MCS-51系列单片机的内部功能模块及其应用.

1、第6章MCS-51系列单片机的内部功能模块及其应用MCS-51系列单片机的典型产品的内部功能模块包括P0、P1、P2、P3四个双向8位并行口，TO、T1二个16位定时/计数器（52T系列还有第3个定时/计数器T2）和一个串行口。MCS-51系列所有的产品一般都具有这些I/O部件.除此以 外，一些增强功能的新型51系列的单片机还有多功能左时 器、A/D转换器、实时时钟、I2C串行BUS口、watchdog等 一些功能模块。6.1MCS-51单片机内部的并行口MCS51系列单片机中称为PO、Pl、P2、P3的并行接口,每个接口匸要 巾4部分构成：数据锁存器、输入缓冲器、输出驱动器和接口引脚,每 一

2、条1/0都能独亡的用作输入或输出，作输入时，数据町以锁存；作输 出时，数据叮以缓冲。4个接口的功能不窕全相同，真内部结构也略仃 不同,但在作I/O操作方式时，其特性基本相同。如图(a)(d)分 别给出了PO、PI、P2、P3口的1位的结构框图。PO、Pl、P2. P3口的1位的结构框图4：第2臣已洋细地介绍 MCS-51单片机的并行I/O端LI 卜山1举个并彳丁接I I应用 的例产，以加深对并疔接口使用的理解。【例61】对例6-1的电路图，单片机的P1.4PI.7接4个发光二极管,P1.0P1.3接4个开关，耍求毎按键中断-次.发光二极管显示开关状态。契求对应的发光:极管亮或灭,只需把P1端口

3、的内容读入高、低4位互换.通 过P1瑙口输出即可.A 编语言参考程序为ORGOOOOHLJMPSTARTORG0003HLJMPEXTOORG0030HSTART: SETBEA:开中断总开关SETBEXO:允许屮断SETBITO:F降沿产生中断MOVPl, UOFH:设疋Pi端口低勺位为输入状态SJMP$ORG0100HEXTO:MOVA, PlSWAP AMOVPl, ARETIci/m考稗序为：#includeINTO () interrupt 0严中斯函数水/6-1例6|的电路图Pl=OxOf;P=4；广设处Pl端口低4位为输入状态，输入端先程1.灯火引严读入开关状态.并左移4位.使开

4、关反映在发光二极行1：*/ main()EA=1;EXO=1: ITO=1:while(l);严开中断总开关*7允许中断5*/*卜降沿产牛中断*/戶等待中断6.2MCS-51单片机内部的定时器/计数器6.2.1实现定时/计数器的办法通常实观定时/计数冇3种左要方法：（1）软件定时:软件定时不占用硬件资源,但占用了CPU时间,降低了CPU的利用率。（2）时展电路硬件定时：用小规模集成电路器件构成的硕件定时电路， 电路简单，但要改变定时范国，必须改变电阻和电容，修改不方便, 即不可编程。（3）可编程定时/计数器定时：它是为方便微机系统的设计和应用而研 制的种芯片,它采用硬件定时，且很容易通过软件来

5、确定和修改 定时值，通过初始化编程，能够满足乞种不同的赵时和汁数要求， 在单片机、嵌入式系统的设计和应用中得到广泛的应用。单片机内部的定时/计数器也属于上面的第3种采用可编程定时/计数器实 现定时，只不过这种可编程定时/计数器的硕件模块被集成到单片机内部 而已。6.2.2MCS-51单片机内部的定时/计数器运时/计数器是MCS-51系列单片机的币要部件，其工作方式灵活，编程简 单，它的使用人人减轻了CPU的负担并冃.简化了外用电路。在MCS51系列单片机中,51子系列单片机有2个定时/计数3ST0和T1, 52了系列单片机除了有上述两个怎时/il数器以外， 还有个疋时/计数器T2,后者的功能比

