单片机原理及应用：MCS-51的片内接口

MCS-51的片内接口内容提要:§5-1MCS-51中断系统§5-2定时/计数器§5-4MCS-51片内串行接口§5-3定时/计数器的应用§5-1MCS-51中断系统一、概述与上对比，单片机中也有同样的问题。CPU正在执行原程序，突然，被意外事情打断，转去执行新程序。CPU执行新程序结束后，又回到原程序中继续执行。这样的过程就叫。中断

什么叫中断？

举例：某同学正在教室写作业，忽然被人叫出去，回来后，继续写作业。这就是生活中中断的例子。

对突发事故，做出紧急处理。根据现场随时变化的各种参数、信息，做出实时监控。

CPU与外部设备并行工作,以中断方式相联系,提高工作效率。解决快速CPU与慢速外设之间的矛盾。在多项外部设备同时提出中断请求情况下，CPU能根据轻重缓急响应外设的中断请求。

中断的作用：对于MCS-51单片机中断系统的组成可以用一句话来讲，叫做：“五源中断，两级管理”

五个中断源：入口地址外部中断0（/INT0）0003HT0溢出中断000BH

外部中断1（/INT1）0013HT1溢出中断001BH

串口中断0023H

二、中断请求源（“五源中断”）中断源的中断请求，如何通知CPU？利用中断请求标志位来通知！！！以上6个中断请求标志位分别分布在TCON、SCON两个寄存器中。TCONIT0IE0IT1IE1TR0TF0TR1TF1TF1——T1的溢出中断标志硬件置1，硬件清0（也可软件清0）TF0——T0的溢出中断标志。（同TF1，只是针对T0的）IE1——外部中断1（/INT1）请求标志。外部有中断请求时，硬件使IE1置1，硬件清0。IE0——外部中断0（/INT0）请求标志。IT1——外部中断1（/INT1）触发类型控制位。

IT1=0，低电平触发。IT1=1，下降沿触发。

IT0——外中断0（/INT0）触发类型控制位，用法同IT1。

SCON

RI

TIRB8TB8RENSM2SM1SM0TI——串口发送中断标志位。

发送完数据，硬件使TI置1，软件清0（CLRTI）

RI——串行口接收中断标志位。

硬件置1，软件清0。

在中断源与CPU之间有二级中断允许控制逻辑电路，类似开关，其中第一级为一个总开关，第二级为五个分开关，由IE控制。

三、中断控制（两级管理）1、中断屏蔽（第一级管理）IEEX0ET0EX1ET1ES————EAEA——总控制位

“—”——未定义位ES——串口控制位

ET1——T1中断控制位

EX1——/INT1控制位

ET0——T0中断控制位

EX0——/INT0控制位

若为“1”，开关接通，允许例如SETBEA若为“0”，开关断开，不允许例如CLRIE.72、中断优先级（第二级管理）为什么要有中断优先级？CPU同一时间只能响应一个中断请求。若同时来了两个或两个以上中断请求，就必须有先有后。！！！

为此将5个中断源分成高级、低级两个级别，高级优先，由IP控制。

IPPX0PT0PX1PT1

PS——————PS——串口的中断优先级别PT1——定时/计数器T1的中断优先级别PX1——外部中断1的中断优先级别PT0——定时/计数器T0的中断优先级别PX0——外部中断0的中断优先级别该位是“1”时，为高级优先级该位是“0”时，为低级优先级同一级中的5个中断源的优先顺序是：/INT0中断

T0溢出中断

/INT1中断

T1溢出中断

串口中断

高低出厂前已由厂家固化顺序——事先约定中断优先原则：（概括为四句话）1、低级不打断高级2、高级不睬低级3、同级不能打断4、同级、同时中断，事先约定。

事件1事件2子程序2子程序1中断嵌套的概念：

主程序中断中断四、MCS-51中断的响应过程

CPU每个机器周期都需要顺序检查每个中断源，当检测到有中断请求时，能否响应，还要看下述情况是否存在：

（1）CPU正处理相同级别或更高级别的中断；（2）正在执行指令，还未到最后一个机器周期；（3）正在执行的指令是RETI或访问IP、IE指令，则执行完上述指令后，再执行一条指令后，才会响应新中断。

