SOC单片机原理及应用教学课件第4章-C8051F单片机的片内功能部件

1、第4章 SOC单片机的片内功能部件 4.1 定时器/计数器 4.2 可编程计数器阵列 4.3 UART通信接口 4.4 SMBus 4.5 SPI总线 第1页，共216页。4.1 定时器/计数器 定时和计数功能最终都是通过计数实现的，若计数的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将定时和计数功能由一个部件实现。实现定时和计数的方法一般有软件、专用硬件电路和可编程定时器/计数器三种方法。采用软件只能定时，且占用CPU时间，降低了CPU的使用效率。专用硬件电路可实现精确的定时和计数，但参数调节不便。可编程定时器计数器，不占用CPU时间，能与CPU并行工作，实现精

2、确的定时和计数，又可以通过编程设置其工作方式和其它参数，因此使用方便。 第2页，共216页。4.1 定时器/计数器C8051F020内部有T0T4共5个16位定时器/计数器T0T2与MCS-51中的定时器/计数器兼容T3 和T4 为两个16位自动重装初值的定时器，既可以作为通用定时器使用，也可以用于ADC和SMBus中。 5个定时器/计数器的工作方式如表4-1所示。 第3页，共216页。表4-1 C8051F020定时器/计数器的工作方式 定时器工作方式T0/T1 T2/T4 T3 方式013位定时器/计数器 自动重装载的16位定时器/计数器自动重装载的16位计数器/定时器方式116位定时器/

3、计数器带捕捉的16位定时器/计数器方式28位自动重装载的定时器/计数器UART0/ UART1的波特率发生器方式3两个8位定时器/计数器(只限于定时器0)第4页，共216页。4.1.1 定时器的一般结构和工作原理 模式选择计数器定时器启/停控制执行机构减1计数：如Intel 8253加1计数：如T0T4溢出标志查询中断第5页，共216页。最大定时时间TMAX=2nT计数 式中n由工作方式决定，T计数为定时器/计数器的计数脉冲周期时间，由C8051F的主脉冲或主脉冲经12分频提供，是否需要12分频取决于对时钟控制寄存器CKCON的设定（提供12分频选项是为了与标准8051兼容）。 第6页，共21

4、6页。时钟控制寄存器CKCON位7：未用。读=0b，写=忽略。位6-3：T4M-T0M：T4到T0的时钟选择（不包含T3，T3的时钟选择由T3控制寄存器TMR3CN的第0位T3XCLK决定）。 0：定时器按系统时钟的12分频计数 1：定时器按系统时钟频率计数位2-0：保留。读=000b，写入值必须是000b。 第7页，共216页。定时、计数方式 定时方式：每一个计数周期(T计数)计数器加1，直至计满溢出(从全1到全0)产生中断请求。对于一个N位的加1计数器，若T计数是已知的，则从初值a开始加1计数至溢出所占用的时间为：当N=8、a=0时，最大定时时间为： T=256T计数计数方式：外部输入信号

5、的下降沿触发计数，计数器在每个时钟周期或时钟周期的12分频采样外部输入信号，若一个周期的采样值为1，下一个周期的采样值为0，则计数器加1，故识别一个从1到0的跳变需2个周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是时钟频率的12或1/24（取决于是否12分频）。同时，外部输入信号的高电平与低电平保持时间均需大于一个周期。第8页，共216页。4.1.2 定时器/计数器T0和T1 对T0和T1的访问和控制是通过操作SFR实现的。T0和T1都是16位的加1计数器，访问时以两个字节的形式出现：TL0+TH0、TL1+TH1。TCON用于允许/禁止定时器0和定时器1并指示它们的工作状态。TMOD中的方式选择

6、位M1、M0设置为四种工作方式（方式0 方式3）之一， T1设置为方式3将停止计数。第9页，共216页。1、方式寄存器TMOD T0M0T0M1C/T0GATE0T1M0T1M1C/ T1GATE1TMOD字节地址89H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0控制T0控制T1方式选择00：方式001：方式110：方式211：方式3定时/计数选择0：定时器1：计数器门控位第10页，共216页。2、控制寄存器TCON IT0IE0IT1IE1TR0TF0TR1TF1TCON字节地址88H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0控制外部中断控制T1、T0启/停控制GATE=0时O：停

7、1：启溢出标志1：溢出0：不溢出第11页，共216页。3T0和T1的交叉开关配置第12页，共216页。4T0和T1的工作方式和计数器结构 表4-2 定时器T0、T1的工作方式M1M0工作方式功 能 说 明00013位定时器计数器01116位定时器计数器102自动重装初值的8位定时器计数器113仅适用于T0，分为两个独立的8位计数器，T1停止计数第13页，共216页。（1）工作方式0 13位计数器启/停控制TR0=1启动计数GATE0=0时：GATE0=1时：TR0=1且INT0=1启动计数时基选择定时/计数模式选择第14页，共216页。（1）工作方式0若T0工作于方式0的定时器模式，计数初值为