6、前两荷强。怪16-2足MCS-51系列单片机内部定吋/计数器结 构框图。图6-2 MCS-51系列单片机内部定时/计数搭结构框图Mflcru.rim运时/计数器主耍山特殊功能寄心器THO、TLO、TH1、TL1以及TMOD、TCON组成。定时/计数器的丈质足加1计数器（16位）.山高8位和低8位两个寄器组成。其中,THO（高8位）、TLO（低8位）构成16位加1汁数器TO,用來存放TO的 计数初值：TH1（高8位）、TL1（低8位）构成加116位计数器T1,用來存放T1的 计数初值；这两个16位计数器都足16位的加1计数器TMOD用*控制两个定时/计数益的I作方式，TCON用作中断溢出标志 并

7、控制定时器的启停。加1计数器输入的计数脉冲有两个来源。（1）是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来：（2）是TO或T1引脚输入的外部脉冲源。每來一个脉冲计 数器加1,当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计 数器回零，且计数器的溢出使TCON中TFO或TF1置1,向CPU发出中断请求（定时/计数器屮断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式,则表示定时时间已到; 如果工作于计数模式，则表示计数值已满。I大此，由溢出 时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数fl1）定时/计数器设置为定时器模式时,加1计数器足对内部机器周期计数（1个机器周期竽于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1

8、/12） o计数值N乘以机器周期7cy就是定时时间F o2）定时/计数器设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由TO或T1引脚输入到计数器。在何个机器周期采样TO或T1引脚电、卜。当某周期采样 到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电、F：时，则计数器加1，更新的计数值在卜一个机器周期期间装入计数益。由于检测一个从1到0的卜降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电半至少要维持一 个机器周期。当晶振频率为12MHz时,最髙计数频率不超il/2MHz,即计数脉冲的周期要大于2 pis。6.2.2.1定时器/计数器的控制寄存器单片机定时/计数器TO、T1的工作主要由TMOD、TCON、IE3个特殊功

9、能寄存器控制。 其中:TMOD用来设置各个定时/计数器的工作方式、 选 择总时或il数功能；TCONJI丁控制心动运行以及作为运彳亍状态的标，忐 等；IE用于对定时/汁数器中断允许进行控制.1丄作方式控制寄存器TMODTMOD寄存器是-个用J设定定时/汁数器匚作方式的特殊功能寄存器, 艮低4位用丁控制TO,而高4位用丁控制Tlo 7节地址为89H,不能位/ 址设*fflTMOD须用了节操作指令。复位时TMODVjOOHo它的族位定义 见图&3位号D7D6D5D4D3D2D1DO符号GATEC/TMlGAHC/亍MlTNIOD 功能门控位计救/ 走时迭择工作方式迭择厲空位计数走时送择工作

10、方式迭择高4位J空制T1低4位徑制TO图63 TMOD各位泄义（1） Ml、MO：I：作方式选样位Ml、卜10用來选择I-作方式，对应关系如衣61所小。辰6-1定时/i卜数器的方式选押Ml MO工作方式功能00丁作方龙013位计数髀01工（F方式116位ilttZt10丄（F万式2口幼再装人8位订裁為11工作方式3定时器T0：分成两个8位计效器； 宦时211 h停止计数（2） C/T：定时/计数功能选择位C/亍=0为定时方式。在定时方式中.以掾荡输岀时t中脉冲fosc的12分频信号作为 计数信号,如果单片机采用12MHz晶体,则计数频率为1MHz,计数脉冲周期为12，即每1“计数器加1次。C/

11、T=1対计数方式。在计数方式中，单片机在毎个机器周期对外部计数脉冲进行 采样。如果前个机器周期采样为高电r. Ju个机器周期采样为低电平,即为 一个冇效的计数脉冲。在下一机器周期进行计数。因此,外部爭件计数时最高计 数频率是单片机晶振频率的1/24。如果单片机采用12MHz骷体,则外部事件计数 牀冲垠矩周期为2戶，即绘快町以做到毎2ysi|数器加1。(3) GATE：门控位GATE=1怎时/计数器的运行受外部引脚输入电乎的控制.UUTNTO控制TO运 行，imr控制TI运行。GATE=O 定时/计数器的运行不受外部输入引脚的控制o2.定时器控制寄存器TCONTCON寄存器足个丿IJ于控制罔动运