日常生活中的中断与单片机中断的比较：

某同学

单片机过程说明正在看书

执行主程序有人找出去

中断信号

中断请求暂停看书

暂停执行主程序

中断响应书中作记号

当前PC入栈

保护断点出去做事

执行中断程序

中断服务回来继续看

返回主程序

中断返回响应过程：（假设已使某中断请求标志置1）（1）先使相应优先级状态触发器置1；（2）执行一个硬件子程序的调用，1）硬件清零相应中断请求标志（TI、RI除外）2）将当前PC内容压入堆栈——保护断点；3）将中断服务子程序入口地址送PC——转移。

返回过程：（RETI执行后）（1）使相应优先级状态触发器清0。（2）从堆栈中弹出栈顶的两个字节内容送PC——恢复断点。（3）CPU接着中断处继续执行原程序。

注意：1）保护断点与保护现场以及恢复断点与恢复现场的区别。2）外部中断响应时间在3~8个机器周期之间。

利用外部中断实现单步操作:

8031+5v在主程序中:CLRIT0SETBEASETBPX0SETBEX0………在中断服务子程序中:JNBP3.2,$JBP3.2,$RETI小结：1、MCS-51单片机中断系统有几个中断源？分别是什么？事先约定的优先顺序是怎样的？2、如何进行中断允许控制？如何进行中断优先级控制？3、中断优先的规则是什么？

§5-2定时/计数器一、定时/计数器的结构51子系列单片机内有两个十六位增一定时/计数器TH0计数值高八位TL0计数值低八位TH1计数值高八位TL1计数值低八位TMODTCON工作方式定时/计数控制控制控制1、工作方式控制寄存器

TMOD

TMODM0

M1C/GATE

M0

M1C/GATET1T0GATE——门控位。

GATE=0启动不受/INT0或/INT1的控制；

GATE=1启动受/INT0或/INT1的控制。

C/T——外部计数器/定时器方式选择位

C//T=0定时方式；

C//T=1计数方式。

M1M0——工作模式选择位（编程可决定四种工作模式）。

2、定时/计数器控制寄存器TCONTCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

能否启动定时/计数器工作与GATE有关，分两种情况：

GATE=0时，若TRi=1，开启Ti计数工作；(i=0或1）若TRi=0，停止Ti计数。

GATE=1时，若TRi=1且/INTi=1时开启Ti计数；若TRi=1且/INTi=0时不能开启Ti计数。

若TRi=0，

停止Ti计数。

TR0——定时/计数器0运行控制位。

软件置位，软件复位。

TR1——定时/计数器1运行控制位。（用法与TR1类似）

二、定时/计数器的四种工作模式

M1M0模式说明00013位定时/计数器高八位TH（7~0）+低五位TL（4~0）01116位定时/计数器

TH（7~0）+TL（7~0）1028位计数初值自动重装

TL（7~0）TH（7~0）113T0运行，而T1停止工作，8位定时/计数。

1、模式0计数寄存器TLi

低5位+THi8位（T1、T0的等效逻辑结构）TLi(5位)THi(8位)TFi中断控制BAC/T=0振荡器1/12&≥1TiTRiGATEINTiC/T=10~40~7C//T=0——定时；C//T=1——对外计数。定时：fosc/12=1/（12/fosc）=1/T波形等间隔，次数已定，时间确定即对机器周期进行计数。左图定时时间为N*TN个方波T计数：脉冲不等间隔。

每个下降沿计数一次

确认一次负跳变需两个机器周期，

所以，计数频率最高为fosc/24。

2、模式1与模式0相似。与模式0的区别：计数位数不同。计数寄存器：THi（高8位）+TLi（低8位）

TFi中断TLi(8位)THi(8位)0~70~7控制BAC/T=0振荡器1/12&≥1TiTRiGATEINTiC/T=13、模式2与模式0、1的区别：1）计数位数不同；2）初值自动重装。