8、a，则T0从初值a加1计数至溢出所需的时间为： 式中fOSC为系统时钟频率，T0M为T0的时钟选择位。例:如果fOSC12MHz，则T0M=0时，T(213a)s；T0M=1时，T(213a)/12s。第15页，共216页。（2）工作方式1与方式0的差别仅仅在于计数器的位数不同，方式1为16位的定时器计数器。T0工作于方式1时，由TH0作为高8位，TL0作为低8位，构成一个16位计数器。若T0工作于方式1定时，计数初值为a，fOSC12MHz，则T0从计数初值a加1计数到溢出的定时时间为： T(216a)s 或 T(216a)/12s。第16页，共216页。（3）工作方式28位自动重装初值第1

9、7页，共216页。（3）工作方式2适用于需要重复定时或计数的场合。定时精度比较高，但定时时间较短。定时时间可用下式计算： 第18页，共216页。（4）工作方式3只适用于T0，若T1设置为方式3，则停止计数。 两个独立8位计数器借用T1的资源第19页，共216页。5T0和T1的初始化 初始化步骤 初始化TMOD根据需要初始化CKCON装入初值中断设置（IE、IP）启动定时/计数器（TCON）计数器方式初值的计算 TC=MC 为计数器的模，与工作方式有关 ，C为需要的计数次数定时器方式初值的计算T=(MTC)T计数 T计数=CLK或12CLK TC=MT/T计数 第20页，共216页。5T0和T1

10、的初始化最大定时时间（fOSC12MHz、T0M=0 ）：方式0：TMAX = 2131s = 8.192ms方式1：TMAX = 2161s = 65.536ms方式2、3： TMAX = 281s = 0.256ms第21页，共216页。6T0和T1的应用举例 例4.1 若fOSC=12MHz，请分别计算T0M=0和T0M=1两种情况下，定时2ms所需的初值，并给出T0的初始化程序。解： T0M=0 时： fOSC= 12MHz，方式2、3的最大定时时间只有0.256ms，因此要想获得2ms的定时时间，必须用方式0或方式1。方式0TC=2132ms/1us=6192=1830H=00011

11、00000110000B 即：TH0=0C1H；TL0=10H（高三位为0） 方式1TC=2162ms/1us=63536=F830H 即：TH0=0F8H；TL0=30H第22页，共216页。6T0和T1的应用举例T0M=1 时：要达到2ms的定时时间，只能使用方式1。根据公式可算出此时的定时器初值为：TC=2ms12MHz=212103=41536=A240H即，TH0=0A2H，TL0=40H。第23页，共216页。初始化程序 void T0_mode1_2ms_init() CKCON &= 0 xf7;/T0计数源选择系统脉冲的12分频TMOD=0 x01; /T0方式1定时 TH0

12、=0 xf8; /初值 TL0=0 x30; TCON |= 0 x10; /启动T0，可用TR0=1代替 6T0和T1的应用举例 ？第24页，共216页。6T0和T1的应用举例给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法： TH0=(65536-2000)/256; TL0=(65536-2000)%256;或 TH0=-2000/256; TL0=-2000%256;或 TH0=-20008; TL0=-2000;/-2000超出TL0的表示范围，将高位截去第25页，共216页。6T0和T1的应用举例例4.2 若fOSC=12MHz，T1工作于方式1，产生50ms的定时中断，TF1为高级中断源。

13、试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1s的方波。 解：让P1.0每500ms取反一次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到500ms，但可通过多次定时产生500ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为50ms，那么T1中断10次就是500ms的时间。 （1）确定定时常数假设使用fOSC的12分频作为计数源，则T计数12/fOSC 12/（12106）1s由公式TC=MT/T计数，可知TC=216-5010315536=3CB0HTH1=0 x3c，TL0=0 xb0。 第26页，共216页。6T0和T1的应用举例（2）初始化程序 包括T1初始化和中断系统初始化，主要是

14、对IP、IE、CKCON、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将时间常数送入T1。本例中将初始化操作放在主程序中完成，当程序规模较大时，应编写单独的初始化程序，以利于程序的模块化设计。（3）中断服务程序 中断服务程序除了完成要求的方波产生这一工作之外，还要注意将时间常数重新送入T1中，为下一次产生中断作准备。第27页，共216页。程序清单如下（主程序）： #include sbit P1_0 = P10;int count=10;/10次T1中断为500msvoid main( void ) CKCON&=0 xef; /T1的计数源选择系统脉冲的12分频 TMOD=0 x10; /T

15、1方式1 XBR2=0 x40; /并行端口输出使能 P1_0=0; TH1=0 x3c; /初值 TL1=0 xb0; IE|=0 x88; /允许T1中断 IP|=0 x08; /TF1中断为高级中断 TCON|=0 x40; /启动T1 While(1); /死循环，等待中断，产生方波第28页，共216页。程序清单如下（中断服务程序）：void Timer1_ISR (void) interrupt 3 TH1=0 x3c; /重装初值 TL1|=0 xb0; count-; /中断计数 if (count=0) /500ms到，重赋计数初值，P1.0取反 count=10; P1_0=