12、行以及作为运行状态的标志的待殊功能宙存器。TCUN奇仔器既参与圧时控制乂参与中I析控制，址品4位川J；控制TO, TI.而低4位用于控制外部中断IN而、INTTOTCON的字节地址为88H,它可位J址。 复位时TCON为00H。它的位定义见图64图&4 TCON备位定义位号D70605D4D302DlDO位名称IF11RITFOIRO1E1m1E0no位地址8FH8EII8D1I8CII8B118 All891188HTCONT1中断标志T1远行标志TO中断标志TO运行标志INT1中 断标志iNTite发方式INTO中TNTOW发方式高2位控制TI低2位独刨TOTCON低4位与外屮断I

13、NT弘INTT/I关.岛4位功能疋时控制仃关。（1）TFO和TF1：计数溢出标志位F 计数器计数溢出（计满）时,该位置1使用査询方武时,此位作状态位供 査询.但应注意査询有效后应用软件方法及时将该位清0；使用中断方式时, 此位作中断标志位，在转向屮断服务程序时山破件I动淸0（2）TRO和R1：足时器运行控制位TRO （TR1） =0,停止定时/计数器工作:TRO （TRi） =1,启动定时/计数器工 作。该位根抑;需妄靠软件來賢1或洁0,以控制疋时器的启动或停I上。3中断允许控制寄存器TEIE寄存器与定时/计数器有关的位为ETO和ET1,它们分别足疋时/计数器0、I的 中断允许控制位。当ETO

14、（或ETI） =0时,蔡止沱时/计数器0（或I）中断:而 当ETO或ETI） =1时，允许定时/计数器0（或I）中断.6.2.2.2定时器/计数器的工作方式1.方式o13位订数结构的丄作力工，定吋心数器TO、T1部对以设咒丄作方式0, TO（或TI）的计数器itlTHO（或TH1）高8位和TL0（或TL1）的低5位构 成，TLO（或TLI）的高3位未用。图6-5、图6-6分别为匸作力式0的逻辑 电路給构、匚作原理框图。为TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出 时，宙位TCON中的TFO标志，向CPU发出中断诸求。请求16-5 I作方式0的TCDIM(I)当C/T=O时，名路开关接通振荡脉

15、冲的12分频输出.13位计数器以此进行计数， 这就足足时方式。C/T = l时,名路开关接通计数引脚P34 (TO),外祁计数脉冲由引脚P3.4输入。 肖计数脉冲发生负跳变时，计数器加1,这就是计数方式。不管是定时方式还足计数方式,当TLO的低5位计数溢出时，向THO进位,而全部13位计数溢岀时， 则向计数溢出标志位TFO进位.在满足中断条件时， 向CPU中i疔 小斯，若需继续进行总时或计数，则应用指令对TLO、THO重新置数，否则，卜一 次计数将会从0开始，造成汁数或沱时时间不准确这甲.翌说明的圧；TO能否启动，取决于TR()、GATE和引脚THTO的状态。嗎GATE=O时，GATE信匕封锁

16、了或门，他;I脚iNTOf无效。而或门输出端的 高电平状态却打开了与门.这时如果TRO=h则与门输出为1,模拟开关接通，定 时/计数0工作.如果TRO=O,则断开模拟开关，定时/计数器0不能工作;1GATE=L同时TRO=1时，模拟开关足仰披通由INTOF制。lNTO=l时，与 门输出髙电平,模拟开关接通.定时/计数器0 11作：INTO=0时.与门输出低电 平,模拟丿I关断开，定时/计数册0停止工作这种情况可用于测量外信号WTO的 脉冲宽度。方式0足13位的定时/计数方式，因而最大计数值（满值）为Af=2l3=8192o若计 数值为N,则胃入的初值X为：X=8192N例如，定时/计数益TO的

