51单片机C语言应用与开发(第3章)

1、第3章 51单片机的内部资源,51单片机C语言应用与开发,单片机的内部资源是单片机内部最基本的结构单元。 要想理解单片机的工作原理，充分运用单片机的功能，设计高效、合理的单片机控制系统，必须对单片机的内部资源有比较详细的了解和认识。 本章主要介绍MCS-51系列单片机的并行I/O口、中断系统、定时器/计数器和串行通信等内部资源。,第3章 51单片机的内部资源,本章重点 并行I/O口 中断系统和中断程序设计 定时器及定时器中断程序设计 串行通信及串行中断程序设计 本章难点 中断及中断优先级 中断、定时器及串行控制寄存器的功能及初始化 定时器及串行通信的工作方式,第3章 51单片机的内部资源,本章

2、各章节安排 3.1 并行I/O口 3.2 中断系统 3.3 定时器/计数器 3.4 单片机串行通信,第3章 51单片机的内部资源,3.1 并行I/O口 80C51单片机有4个8位的I/O口(共32根线)：P0、P1、P2和P3。各口结构大同小异，主要由接口锁存器、输出驱动和输入缓冲器组成。其中，P1、P2、P3为准双向口，这些端口内均有上拉电阻，在读之前应先写入“1” 。P0口内无上拉电阻，是开漏极输出，又称为三态双向I/O口。各口均可作为字节输入/输出，同时每一条口线亦可单独地用于位输出/输入。,第3章 51单片机的内部资源,3.1 并行I/O口 P0口由1个输出锁存器、1个转换开关MUX、

3、2个三态输入缓冲器、输出驱动电路、1个与门和1个反相器组成。当系统进行扩展时，P0口用做地址/数据总线，分时输出低8位地址和数据信息。 P1口由1个输出锁存器、2个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。P1口是80C51唯一的单功能接口，仅能用做通用I/O接口。 P2口由1个输出锁存器、1个转换开关MUX、2个三态输入缓冲器、输出驱动电路和1个反相器组成。当需要在单片机外部扩展程序存储器时，P2口作为地址总线输出高8位。,3.1 并行I/O口,第3章 51单片机的内部资源,P3口由1个输出锁存器、3个输入缓冲器、输出驱动电路和1个与非门组成。P3口是双功能接口，除输出/输入外，每一条口线都有特殊的

4、第二功能。 需要说明的是：四个接口的输入/输出电平同CMOS电平、TTL电平皆兼容，P0口每条口线可以接8个LSTTL(Low-power Schottky Transistor-Transistor Logic即低功耗肖特基晶体管-晶体管逻辑电路)负载，P1、 P2、P3口每条口线可以接4个LSTTL负载。,3.1 并行I/O口,第3章 51单片机的内部资源,中断系统是单片机系统的重要内容之一，同时也是学习的难点。本节将介绍中断系统，中断控制器，如何用C51编写中断服务程序以及外部中断的扩充等。,3.2 中断系统,第3章 51单片机的内部资源,3.2.1 中断系统介绍 在计算机执行程序的过程

5、中，由于出现某个特殊情况（或称为“事件”），使得暂时中止现行程序，而转去执行处理这一事件的程序，处理完毕之后再回到原程序被中断的地方继续执行程序，这个过程就是中断。如图3-1所示。,3.2 中断系统,第3章 51单片机的内部资源,3.2.1 中断系统介绍,3.2 中断系统,图3-1 中断示意图,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,3.2.1 中断系统介绍 引起CPU中断的事件，称为中断源。 中断源向CPU发中断请求，CPU收到请求后，暂时打断原程序，转去处理发出请求的事件，这一过程叫中断响应。 事件处理完后，再回到被打断的地方（断点）处继续执行原程序，这个过程叫中断返回。 中断功能

6、由中断系统实现。 8051系列单片机的中断系统有5个中断源，分别是：2个外部中断，2个定时器中断和1个串行通信中断。,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,3.2.1 中断系统介绍 51单片机的常用中断源和中断向量如下表所示：,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,3.2.2 中断控制寄存器 中断的控制由中断控制寄存器完成，是系统提供给用户控制中断的手段。 8051单片机有4个中断控制寄存器（专用寄存器)，中断的控制通过对这些寄存器相应位的设置来实现。单片机初始化时，各寄存器全部置为0。 4个中断控制寄存器为：定时器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON、中断允许寄存