16、!P1_0; 问题：为什么用TL1|=0 xb0;而非TL1=0 xb0？第29页，共216页。程序清单如下（查询式程序）：#include sbit P1_0= P10;void main( ) int count=10;/10次T1中断为500ms CKCON&=0 xef;/T1的计数源选择系统脉冲的12分频 XBR2=0 x40; TMOD=0 x10; /T1方式1 P1_0=0; TR1=1; /启动T1第30页，共216页。程序清单如下（查询式程序）： For(; ;) /死循环，产生方波 TH1=-50000/256; /T1初值 TL1=-50000%256; Do whil

17、e(!TF1); /查询等待TF1置位， TF1=0; count-; If (count=0) count=10;P1_0=!P1_0; 第31页，共216页。4.1.3 定时器/计数器T2和T4 T2和T4为16位定时/计数器，T2由TL2（低字节）和TH2（高字节）组成。 T4由TL4（低字节）和TH4（高字节）组成。唯一区别是在作波特率发生器使用时，T2用作UART0的波特率发生器，而T4用作UART1的波特率发生器。 以下以T2为例。C/T2=0时，工作在定时方式，由CKCON的T2M位指定不分频或12分频。C/T2 =1时，工作在计数方式， T2输入引脚上的负跳变使计数器加“1”。

18、T2还可以用于启动ADC数据转换。T4还可以用于触发DAC的输出更新。 有三种工作方式（由T2CON中的配置位选择）：自动重装初值的16位定时器/计数器方式、带捕捉的16位定时器/计数器方式和波特率发生器方式。第32页，共216页。表4-4 定时器/计数器T2和T4的特殊功能寄存器 特殊功能寄存器符号地址寻址方式复位值定时器T2控制寄存器T2CON0 xC8字节、位0 x00定时器T2重装/捕捉寄存器低字节RCAP2L0 xCA字节0 x00定时器T2重装/捕捉寄存器高字节RCAP2H0 xCB字节0 x00定时器T2低字节TL20 xCC字节0 x00定时器T2高字节TH20 xCD字节0

19、x00定时器T4控制寄存器T4CON0 xC9字节0 x00定时器T4重装/捕捉寄存器低字节RCAP4L0 xE4字节0 x00定时器T4重装/捕捉寄存器高字节RCAP4H0 xE5字节0 x00定时器T4低字节TL40 xF4字节0 x00定时器T4高字节TH40 xF5字节0 x00第33页，共216页。1T2控制寄存器T2CON 位7（TF2）：T2溢出标志位T2溢出时由硬件置位。允许T2中断时，使CPU转向T2的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。RCLK0或TCLK0为1时（波特率发生器方式），TF2不会被置1。位6（EXF2）：T2外部中断标志位EXEN2为“1”时，

20、当T2EX输入引脚发生负跳变时，由硬件置位。允许T2中断时，使CPU转向T2的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。CP/RL2C/T2TR2EXEN2TCLK0RCLK0EXF2TF2字节地址C8H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0第34页，共216页。1T2控制寄存器T2CON位5（RCLK0）：UART0接收时钟选择标志位0：T1溢出作为接收时钟。1：T2溢出作为接收时钟。位4（TCLK0）：UART0发送时钟选择标志位0：T1溢出作为发送时钟。1：T2溢出作为发送时钟。位3（EXEN2）：T2外部允许标志位0：T2EX上的负跳变被忽略。1：T2EX上的负跳变导

21、致一次捕捉或重载，并置位EXF2。位2（TR2）：T2启/停控制位0：停止。1：启动。第35页，共216页。1T2控制寄存器T2CON位1（C/T2）：定时器/计数器功能选择位0：定时器功能，由T2M(CKCON.5)定义的时钟加“1”。1：计数器功能，由外部输入引脚(T2)的负跳变加“1”。位0（CP/RL2）：捕捉/重载选择位EXEN2必须为1才能使T2EX上的负跳变能够被识别并触发捕捉和重载。当RCLK0或TCLK0为“1”时，该位被忽略，T2将工作在自动重装载方式。0：T2溢出或T2EX上发生负跳变时将自动重装载1：T2EX发生负跳变时捕捉。第36页，共216页。2定时器2的交叉开关配

22、置第37页，共216页。3T2的工作方式和计数器结构 （1）方式0：自动重装初值的16位定时器/计数器方式原理框图如图4-7所示。表4-5 T2的方式选择 RCLK0TCLK0CP/RL2工作方式000自动重装载的16位定时器/计数器 001带捕捉的16位定时器/计数器 01UART0的发送波特率发生器方式10UART0的接收波特率发生器方式11UART0的接收和发送波特率发生器方式第38页，共216页。（1）方式0：16位自动重装初值方式 自动重装初值两中断标志为0时忽略T2EX负跳变，不产生EXF2中断第39页，共216页。（2）方式1：16位带捕捉方式 RCLK0=0、TCLK0=0、C

23、P/RL2=1时，T2工作在此方式EXEN2=1时为允许捕捉方式，T2EX引脚上的负跳变将TH2、TL2的当前值捕捉到RCAP2H、RCAP2L寄存器，同时置EXF2=1，发出中断请求。EXEN2=0时，RCAP2H、PCAP2L不起作用，此时T2与T0、T1的方式1完全相同。即：C/T20时为16位定时器方式，C/T21时为16位计数器方式，计数溢出时TF21，发送中断请求信号。 原理框图如图4-8所示。 第40页，共216页。（2）方式1：16位带捕捉方式是否捕捉捕捉并产生EXF2中断第41页，共216页。（3）方式2：波特率发生器方式 RCLK或TCLK置1时，T2工作于波特率发生器方式

