第5章 MCS-51定时计数器串行口及中断系统.ppt

1、第5章 MCS-51定时/计数器串行口及中断系统,主讲：肖颖,质量与安全学院工业工程专业,本章内容,MCS-51定时/计数器 MCS-51串行口 MCS-51单片机中断系统,本章重点和难点,MCS-51定时/计数器 MCS-51串行口 MCS-51单片机中断系统,具体要求,熟练掌握MCS-51定时计数器的应用设计方法 掌握MCS-51串行口的应用 掌握MCS-51单片机中断系统,MCS-51定时/计数器,51系列内部有2个16位的定时/计数器T0、T1,52系列内部有3个16位的定时/计数器T0、T1、T2,定时/计数器的可编程特性：, 确定其工作方式是定时还是计数, 预置定时或计数初值, 当

2、定时时间到或计数终止时，要不要发中断请求, 如何启动定时或计数器工作,T2,可编程,可 编 程 的,一、定时计数器的结构与工作原理,1、结构,CPU,TCON(88H),TMOD(89H),定时/计数器逻辑结构,2、工作原理, 定时器,定时输入信号：机器内部震荡信号的1/12分频,每一个机器周期做一次“+1”运算,1个机器周期=12震荡脉冲,计数速率为震荡频率的1/12分频,若单片机的晶振主频为12MHz,则计数周期为 1s, 计数器,由外部引脚（T0为P3.4 ，T1为P3.5）输入计数脉冲,外部输入脉冲宽度应大于2个机器周期,T CY,T CY,下降沿,高电平,低电平,T CY:为机器周期

3、,二、定时计数器的方式寄存器和控制寄存器,1、方式寄存器TMOD,控制T1,控制T0,门控位,功能选择位,工作方式选择,GATE=,0 不受外部中断控制,0 0 方式0 13位计数器,0 1 方式1 16位计数器,1 0 方式2 可自动重新装载初值的8位计数器,1 1 方式3 T0分为2个8位计数器，T1停止计数,操作方式选择,1 受外部中断控制,0 为定时功能 1为计数功能,2、控制寄存器TCON,T1、T0 启/停控制位,T1、T0 溢出标志位,“0” 停止,“1” 启动,“1” 有溢出,“0” 无溢出,可编程 可控制,“+1”,亦可由指令清“0”,工作,“1”,“0”,记录有无溢出,三、

4、定时/计数器的4种工作方式, 方式0 M1M0=00,13位的定时计数器，由TH的8位和TL的低5位组成,定时/计数器方式0逻辑图,1,1,1,“+1”,中断,TL40,以T1为例：,TF1,“+1”,“+1”, 方式1 M1M0=01,16位的定时计数器，由TH的8位和TL的8位组成,“+1”,1,以T1为例：,中断,TF1,“+1”,“+1”,定时/计数器方式1逻辑图, 方式2 M1M0=10,可自动重装载的8位计数器,TH1（TH0）被定义为赋值寄存器,TL1（TL0）被定义为计数器,定时/计数器方式2逻辑图,重装载,1,“+1”,以T1为例：,中断,TF1,“+1”,“+1”, 方式3

5、 M1M0=11 (该方式只适用于T0),T0被分成2个相互独立的8位计数器TL0 、TH0,定时/计数器方式3逻辑图,1,TH0借用了T1的TR1和TF1,因此控制了T1的中断 此时T1只能用在一些不要中断的情况下,“+1”,“+1”,1,“+1”,“+1”,TF0,TF1,中 断,中 断,“+1”,四、定时/计数器的初始化,初始化一般有以下几个步骤：, 确定工作方式，对方式寄存器TMOD赋值, 预置定时或计数初值，直接将其写入T0、T1中, 根据需要对中断允许寄存器有关位赋值，以开放 或禁止定时/计数器中断, 启动定时/计数器，将TRi 赋值为“1”,计数初值的设定：,最大计数值M：不同的

6、工作方式M值不同,方式0： M = 213 = 8192,方式1： M = 216 = 65536,方式2、3：M = 28 = 256,计数初值X的计算方法：,计数方式：,X = M计数值（X即为计数值的补码数）,定时方式：,（M X）T = 定时值, X = M定时值 / T,其中T为机器周期，时钟的12分频， 若晶振为6MHz，则T = 2s， 若晶振为12MHz，则T = 1s,例5-1 若单片机晶振为12MHz， 要求产生500s定时，试计算X的初值。,解：由于T = 1s，产生500s定时， 需要“+1” 500次，定时器方能产生溢出。,采用方式0:( 13位计数器 ),X= 21