TFi中断TLi(8位)THi(8位)控制BAC/T=0振荡器1/12&≥1TiTRiGATEINTiC/T=14、模式3T0定时/计数，而T1停止计数，但可作波特率发生器。T0分成两独立定时/计数器TL0和TH0。TL0使用C//T、GATE、TR0、/INT0、TF0定时/计数，TH0使用TR1、TF1因此，只能用于定时

TF0中断控制BAC/T=0振荡器1/12&≥1TiTRiGATEINTiC/T=1TL0(8位)振荡器1/12TH0TF1中断（a）TL0作8位定时/计数器（b）TH0作8位定时器模式3时，T1可定时为模式0、1、2的定时/计数，但不可中断，所以一般只作串口波特率发生器用。振荡器1/12TL1(5位)TH1(8位)串行口C/T=0C/T=1T1(P3.5)振荡器1/12TL1(8位)TH1(8位)串行口C/T=0C/T=1T1(P3.5)TLi(8位)THi(8位)振荡器1/12C/T=0C/T=1T1(P3.5)串行口(a)T0模式3时T1模式0(b)T0模式3时T1模式1(c)T0模式3时T1模式2编程前确定参数：（1）定时/计数器——T0、T1选择其一，（2）工作方式——C//T及GATA，（3）计数初值——加1计数、16位。

计数：X=M－N；M=213=8192（模式0）M=216=65536（模式1）M=28=256（模式2、模式3）定时：X=M–N=M–t/T（t为所要求的定时时间，T为机器周期）

（4）工作模式——

M1、M0

N0010

1046MX四、定时/计数器的应用编制初始化程序：1）写TMOD；2）确定IE、IP；3）写计数初值；4）启动计数（TRi）

例1、设计一个能产生t=1ms的周期信号发生器，试编程。解：选T0；C//T=0，GATE=0

N=t/T=t/[12×（1/fosc）]=500

所以，X=M－500，模式0、模式1均可，取模式0，M=213=8192X=8192－500=7692=1E0CH=0001111000001100B，

1E0CH01100TL011110000TH0F0H0CH先将低五位放入TL0中，再将剩余的数从右向左数出八位放入TH0中。

LJMPMAINORG000BHLJMPINSE1ORG1000HMAIN：

MOVSP，#60HMOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTMOD，#00H

SETBTR0SETBET0SETBEASJMP＄

………ORG0000H

INSE1：MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HCPLP10RETI小结：1、MCS-51单片机内有几个定时计数器？如何计数？2、T0、T1有几种工作方式？3、编程应用前要事先确定的参数有几个？

布置作业：P1419§5-3定时/计数器的应用TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

M0

M1C/GATE

M0

M1C/GATETMODTCON复习:例2、设fosc=6MHz，利用单片机内定时/计数器及P10口线输出1000个脉冲，脉冲周期为2mas，试编程。

8031P1.0T12ms

T=12×1/fosc=2us选取T0定时；T1计数。

设T0采用中断方式产生周期为2ms方波，T1对该方波计数，当输出至第1000个脉冲时，使TF1置1。在主程序中用查询方法，检测到TF1变1时，关掉T0，停止输出方波。

T0、T1参数的确定：T0模式0、定时：脉宽为脉冲周期的一半所以，X=213－1ms/2us=0001111000001100BTH0=0F0H;TL0=0CHT1模式1、计数：N=1000

则X=65536－1000=64536=0FC18H

（若选模式0也可以，此时X=7192=1C18H）

程序：

ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTOSORG1000H

MAIN：MOVTMOD，#50H；T0定时，模式0；T1计数，模式1MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HMOVTL1，#18HMOVTH1，#0FCH

SETBTR1SETBTR0SETBET0SETBEAWAIT：

JNBTF1，WAIT；查询1000个脉冲计够没有到？

CLREACLRET0ANLTCON，#0FH；停T0、T1SJMP＄

TOS：MOVTL0，#0CHMOVTH0，#0F0HCPLP10RETIEND例3、脉冲参数测量——GATE功能的使用。脉冲高电平（计数）长度值存于21H、20H中，脉冲低电平长度存于23H、22H中。电路连接如下图所示。解：复习GATE的用法：