24、。 与自动重装载方式相似。但不置位TF2，也不产生中断。溢出事件用作UART0的移位时钟输入。 T2溢出可用于产生独立的发送或接收波特率,也可同时产生发送和接收波特率，取决于T2CON的设置。 T2的计数源可以是系统时钟的二分频，也可以是T2引脚上的输入，取决于C/T2的设置。 如果EXEN2为1，则T2EX 引脚上的负跳变将置位EXF2标志，并产生一个T2中断（如果允许）。因此，T2EX 输入可以被用作额外的外部中断源。原理框图如图4-9所示。第42页，共216页。（3）方式2：波特率发生器方式做UART0波特率发生器T1作UART0波特率发生器产生外部中断时基选择第43页，共216页。（3

25、）方式2：波特率发生器方式当选择系统时钟的二分频作计数源时，T2 为UART0提供的波特率可以用如下公式计算：当选择外部引脚T2上的输入作为时基时，T2为UART0提供的波特率可以用如下公式计算： 第44页，共216页。4.1.4 定时器/计数器T31. 定时器T3的结构 16位定时/计数器，由TMR3L（低字节）和TMR3H（高字节）组成。 T3的时钟输入可以通过程序选择为外部振荡器的8分频、系统时钟或系统时钟的12分频。 T3只有自动重装初值一种工作方式，初值保存在TMR3RLL（低字节）和TMR3RLH（高字节）两个SFR中，T3没有计数器方式。 除作为通用定时/计数器使用外，T3还可以

26、用于启动ADC数据转换、SMBus定时等。 与T3相关的SFR如表4-6所示，原理框图如图4-8所示。第45页，共216页。表4-6 定时器T3的特殊功能寄存器特殊功能寄存器符号地址寻址方式复位值定时器3控制寄存器TMR3CN0 x91字节0 x00定时器3重载寄存器低字节TMR3RLL0 x 92字节0 x00定时器3重载寄存器高字节TMR3RLH0 x 93字节0 x00定时器3低字节TMR3L0 x 94字节0 x00定时器3高字节TMR3H0 x 95字节0 x00第46页，共216页。1. 定时器T3的结构时基选择仅此一种方式启动ADC第47页，共216页。2定时器3控制寄存器TMR

27、3CN 位7（TF3）：T3溢出标志位溢出时置1，不能由硬件自动清0，必须用软件清0 位2（TR3）：T3运行控制位 0：停止。1：启动。位1（T3M）：T3时钟选择位 0：T3使用系统时钟的12分频。1：T3使用系统时钟。位0（T3XCLK）：T3外部时钟选择位 0：由T3M定义。1：外部振荡器输入的8分频。 T3XCLKT3MTR3-TF3字节地址C8H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0第48页，共216页。3T3应用举例 例 4.3 假设C8051F020的并行口P2、P3连接16个共阳极LED指示灯，试编写程序使P3口所接的LED灯循环点亮，P2口所接的LED灯实现走马灯

28、效果。（实验四） 解：要实现题目要求的效果，只需要定期更新P2、P3口的状态即可。这里可以使用T3定时器再加软件计数的方法达到所要求的时间，假设T3定时0.1秒产生中断，则软件计数器每0.1秒加1，让计数器加到5时，改变P2、P3口的状态，就可以实现每秒2次刷新LED灯的状态。第49页，共216页。3T3应用举例#include sfr16 TMR3RL = 0 x92; /16位SFR sfr16 TMR3 = 0 x94; #define SYSCLK 2000000 /系统时钟使用2MHz/函数声明void PORT_Init(void); void Timer3_Init(int co

29、unts);void Timer3_ISR(void);/P2口8个LED （共阴极）产生走马灯效果所需的数据 unsigned int xdata p2led=0 x7f,0 xbf,0 xdf,0 xef,0 xf7, 0 xfb,0 xfd,0 xfe; 第50页，共216页。3T3应用举例void main (void) WDTCN = 0 xde; /禁止看门狗定时器 WDTCN = 0 xad;PORT_Init(); /端口初始化 Timer3_Init(SYSCLK/12/10); /T3初始化，产生0.1秒的定时中断 EA = 1; /开中断 while (1) ; /循环等

30、待T3中断，产生走马灯效果 void PORT_Init (void) XBR2 = 0 x40; /使能交叉开关第51页，共216页。3T3应用举例void Timer3_Init (int counts) TMR3CN = 0 x00; TMR3RL = -counts; /T3赋初值，也可以采用8位SFR方式，向例4.2那样 TMR3 = 0 xffff; /立即重载 EIE2 |= 0 x01; /开T3中断 ,见P42 EIE2格式 TMR3CN |= 0 x04; /启动T3第52页，共216页。3T3应用举例void Timer3_ISR (void) interrupt 14