17、计数值为1000,则初值为7192,转换成二进制数为1110000011（）O（）B,则THO=1I1OOOOOB二EOHTLO=xxxl IO（XJB=I8H（把xxx当作000时2.方式116位计数结构的工作方式，定时/il数器TO、T1那可以设置工作方式1, T0（或T1）的计数器ihTHO（或TH1）扁8位和TLO（或TL1的低8位构成，其逻辑电路和工作情况与工作力式0基本和同。所不同的只足组成讣数器 的位数，它比匸作方式0冇更宽的计数范围，因此.在实际应用中，【作 方式】町以代替I：作方式0。图&7、图&8分别为工作方式0的逻辑电路结 构.工作原理框图。图67 IW方

18、式1的逻轲电路结构TROGATE中爭清求INT(P32)h图68 1作方式1的I作原理框图市于足6位的定时/计数方式因而最大计数值(满值)为Af=216=65536.若计 数值为N,则冒入的初值X为：X=65536N例如，定时/计数器T0的计数值为1000.则初值为65536-1OOO=M536,转换成二 进制数为1111110000011000B,则THO=11I111(M)B=FCH, TL0 = 00011000B = 18HeTCOXvol)073.方式2具有自动垂裝初值的、8位计数结构的工作方式,從时/计数器TO、T1都可以设置I.作方式2。在方式2下,16位计数器披分为两部分,即以

19、TLO（或TL1）作计数骷 而以THO（或TH1）作预置奇存器（即保存计数初值），初始化时把8位的计 数初值分别装人TL0（或TLI）和THO（或TH1）中。1|TLO（或TL1）计数溢出 石，不是像前两种件方式那柑通过软件力法，RuMllJ侦灣窃心器THO（或TH1）以駛件方法自动给计数器TLO（或TL1）重新加如 图9、图6-10分别为匸作方 式2的逻啊电路结构、工作廉理finite图610丄作力式2的工作凍现框图TCXKTFJ中诘中斷TR1TFOTROILHI卸机券周期机券周期- a而引脚而引D70由于足8位的定时/计数方式,因而垠大计数值（満值）为M=28=256。若计数值 为N,则置

20、入的初值X为：X=256-/V例如，泄时/计数器TO的计数值为100,则初值为256-100=156,转换成二进制数 为10011100B,贝IJTHO=TLO=I（）O1I1OOB江意：由于方式2计满后，溢出信号会触发三态门自动地把TH0（或TH1）的值 装入TLU（或TL1）屮内而如果婴垂新实现N个单位的计数，不用亜新国入初 值。4.工作力式3匚作方式3只适用丁淀时器T0如果企图将定时器T置为方式3,则它将停止计 数，比效果与fiTR 1=0111同，即关闭定时器Tl。TTO匸作在方式3时，它被拆 成两个独立的8位计数器TLO和THO。图6U1、图6-12分别为工作方式3的逻训电 路结构、

21、匸作顶理梅图.16-11工作方式3的逻辑电路结构图612工作方式3的工作原理框图图611屮， 上方的8位汁数器TLO使用原定时器TO的控制位C7T、GATE、TRO和，TWW既町以计数使用,又可以定时使用,直功能和操作与前面介绍的匸作方式0或匚作方 或哓全相同下方的THO只能作为简单的定时器使用而且由于定时/计效）的控制 何巳彼TLO独巧，因此只好借用足时/计数制的控制偵TRI和TF1。即以计数溢出去逍 位TF1,而定时的启动和停止则受TR1的状态控制。由J TLO既能作定时器使用也能作计数器使用，而THO只能作定时器使用却不能作计 数器使用，因此在匸作方式3卜 S 定时/计数器0町以构成两个