7、器IE和中断优先级控制寄存器IP。,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,3.2.2 中断控制寄存器 1. 定时器控制寄存器（TCON）各位的位地址及位名称如下所示：,第3章 51单片机的内部资源,I T0（或1），外中断0（或1）触发方式选择标志位，由软件置位。置为0时，设置为电平触发（低电平有效）；为1时，设置为下降沿触发。 I E0（或1），外中断请求标志位，硬件置位。有外中断请求时，由硬件置位。CPU响应中断后，由硬件自动清0。 TR0（或1），定时器0（或1）启停标志位，由软件置位。为1时，启动定时器；为0时，停止定时器。 TF0（或1），定时器0（或1）溢出中断标志位，硬

8、件置位。定时器溢出（由全1变为全0）时，由硬件自动置1，CPU响应中断后，由硬件自动置0。,3.2 中断系统,3.2.2 中断控制寄存器 2.串行口控制寄存器（SCON）各位的位地址及位名称如下所示：,第3章 51单片机的内部资源,与中断有关的只有两位：TI和RI。串行通信时，由硬件自动置位。 串行通信时，每发送完一帧串行数据后，由硬件置TI=1。CPU响应中断后，TI必须在中断服务子程序里由软件清除TI=0。 串行通信时，每接收完一帧串行数据后，由硬件置RI=1。CPU响应中断后，RI必须在中断服务子程序里由软件清除RI=0。 TI和RI共用一个中断串行通信中断。产生串行通信中断后，需在中断

9、服务子程序中判断到底是发送中断（TI=1）还是接收中断（RI=1）。 串行发送和串行接收共用一个数据缓冲器（SBUF）,3.2 中断系统,3.2.2 中断控制寄存器 3.中断允许控制寄存器（IE）各位的位地址及位名称如下所示：,第3章 51单片机的内部资源,EA，中断允许控制位，软件置位。为1，允许中断；为0，禁止中断 ES，串行通信中断允许控制位，软件置位。为1，允许中断。 ET0（或1），定时器0（或1）中断允许位，软件置位。为1，允许中断；为0，禁止中断。 EX0（或1），外中断0（或1）中断允许位，软件置位。为了，允许中断；为0，禁止中断。,3.2 中断系统,3.2.2 中断控制寄存器

10、 4.中断优先级控制器（IP）各位的位地址及位名称如下所示：,第3章 51单片机的内部资源,8051单片机只有两级中断优先级高优先级和低优先级 对应位置1表示高优先级，置0表示低优先级。 同一优先级别，按PX0、PT0、PX1、PT1、PS的顺序决定中断响应的顺序。,3.2 中断系统,3.2.3 C51编写中断服务程序 C51编译器支持在C语言源程序中直接编写51单片机的。中断服务函数程序中断服务程序定义为函数 ，函数定义一般形式如下： 函数类型 函数名(形式参数表) interrupt n using m (Interrupt n表示将函数声明为中断服务函数，n是中断编号，n的取031的整数

11、。编译器从8n+3处产生中断向量，具体的n和中断向量取决于不同的51系列单片机芯片。),第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,例3-1 首先通过Pl.7口点亮发光二极管，然后由外部输入一脉冲，启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-2所示，请编写程序。,图3-2 发光二极管实验电路,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,例3-1 首先通过Pl.7口点亮发光二极管，然后由外部输入一脉冲，启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-2所示，编写程序如下。,#include sbit P1_7=P17; void interrupt0() interrupt 0 using 2 /定义外

12、中断0 P1_7=!P1_7; void main() EA = 0; /禁止中断 ITO= 1; /设置外中断为脉冲触发方式 EX0= 1; /允许外部中断 EA = 1 /开中断 P1_7=0; while(1); /进入循环，等待中断 ,第3章 51单片机的内部资源,3.2 中断系统,3.2.4 外部中断的扩充 8051单片机只有两个外部中断，若外部要求检测的事件很多，就需要对外部中断进行扩充。51系列单片机扩充外部中断的方法一般有两种：利用定时器的计数方式对外部事件进行计 数（最多可扩充两个外部中断）；利用逻辑电路，通过逻辑运算，以查询的方式扩展外部中断（可以扩充多个外中断）。下页图是