31、static int count; static int i=9,j=0; static int led=0 xff; /P3口LED灯的初始状态 TMR3CN &= (0 x80); /清TF3 count+; if(count=5) /T3中断5次更新一次LED灯状态 count=0; P3=led;P2=p2ledj; /查表led=led1; i-; j+; if(j=8) j=0; /P2口LED灯循环一个周期 if(i=0) i=9; led=0 xff; /P3口LED灯循环一个周期 为什么i=9，而不是i=8?因为还有全亮和全灭两个状态，所以共10个状态。第53页，共216页。

32、4.2 可编程计数器阵列 可编程计数器阵列 (Programmable Counter Array)提供了增强的定时器功能，与标准8051的定时器/计数器相比，需要的CPU干预更少。C8051F020内部集成有一个可编程计数器阵列，称为PCA0 。包含一个专用的16位定时器/计数器和5个16位捕捉/比较模块。每个捕捉/比较模块有自己的I/O线 (CEXn)。通过配置交叉开关，可以将I/O线连接到并行I/O端口。定时/计数器有六个计数源(由PCA0MD中的CPS2-CPS0位选择)：系统时钟、系统时钟/4、系统时钟/12、外部振荡器时钟源8分频、定时器0溢出、ECI线上的外部时钟信号。每个捕捉/

33、比较模块可独立工作在6种工作方式之一。第54页，共216页。4.2 可编程计数器阵列6种时钟源捕捉/比较模块第55页，共216页。4.2.1 PCA0交叉开关配置第56页，共216页。表4-7 PCA0的功能引脚与I/O端口的连接PCA0ME2(XBR0.5)PCA0ME12(XBR0.4)PCA0ME0(XBR0.3)连到I/O端口连接数000所有PCA0口都不配置I/O端口0001CEX01010CEX0、CEX12011CEX0、CEX1、CEX23100CEX0、CEX1、CEX2、CEX341CEX0、CEX1、CEX2、CEX3、CEX45第57页，共216页。4.2.2 PCA0

34、的特殊功能寄存器特殊功能寄存器符号地址寻址方式复位值PCA0控制寄存器PCA0CN0 xD8字节、位0 x00PCA0方式选择寄存器PCA0MD0 x D9字节0 x00PCA0捕捉/比较寄存器PCA0CPMn0 x 8A字节0 x00PCA0定时器/计数器低字节PCA0L0 x E9字节0 x00PCA0定时器/计数器高字节PCA0H0 x F9字节0 x00PCA0捕捉模块低字节PCA0CPLn0 x EA0 xEE字节0 x00PCA0捕捉模块高字节PCA0CPHn0 x FA0 xFE字节0 x00第58页，共216页。4.2.2 PCA特殊功能寄存器 1、PCA控制寄存器PCA0CN

35、 CCF0CCF1CCF2CCF3CCF4-CRCF字节地址D8H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位7（CF）：PCA定时器/计数器溢出标志位PCA0定时/计数器溢出时由硬件置位。如允许CF中断，将使CPU转向CF中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。 位6（CR）：PCA0定时/计数器运行控制位0：停止计数 1：启动计数位5：未用。读=0b，写=忽略。位4-位0（CCF4- CCF0）：PCA0模块4-模块0捕捉/比较标志位匹配或捕捉时由硬件置位。允许CCF中断时，将使CPU转向CCF中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。第59页，共216页。2、PC

36、A0方式选择寄存器PCA0MD 位7（CIDL）：PCA0定时/计数器等待控制位0：当CPU处于等待方式时，PCA0继续正常工作。1：当CPU处于等待方式时，PCA0停止工作。位6-4：未用。读=000b，写=忽略。位3-1（CPS2-CPS0）：PCA0定时器/计数器计数时钟源选择位这些位选择PCA0计数器的计数时钟源，如表4-5所示。位0（ECF）PCA0定时器/计数器溢出中断允许位0：禁止CF中断。 1：允许CF中断。ECFCPS0CPS1CPS2-CIDL字节地址D9H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0第60页，共216页。3、PCA0捕捉/比较寄存器PCA0CPMn P

37、CA0CPMn地址： PCA0CPM0=0 xDA (n=0)、PCA0CPMl=0 xDB (n=1) PCA0CPM2=0 xDC (n=2)、PCA0CPM3=0 xDD (n=3) PCA0CPM4=0 xDE (n=4)位7：PWMl6n：16位脉冲宽度调制允许位 当工作在脉冲宽度调制方式时 (PWMn=1)，该位选择16位PWM方式。 0：选择8位PWM。1：选择16位PWM。ECCFnPWMnTOGnMATnCAPNnCAPPnECOMnPWM16n字节地址0DA-0DEH D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0第61页，共216页。位6（ECOMn）：比较器功能允许位0

38、：禁止。1：允许。位5（CAPPn）：正沿捕捉功能允许位0：禁止。1：允许。位4（CAPNn）：负沿捕捉功能允许位0：禁止。1：允许。位3（MATn）：匹配功能允许位0：禁止。1：允许。位2（TOGn）：电平切换功能允许位 0：禁止。1：允许。位1（PWMn）：脉宽凋制方式允许位 0：禁止。1：允许。位0（ECCFn）：捕捉/比较标志中断允许位0：禁止CCFn中断1：当CCFn位置1时，允许捕捉/比较标志的中断请求。3、PCA0捕捉/比较寄存器PCA0CPMn 第62页，共216页。4.2.3 PCA定时器/计数器 16位PCA定时/计数器由PCA0L（低字节）和PCA0H（高字节）组成。在读