22、定时器或个定时器和 一个计数器。注意：在方式3卜 STO和T1的工作有很人的不同。其绘别如卜：1）若把T置于方式3,则T1停止计数,其效果与置TR1=O相同,即关闭定时器T1。此 进，定时器T1保持其内容不变。因此，一般不会把TI豐于方式3。2）若把TO胃J方式3,则16位订数器拆开为两个独立工作的8位讣数器TLO和THO。但这两个8位计数器的工作是有希别的。首先它们的工作方式不同:对TLO来说 它既对以按计数方式工作，也町以按定时方式工作：ifuTHO则只能按定时方式工 作。另外，它们的控制方式也不同.3当TO处于方式3时,此时T1可工作为方式0、1、2.但由F此时TI己没仃控制通断TR1和

23、溢出中断TF1的功能,T1只能作为串行口的波特率发生器使用,或不需要中断 的场介。6.2.23定时器/计数器的计数初值计算MCS-51的定时器/计数器采用增帛计数。根拥定时/计数器的计数结构， 真最人计数为2化其屮加为计数器的位数，对于工作方式0,加=13,其最 人计数为2鼻8192：对于工作方式1,加=16,其最犬计数为265536：对于匸作方式2和匸作方式3,加=8,梵最大计数为2256。在实际应用中， 经常会有少于2加个计数值的雯求， 例如， 要求计数flj 1(X)0就产生溢出,这时可在计数时,不从0开始,而是从一个固定值开始,这 个固定值的大小,取决于被计数的大小。如要计数1000,

24、预先在计数器里 放进(2肝一1000)的数，再*1000个脉冲，就到了2叫 就会产生溢出，B位TFOo这个(2”一1000)的数称作计数初值，也称作预置值。定时也有同样的问题，并且也可采用同样的方法来解决。当定时/计数器 为工作力式0,并假设单片机的胡振是12MHz,那么每个计时脉冲是1“，il满28192个脉冲盅要8.192ms,如來只盂定时1ms,町以作这样的处理:ImsUPlOOOKis,也就足计数1(X)0时满。因此.计数之前预先在计数器里放 进231000=819210(X)=7192,开始计数后， 计满1000个脉冲到8192即 产生溢出。如果计数初值为X,则计算定时时间F为：i=

25、 (2NX) X7cy= (2NX) X 12/dsc式中：7hy为机器周期，/bsc为晶振周期。例如，如果定时/计数器为匚作方式0,需妥定时3ms （30002），Jose为12MHZo设计数初值为X,则根据上述公式可得：3（）00=（2/n-X）X 12 / fosc=（2liX）X 12/12曲此口J得，X=5192需要说明的是，单片机屮的定时器通常耍求不断亟复定时，次定时时间 到之厉，紧按看进行第二次的定时燥作。一口产牛溢出，汁数器中的值就 冋到（），卜次计数从o开始.定时时间将不止确，为便卜次的定时时间 不变，需耍在定时溢出后马上把计数初值送到计数器。6.2.2.4定时/计数器的初始

26、化编程及应用定时器/计数器的功能是由软件编稈确定的,在使用主时器,计数器前都 要对其进行初始化。MCS-51单片机定时/计数器的初始化编程步骤为：（1）根据要求选抒方式.确定方式控制字，写入方式控制寄存器TMOD。（2）根据定时时间妥求或计数耍求，计算定时/计数器的计数值，再由计 数值求得初值,送计数初值的高8位和低8位到TH0（或TH1）和TL0（或TL1）寄存器中。定时/讣数器的初值因工作方式的不同而不同。设最大计数值为M,则各 种匚作方式下的M值为：方式0时；W=2,3=8192；方式I时；v=2,6=65536：方式2时Af=2x=256：方式3时，T0分成两个8位计数器，所以两个迳时