GATE=0时，TRi=1，即可启动Ti定时/计数

GATE=1时，TRi=1，且=1，才启动定时/计数。8031P3.2P3.11被测信号21a3T0计数T1计数

ORG0000HLJMPMAINORG2000HMAIN：MOVTMOD，#99H；T0、T1均工作在定时，；模式1，GATE=1MOVA，#00H；T0、T1赋计数初值00H，;定时最长时间为0000~65536

MOVTL0，A

MOVTH0，AMOVTL1，AMOVTH1，A

TEST0：JBP32，TEST0；检测是否到a点

SETBTR0；到a点，TR0=1，做好取计时值准备。TEST1：JNBP32，TEST1；检测是否到1点

SETBTR1；到1点T0计时；TR1=1，做好T1计时准备。TEST2：JBP32，TEST2；检测是否到2点

CLRTR0；到2点，停止T0计时，T1开始计时。

MOV20H，TH0；保存T0计时结果

MOV21H，TL0TEST3：JBP33，TEST3；检测是否到3点

CLRTR1；到3点，停止T1计数

MOV22H，TH1；保存T1计数结果

MOV23H，TL1LCALLDISPSJMP＄

小结：1、定时/计数的四种方式是怎样的？2、如何计算计数初值？如何编程送入计数初值？3、GATE的用法是怎样的？

布置作业：P14110、11§5-4MCS-51单片机串行接口一、串行通信概述1、什么叫串行通信？

在生活中同学们排横队行走——并行；排纵队行走——串行。计算机中在传输信息、数据时也有并行、串行的问题。0010001001P1.0P1.1P1.2P1.3RXDTXD单片机外设1外设21111110101000接收设备发送设备2、同步通信、异步通信同步——发送设备时钟与接收设备时钟严格一致。校验字符2校验字符1数据n

………数据2数据1同步字符2同步字符1异步——发送时钟与接收时钟不一定相等。空闲位停止位奇偶校验位5~8位数据起始位空闲位3、串行通信的方向单工

A

发

B发半双工

A

发收

B

收发例如：广播电台收音机例如：对讲机全双工

A

发收

B

收发例如：电话机4、波特率即串行通信速率。b/s、bps在异步通信中，单位时间内所传送的有效二进制位数——波特率。举例、设有一帧信息，1个起始位、8个数据位、1个停止位，传输速率为每秒240个字符。求波特率。解：（1＋8＋1）×240=2400b/s=2400波特。

5、串行通信接口发送：CPUD7D6D5D4D3D2D1D0发送寄存器SBUF01D0D1D2D3D4D5D6D7发送时钟:接收:D0D1D2D3D4D5D6D710D7D6D5D4D3D2D1D0CPU接收时钟接收数据寄存器SBUF二、MCS-51机串行接口单片机内有通用异步接收/发送器UART。全双工，4种工作方式，波特率可编程设置，可中断。1、串口的组成从编程角度讲来看主要由以下寄存器组成。SBUF——串行发送/接收数据缓冲器是两个物理单元，共用一个地址（99H）SMODPCON——电源管理寄存器SMOD位用于决定波特率的倍数。020=1倍121=2倍SCON——串行口控制寄存器SM0SM1SM2RENTB8RB8

TI

RITI/RI：中断请求标志位（前面已讲过）RB8：接收的第九位数TB8：发送的第九位数REN：允许接收控制位SM2：多机通信控制位（常与RB8配合，决定是否激活RI）SM0、SM1：工作方式选择位（四种工作方式）2、串行口的工作方式（1）方式0：同步移位寄存器方式

波特率固定为fosc/12RXD——接收发送数据

TXD——产生同步移位脉冲接收/发送完，置位RI/TI，（要求SM2=0）

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7发送接收无起始位，无停止位。可用于并口的扩展。（2）方式1：8位UART波特率为（2SMOD×T1的溢出率）/32，可变。一帧信息10位。D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位发送D7D6D5D4D3D2D1D0起始位停止位接收送RB8发送完置位TI。当接收到数据后，置位RI是有