39、PCA0L的同时自动锁存PCA0H的值。读PCA0H或PCA0L不影响计数器工作。原理框图如图4-10所示。PCA0MD寄存器中的CPS2-CPS0位用于选择PCA定时/计数器的计数脉冲源，如下表所示。CPS2CPS1CPS0计数脉冲源000系统时钟的12分频001系统时钟的4分频010定时器0溢出011ECI负跳变（最大速率=系统时钟频率/4）100系统时钟101外部振荡源8分频第63页，共216页。4.2.3 PCA定时器/计数器清除PCA0MD寄存器中的CIDL位则允许PCA在微控制器内核处于等待方式时继续正常工作。定时/计数器溢出时 (从0 xFFFF加1到0 x0000)，PCA0M

40、D中的CF 置1，如果允许CF中断，则可以产生一个中断请求。PCA0MD中的ECF位置1即可允许CF中断，但要使CF中断得到响应，必须先总体允许PCA0中断（通过将EA位 (IE.7) 和EPCA0位 (EIE1.3) 置1可总体允许PCA0中断）。CF位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。PCA0中断配置的详细信息如图4-11所示。第64页，共216页。4.2.3 PCA定时器/计数器读PCA0L时锁存PCA0H第65页，共216页。4.2.3 PCA定时器/计数器将PCA0MD中的ECF位置1即可允许CF中断各模块中断控制总控开关第66页，共216页。4.2.4 PCA捕捉/比较模块 5个

41、捕捉/比较模块都可独立工作在六种工作方式（由PCA0CPMn设置），如下表所示： PWM16ECOMCAPPCAPNMATTOGPWM工 作 方 式XX10000用CEXn的正沿触发捕捉XX01000用CEXn的负沿触发捕捉XX11000用CEXn的电平改变触发捕捉X100100软件定时（比较）器X100110高速输出X100X11频率输出0100X018位脉冲宽度调制器1100X0116位脉冲宽度调制器第67页，共216页。1边沿触发的捕捉方式CEXn引脚上有效的电平变化（CEXn输入信号的高、低电平至少要持续两个系统时钟周期）可以捕捉PCA0定时 /计数器的值，将其装入到对应模块的16位捕

42、捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 进行比较。当捕捉发生时，PCA0CN中的捕捉/比较标志 (CCFn) 置1，如果允许CCF中断，则可产生一个中断请求。CCFn位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。原理框图如图4-12所示。 第68页，共216页。1边沿触发的捕捉方式正/负跳变捕捉中断捕捉第69页，共216页。2软件定时(比较)器方式 置1 PCA0CPMn寄存器中的ECOMn和MATn位可将PCA0设置在软件定时(比较)器方式。该方式将PCA0定时/计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 进行比较。匹配时，PCA0CN中的捕捉/比较

43、标志 (CCFn) 置1，如果允许CCF中断，则可产生一个中断请求。CCFn位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。注意：向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位值时，应先写低字节，后写高字节。对PCA0CPLn的写入操作将清ECOMn位；PCA0CPHn写入时将置1 ECOMn位。 原理框图如图4-13所示。第70页，共216页。2软件定时(比较)器方式写PCA0CPLn 、 PCA0CPHn对ECOMn的影响匹配允许开关中断比较第71页，共216页。3高速输出方式 该方式下，每当PCA的计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 发生匹配时，模块的CEXn

44、引脚上的逻辑电平将发生改变。置1 PCA0CPMn寄存器中的TOGn、MATn和ECOMn位可将PCA0设置为该方式。与软件定时器方式一样应注意，当向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位数值时，应先写低字节，后写高字节。 原理框图如图4-14所示。第72页，共216页。3高速输出方式同上设置此3位即为该方式匹配后电平发生改变第73页，共216页。4频率输出方式 该方式在对应的CEXn引脚产生可编程频率的方波。捕捉/比较寄存器的高字节保持着输出电平改变前要计的PCA时钟数。 所产生的方波的频率由下式定义： FPCA是由PCA方式寄存器PCA0MD中的GPS2-0位选择的PCA时钟频率。第74

45、页，共216页。4频率输出方式捕捉/比较模块的低字节与PCA0计数器的低字节比较，两者匹配时，CEXn的电平发生改变，高字节中的偏移值加到PCA0CPLn。注意：在该方式下如果允许模块匹配 (CCFn) 中断，则发生中断的速率为2fCEXn。置位PCA0CPMn寄存器中ECOMn、TOGn和PWMn位可将PCA0设置为频率输出方式。第75页，共216页。4频率输出方式匹配时，电平改变，PCA0CPHn加到PCA0CPLn第76页，共216页。58位脉宽调制器方式 该方式下，每个模块都可以独立地产生脉宽调制 (PWM)输出。PWM的频率取决于PCA0定时/计数器的计数时钟源。使用模块的捕捉/比较