13、用查询的方式扩展外部中断的一个例子。,第3章 51单片机的内部资源,第3章 51单片机的内部资源,查询方式扩展外部中断,3.3 定时器/计数器,8051单片机内部有2个具有定时和计数功能的16位定时器（T0和T1）。 每个定时器都由2个8位特殊功能寄存器TH0(高8位)和TL0(低8位)组成。 每个定时器都有不同的工作方式，可以工作在定时或计数的模式下。 定时器的工作方式和工作模式由工作方式寄存器（TMOD）的相应位决定。,第3章 51单片机的内部资源,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3.1 定时器/计时器控制寄存器 1定时控制寄存器(TCON) 与定时器有关的有TF

14、0、TF1、TR0、TR1等四位，另四位对外部中断进行设置。 2. 定时器工作方式选择寄存器(TMOD) TMOD寄存器是4位一组的结构，以4位为单位进行定义，不能位寻址，只能用字节的方式设置内容。 低4位(D0至D3)用于设置T0的工作方式；高4位(D4至D7)用于设置T1的工作方式。,3.3 定时器/计数器,3.3.2 定时/计数器的工作方式 1.方式0（M1M0=00） 13位定时/计数器，计数器由TL0的低5位（高3位无效）和TH0的全部8位构成。 C/T（-）=0时为定时器模式。计数个数为：N=t/T。其中，t为定时时间，N为计数个数，T为机器周期。 计数初值的计算公式：X=213-

15、N。其中，X为计数初值，N为计数个数。 计数结束，由软件重装计数初值。 C/T(-)=1时为计数模式。对外部脉冲进行计数，计数脉冲由T0（T1）引脚输入。,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3.2 定时/计数器的工作方式 2方式1（M1M0=01） 16位定时/计数器。TL0为低8位，TH0为高8位。计数个数与计数初值关系为：X=216-N(当计数个数为1时，X为65535，当计数个数为63536时，X为0)。 方式1的定时/计数方式与方式0基本相同，仅计数位数不同。 计数结束，同样由软件重装计数初值。,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3.2

16、定时/计数器的工作方式 3方式2（M1M0=10） 自动重装初值的8位计数器。 计数过程在TL0（1）中进行，待重装的初值存放在TH（1）中。 计数结束，机器自动将TH中的内容装入TL，重新开始新的计数周期。 计数个数与计数初值关系：X=28-N(计数个数为1时，X为255，计数个数为256时，X为0)。,第3章 51单片机的内部资源,3.3.2 定时/计数器的工作方式 4方式3（M1M0=11） 方式3只适用于T0。T0工作于方式3时，被拆分为两个独立的8位定时器。其中，TL0既可以作为定时器，也可以作为计数器使用；而TH0只能作为定时器使用。 T0工作于方式3时，TL0占用TCON的TR0

17、和TF0；TH0使用TCON的TR1和TF1。 T0工作于方式3时，T1只能工作于方式0、1、2，作为串行通信的波特率发生器，以确定串行通信的波特率。 T1作波特率发生器使用时，只要设置好工作方式，T1即开始自动运行；如要停止，只需将T1设置成方式3即可。 T1设置成方式3，全停止工作。,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3 定时器/计数器,3.3.3 定时器/计时器的初始化 1. 初始化过程 根据定时或计数要求确定计数器的初值； 根据要求给方式寄存器TMOD赋值，设定定时器的工作方式； 根据需要给中断允许寄存器IE送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级； 给T

18、CON寄存器中的TR0或TR1置位，以启动或禁止定时器/计时器。,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3.3 定时器/计时器的初始化 2. 定时初值的计算和最大定时时间的确定 初值的计算：设计数器的最大值为M(在不同的工作方式下，M=213，216，28)，计数初值为TC，计数器计满回零所需的计数值为C ，则TC=M - C。 定时时间的计算：定时时间= CT = (M-TC)T。其中T为计数周期，即单片机的机器周期。 最大定时时间：当TC=0时，定时器的定时时间最大。若单片机的机器周期为1us，当定时器工作于方式0时，最大定时时间为2131us=8.192ms；工作于方