27、器 的M值均为M=256。由于定时器计数器工作的实质是做“加计数,所以， 当最大计数值M值为已知且计数值为N时,初值X可计算为：X=M-N(3)如果工作于中断方式,则根据需要开放定吋/计数器的中断,即对IE寄存器赋值(后面还需编写中断服务程序)。(4)设置定时/i十数器控制寄存器TCON的值(即将其TRO或TR1置位)，启动定时/计数器开始工作。(5)等待定时/计数时间到,定时/计数到则执行中断服务程序；若用査 询处理,则需编写查询程序判断溢曲标忐,溢出标止等于1,则进行相 应处理。【例62】TO运行于耀时器状态，时钟振荡周期为12MHz,要求疋时lOOys。 试求不同工作方式时的定时初值X。

28、osc= 12MHz.时，7cy=lps, /V=l(M)ps/lps=l(X)= 64H方式0 (13位力式)：X=2,3-64H=1F9CH方式1 (16位方式):X=2,6-64H=FF9CH方式2、3 (8位方式)：X=28- 64H=9CH注意：工作方式0的初值装入方法：IF9CH= 1 1111 10()1 1I(X)BTH0的8位TLO的低5位町见，THO=OFCH, TLO=ICHMOV THO, #OFCHMOV TLO, #1CH6.2.2.5定时器/计数器的应用举例【例63】设系统时钟频率为12MHz.利用定时器/i|数器TO编程实现从P10输出周期为20ms的方波。从P

29、I.0输出周期为20ms的方波,只需P1.0每隔10ms取反一次。 肖系统时 钟为12MHz,定时器/计数器TO匚作于方式1时,最大的迳时时间为65536us,满足10ms的定时要求。系统时钟为12MHz, i|数值为10000,初值X=65536-10000=D8FOH,贝IJTHO二D8H、TL0=F0H如果定时时间人于65536MS,这时用一个定时/汁数器也接处理不能实现， 这时可用:1个定时/计数器配合软件计数方式处理,2个定时/计数器 共同处理。1采用査询方式编程汇编语育参考柞序为:SJMP HH1SJMP $ORG 0000HAJMP MAIN;定时器， 让数器:査询C语言参考程序

30、为:# include sbit P.1=PAO;void inain()char i;TMOD=0 x01;TRO=1:For(;)TH()=()xD8; TL()=()xF():do ) while (!TFO) (P1_O=!P1_O; TFO=O;) )2.采用中断方式编程汇编语言参考程序为:ORG 0000HLJMP MAINSETB EASETB ETOSETB TROSJMP $c语言参考程序为：# include 包含特殊功能奇存器库充询ORGCPLMOVMOVRET IORGMAIN：MOVMOVMOVOOOBHP1.0THO, #0D8HTLO, #OFOH0200HTMO

31、D. #01HTHO, #0D8HTLO. #OFOH:中断处理程序sbit P1_O=P1AO:void main ()TMOD=0 x01:TH(=()xDS：TLO=()xF()：EA= 1; ETO= 1;TRO=1;while (1);void time()_int (void) interrupt I中断服务序P1_O=!P1_O;TH()=()xD8;TL0=0 xF0:【例4】如图613所示，在Pl7端接一个发光一极管LED,要求利用足 时控制便LED亮1 s火1 s周而复始地闪烁，设时钟频率;/bsc=6M HZ 图6J3例68的电路图当_/6sc=6MHz时，_L作力式0、

32、1、2均不能满足疋时Is的要求。如，16位 总时最人为2 X2屮=131.072ms,显然不能满足耍求，町用以下两种力 法解决。方法1：采用T0产牛周期为2(X)ms脉冲，即P1.0每1(X)ms取反-次作为T1的计数脉冲,T1对下降沿计数，因此T1计5个脉冲正好Is。通过P1.7反 相，改变LED的状态。TO采用方武1,定时100ms。计数初值为：X=2,6-100X 103/2 =3CB0HoT1采用方式2,计5个脉冲，汁数初值：X = 25=FBH均釆用何询方式，轧流稈图如图614所示。图|4例6的流程图汇编参考程序为:ORG0000HMAIN:CLRPl. 7SETBP1.0MOVTMOD,# 61HMOVTH1,#OFBHMO