46、寄存器PCA0CPLn可以改变PWM输出信号的占空比。当PCA0定时器/计数器的低字节 (PCA0L)与PCA0CPLn中的值相等时，CEXn输出高电平，当PCA0L中的计数值溢出时，CEXn输出低电平。当定时器/计数器的低字节PCA0L溢出时（从0 xFF到0 x00），PCA0CPHn中的值自动装入PCA0CPLn，不需软件干预。置1 PCA0CPMn寄存器中的ECOMn和PWMn位可将PCA0设置为8位脉冲宽度调制器方式。第77页，共216页。58位脉宽调制器方式匹配时置1溢出时置0并将PCA0CPHn装入PCA0CPLn第78页，共216页。58位脉宽调制器方式8位PWM方式的占空比由

47、下面方程给出： 可见，最大占空比为100% (PCA0CPHn=0)，最小占空比为0.39% (PCA0CPHn =0 xFF)。可以通过清0 ECOMn位产生0%的占空比。 第79页，共216页。616位脉宽调制器方式16位方式，其余与8位方式相同第80页，共216页。4.2.5 PCA应用举例例4.4 PCA0模块0工作在16位PWM方式驱动直流电机。1. 工作原理设置PCA0模块0工作在16位PWM方式，从P0.0输出方波脉冲驱动直流电机，原理图如图4-22所示。改变方波的占空比，可以实现对直流电机的调速控制。第81页，共216页。4.2.5 PCA应用举例2. 相关特殊功能寄存器的配置

48、（1）I/O端口交叉开关寄存器XBR0 选择PCA0ME=001B，CEX0连接到端口P0.0。XBR0=0 x08。（2）I/O端口交叉开关寄存器XBR2 选择WEAKPUD=0，允许全局弱上拉；XBARE=1，使能交叉开关。XBR2=0 x40。CP0EECI0EPCA0ME2PCA0ME1PCA0ME0UART0ENSPI0ENSMB0EN00001000WEAKPUDXBARE-T4EXET4EUART1EEMIFLECNVSTE01000000第82页，共216页。4.2.5 PCA应用举例（3）PCA0方式选择寄存器PCA0MD 选择CIDL=0，系统空闲时，PCA0继续工作；CP

49、S=100，使用系统时钟为PCA0计数器时钟源；ECF=1，允许PCA0定时器/计数器溢出中断。PCA0MD=0 x09。（4）PCA0捕捉/比较模块0寄存器PCA0CPM0 选择PWM160=1，ECOM0=1，PWM0=1，使捕捉/比较模块0工作在16位PWM方式；ECCF0=1，允许捕捉/比较标志CCF0的中断请求；MAT0=1，使能匹配功能。PCA0CPM0=0 xcb。 CIDL-CPS2CPS1CPS0ECF00001001PWM160ECOM0CAPP0CAPN0MAT0TOG0PWM0ECCF011001011第83页，共216页。4.2.5 PCA应用举例（5）PCA0捕捉模

50、块0寄存器PCA0CPL0和 PCA0CPH0由前可知，16位PWM方式的占空比为： 占空比= 这里，模块0的PCA0CPn由PCA0CPL0和 PCA0CPH0组成。PCA0CPL0和 PCA0CPH0的值由占空比决定，即占空比= 由该式可以计算出常用占空比与PCA0CPL0和PCA0CPH0的对应关系如表4-11所示。 第84页，共216页。4.2.5 PCA应用举例PCA0CPH0PCA0CPL0占空比0 x800 x00(0 x1000-0 x8000)/0 x10000=1/20 xc00 x00(0 x1000-0 xc000)/0 x10000=1/40 xe00 x00(0 x

51、1000-0 xe000)/0 x10000=1/8表4-11 16位PWM方式的占空比与PCA0CPL0和PCA0CPH0的对应关系第85页，共216页。4.2.5 PCA应用举例（6）内部振荡器控制寄存器OSCICN 选择IFRDY=1，内部振荡器准备好标志，内部振荡器频率按照IFCN位指定的速度运行，这里IFCN=11，选择16MHz。I0SCEN=1，使能内部振荡器。OSCICN=0 x17。MSCLKE-IFRDYCLKSLIOSCENIFCN1IFCN000010111第86页，共216页。4.2.5 PCA应用举例3. 程序清单#include /函数原型声明void Port_

52、Init(void); /端口初始化程序void PCA0_Init(void); /PCA0初始化程序void PCA0_ISR(void); /PCA0中断服务程序void main(void)WDTCN=0 xde; /关看门狗WDTCN=0 xad;Port_Init( );PCA0_Init( );EA=1;while(1); /等待中断产生PWM波形第87页，共216页。4.2.5 PCA应用举例void Port_Init(void) /端口初始化程序XBR0=0 x08; /CEX0配置到端口P0.0XBR2=0 x40; /使能交叉开关和弱上拉void PCA0_Init(v