19、式1，则为65.536ms；工作于方式2，则为0.256ms。,第3章 51单片机的内部资源,3.3 定时器/计数器,3.3.3 定时器/计时器的初始化 例3-2 假定某单片机系统的时钟频率为11.0592MHz，要利用该单片机的定时器0产生50ms的定时时间，请计算定时器初值，并确定定时器0的工作方式。,第3章 51单片机的内部资源,定时时间=CT=5010-3 T=121/(11.0592106) C=5010-311.0592106/12=46080=0 xB400 由于8位、13位定时器都没这么大的数，只能用16位定时器，因此，定时器只能工作于方式1。 TC=M-C=65536-460

20、80=19456=0 x4C00,3.4 串行通信,计算机系统中，CPU和外部设备的通信方式有2种：并行通信和串行通信。 并行通信是指在多根线上同时传输多位数据（一般是一个字节或一个字）。 串行通信，是指在数据在一根线上按顺序一位一位地传送。 8051单片机内部有一个全双工的串行通信口，可实现串行数据的发送和接收。,第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.1 串行接口的工作方式 8051单片机的串行接口共有4种工作方式 工作方式的选择由串行口控制寄存器SCON中的SMO、SM1来进行设置。 1方式0 方式0是同步移位寄存器输入/输出方式，主要用于扩展并行I/O接口。 移位数据的

21、发送和接收以8位为一组，低位在前，高位在后。 方式0实际上是把串行口变为并行口使用，实现数据的移位输入或输出。,第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.1 串行接口的工作方式 2方式1 方式1是异步通信方式。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。 方式1的数据帧依次为起始位1位、数据位8位、停止位1位，共10位数据。,第3章 51单片机的内部资源,第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.1 串行接口的工作方式 3方式2与方式3 方式2与方式3的数据帧有11位，依次为起始位1位、数据位8位、可编程位1位、停止位1位。 可编程位由SCON的TB和RB决定。 输

22、出时，应由软件置TB位，以启动串行数据的发送。一帧数据发送完，置位SCON的TI。 输入时，串行接口先将前8位数据送SBUF，然后将第9个数据送RB，最后置位SCON的RI。,3.4 串行通信,3.4.2 串行接口控制寄存器 1串行口控制寄存器（SCON） 专用寄存器SCON用于串行数据通信的控制，其格式为：,第3章 51单片机的内部资源,SM0、SM1。工作方式选择位 SM2。多机通信控制位，用于方式2和方式3的接收控制。 方式0和方式1时，SM2不用，置0。,当SM2 = 0时，不论第9位数据是什么，都将前8位数据送入SBUF中，并产生中断请求。,当SM2 = 1时，只有当接收到的第9位数

23、据为1，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断请求。,第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.2 串行接口控制寄存器 1串行口控制寄存器（SCON）,REN。允许接收控制位，由软件置位或复位。当REN=0时，禁止接收；当REN=1时，允许接收。 TB8。串行发送数据的第9位，由软件设置。 在双机通信时，TB8一般作为奇偶校验位使用。 在多机通信中，TB8作为区别地址帧和数据帧的标志位。TB8=0为数据帧，TB8=1为地址帧。,第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.2 串行接口控制寄存器 1串行口控制寄存器（SCON）,RB8。串行接收数据的第9

24、位。 TB8和RB8在方式0和方式1时不用。 TI。发送数据中断请求标志位，由硬件置位，软件清0。TI=1表示1帧数据已发送完。 RI。接收数据中断请求标志位，由硬件置位，软件清0。RI=1表示接收到1帧数据。,3.4 串行通信,3.4.2 串行接口控制寄存器 2电源控制寄存器（PCON） PCON主要是为了80C51的电源控制而设置的专用寄存器,不能进行位寻址。 PCON的最高位SMOD是串行通信波特率的倍增位，其余各位用于电源管理。 在串行通信的方式1、2、3下，SMOD = 1时，波特率倍增； SMOD = 0时，波特率不变。 3中断允许寄存器(IE),第3章 51单片机的内部资源,3.4 串行通信,3.4.3 串行接口应用 51系列单片机的工作方式0是同步操作。因此可以通过外接串入-并出或者并入-串出器件实现IO口的扩展，常用的器件为移位寄存器。 串行接口方式0的应用有两种，即串行接口变为串入-并出的输出口和串行接口变为并入-串出的输入口。串行接口方式0的数据输出可以采用中断方式、查询方式，两种方式都要