3 中断返回 执行RETI后 清零优先级状态触发器 弹出 PC 从断点处继续执行主程序 由此可见 中断打断程序 不打断指令 末尾必须有RETI CPU现场保护和恢复必须由用户的中断服务程序实现 4 中断请求的撤除 电平触发方式 例 中断