53、oid) /PCA0初始化程序EIE1=0 x08; /允许PCA0申请中断OSCICN=0 x17; /采用内部时钟，频率为16MHzPCA0MD=0 x09; /使用系统时钟源，允许PCA0定时器/计数器溢出中断PCA0L=0 x00; /定时器/计数器初值为0 x0000PCA0H=0 x00;PCA0CPM0=0 xcb; /PCA0模块0为16位PWM方式，允许CCF0中断PCA0CPL0=0 x00;PCA0CPH0=0 x80;PCA0CN=0 x40; /启动PCA0定时器/计数器 第88页，共216页。4.2.5 PCA应用举例void PCA0_ISR(void) inte

54、rrupt 9 /PCA0中断服务子程序CF=0; /清溢出中断标志CCF0=0; /清匹配中断标志 第89页，共216页。4.2.5 PCA应用举例例4.5 用PCA0边沿触发的捕捉方式测量方波的周期。1. 工作原理PCA0负边沿触发的捕捉方式测量方波周期的电路图如图4-23所示。将CEX0配置到P0.0端口，并将被测方波信号由P0.0输入到C8051F020中的PCA0。 第90页，共216页。4.2.5 PCA应用举例输入时钟信号间隔T微妙后便产生1次负跳变并触发中断，产生捕捉。这时在t时间宽度内，两次负跳变之间的计数值存放在16位寄存器PCA0CPH0和CPA0CPL0中，可以读出。设

55、该计数值的数值为D，则或式中，T为被测方波的周期。16MHz是程序选定的振荡器频率，它作为PCA0计数器的计数时钟源。为提高测量精度，可以选择测量的时间宽度为100T，D为100T内的计数值的总和，然后再取平均值可得到T：第91页，共216页。4.2.5 PCA应用举例2. 相关特殊功能寄存器的配置 1）I/O端口交叉开关寄存器XBR0和XBR2与例4.4相同，XBR0=0 x08，XBR2=0 x40。2）PCA0方式选择寄存器（PCA0MD）与例4.4相同，PCA0MD=0 x09。3）PCA0捕捉/比较模块0寄存器PCA0CPM0选择CAPN0=1，使捕捉/比较模块0工作在负边沿触发的捕

56、捉方式；ECCF0=1，允许捕捉/比较标志CCF0的中断请求。 PCA0CPM0=0 x11。4）内部振荡器控制寄存器OSCICN与例4.4相同，OSCICN=0 x17。第92页，共216页。4.2.5 PCA应用举例3. 程序清单#include /函数原型声明void PORT_Init (void); /I/O端口初始化void PCA0_Init (void); /PCA0初始化void PCA0_ISR (void); /PCA0中断服务子程序unsigned char i; /PCA0中断次数计数器void main (void) float T,data0; /用于频率计算 W

57、DTCN = 0 xde; /关看门狗 WDTCN = 0 xad; PORT_Init (); i=0; EA = 1; /开中断 PCA0_Init (); /PCA0初始化 while (i0 x64) ; /等待PCA0 中断100次 PCA0CN=0 x00; /禁止PCA0定时器/计数器 EIE1 = 0 x00; /禁止PCA0中断 data0=(PCA0CPH0*256+PCA0CPL0); /处理来自PCA0CPH0和PCA0CPL0的数据 data0=data0/16.0; T=data0/100.0; /计算被测波形的周期,以s为单位第93页，共216页。4.2.5 PC

58、A应用举例void PORT_Init (void) /端口初始化程序 XBR0 = 0 x08;/CEX0配置到端口P0.0 XBR2 = 0 x40; /使能交叉开关和弱上拉void PCA0_Init (void) /PCA0初始化程序EIE1 = 0 x08; /使能PCA0中断OSCICN=0 x17; /采用内部时钟，频率为16MHzPCA0MD = 0 x09; /使用系统时钟源，允许PCA0定时器/计数器溢出中断PCA0L = 0 x00;PCA0H = 0 x00;PCA0CPM0 = 0 x11; /PCA0负边沿捕捉方式，允许辅捉/比较标志的中断申请PCA0CPL0 =

59、0 x00;PCA0CPH0 = 0 x00; PCA0CN=0 x40;/启动PCA0定时器/计数器void PCA0_ISR (void) interrupt 9 /PCA0中断服务子程序i+;/计中断次数CCF0 = 0;/清匹配中断标志CCF0第94页，共216页。PCA应用举例void SYSCLK_Init (void) /时钟初始化 int i; OSCXCN = 0 x67; /外部晶振22.1184MHz for (i=0; i 256; i+) ;/延时 while (!(OSCXCN & 0 x80) ;/等待外部晶振稳定 OSCICN = 0 x88; /选择外部晶振作

60、系统时钟源，允许时钟丢失检测 void Init_PCA0(void) /PCA0初始化 PCA0MD=0 x08; /PCA0采用系统时钟，禁止PCA0定时器溢出中断EIE1|=0 x08; /允许PCA0中断 PCA0CPM0=0 x21; /模块0上升沿中断允许 PCA0CPM1=0 x21; /模块1 CR=0; /关PCA0第95页，共216页。4.3 UART通信接口 C8051F具有丰富的串行通信接口。包括2个UART通信接口、一个与I2C兼容的SMBus接口和一个SPI接口。UART串行接口是全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收。它可以作UART（通用异步接收和发送器