7、3（50010-6 /10-6 ） = 8192 500 = 7692 = 1E0CH = F00CH,采用方式1：( 16位计数器 ),X= 216 （50010-6 /10-6）= 65036 = FE0CH,？,THi,TLi,F00CH =,？,暂时写成,五、定时/计数器应用举例,1、作定时器用,例5-2 设主频为12MHz，利用定时器T1定时。 使P1.0输出周期为2ms的方波。,解：用P1.0作方波输出信号，周期为2ms的方波 即可用每1ms改变一次电平的方法完成， 故定时值可设置为1ms。 可做“+1”运算1000次，使T1工作在方式0， 即13位计数器,定时初值：,X= M计数

8、次数= 81921000 = 7192 = 1C18H,由于TL1的高3位不用，1C18H可写成：,1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0,TL1的高3位不用,=E018H,TH1初值为E0H，TL1初值为18H,0 0 0 0,选择方式0,选择定时器方式,TMOD,=E018H,程序：,例5-3 根据例5-2的要求产生周期为2ms的方波， 但不用中断方式，而用查询方式工作， 查询标志为TF1,解：利用方式1，16位计数器，当定时时间到， T1计数器溢出使TF1置“1”，由于不采用 中断方式，TF1置“1”后，不会自动复“0” 故需要指令给TF1清“0”,初值=,0 0

9、 0 0 H,-) 0 3 E 8 H,8,1,C,F,H,FC18H, 1000,程序：,2、作计数器用,包装机,包装命令,光源,选方式2,选计数器,0 1 1 0, 计数初值X = M64H = 9CH, 用P1.0启动外设发包装命令, 用R5R4作箱数计数器, 方式字TMOD = 06H,程序：,中断服务：,3、门控位GATE的应用,选方式1,选定时器方式,1 0 0 1,TR1=1,INTX=1, C/T开始计数,INTX=0, TR1=0, C/T停止计数,“+1”,1,0,0,1,1,1,1,“+1”,“+1”,编程：,记数时间,MCS-51串行口,串行通信：,指数据一位一位按顺序

10、传送,串行通信方式：,MCS-51内部有一个全双工的串行通信接口,串行通信：,一、串行通信的两种基本方式,1、异步传送方式,一帧数据：,一个字符在异步传送中称为一帧数据,一帧数据由4部分组成： 起始位、数据位、奇偶位、停止位,一帧数据,起始位,数据位,奇偶位,停止位,第n个字符,第n+1个字符,数据位：,起始位：,奇偶位：,58位。数据的最低位在前，最高位在后。,紧跟在最高位之后，占用一位，奇偶校验时，根据协议置“1”或“0”,停止位：,为逻辑“1”信号，占用1位或2位，当接收端收到停止位时，表示一帧数据结束。,2、同步传送方式,数据结构：,二、MCS-51串行口结构,1、数据缓冲器SBUF,

11、包括物理上独立的发送缓冲器、接收缓冲器,发送缓冲器：只能写入不能读出,接收缓冲器：只能读出不能写入,二者共用一个地址99H,2、串行口控制寄存器,字节地址为98H，可位寻址，位地址为98H9FH,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON (98H),SM0、SM1：串行口工作方式选择位，如下表所示,0 0 0 移位寄存器方式（用于I/O扩展）,0 1 1 8位UART，波特率可变,1 0 2 9位UART，波特率为fosc/32或fosc/64,1 1 3 9位UART，波特率可变,串行口工作方式,REN：,TB8：,在方式2和方式3中要发送的第9位数据，需要时由软

12、件置位或复位,RB8：,在方式2和方式3中要接收的第9位数据，在方式1时，如SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0中，不使用RB8,TI：,发送中断标志。在方式0串行发送第8位结束时由硬件置“1”，或在其他方式中串行发送停止位的开始时置“1”，必须由软件清“0”,RI：,接收中断标志。在方式0串行发送第8位结束时由硬件置“1”，或在其他方式中串行发送停止位的开始时置“1”，必须由软件清“0”,3、特殊功能寄存器PCON,其字节地址87H，没有位寻址功能。,PCON（87H）,SMOD：波特率选择位。SMOD=1时，波特率加倍,三、串行口工作方式,1、方式0,移位寄存器输入输出方式，可外接

13、移位寄存器，以扩展I/O口,方式0的波特率为：,波特率=fosc/12,74LS164,数据输出,移位脉冲,方式0 发送,一个数据写入SBUF，串口将数据从RXD输出（波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号，发送完TI置1,D7 D0,方式0扩展I/O口硬件逻辑图,方式0 接收,REN置1，串口将数据从RXD输入（波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号，发送完RI置1,方式0扩展I/O口硬件逻辑图,方式0发送时序,方式0接收时序,2、方式1,波特率可变的8位异步通信接口方式。,波特率=2SMOD/32T1溢出率,方式1发送,CPU 执行一条写SBUF指令，就启动了串口发送,当S

14、END和DATA有效时，数据从TXD输出。,方式1接收,允许接收位REN被置“1”后，接收器就开始工作，RXD引脚上发生由“1”到“0”的跳变，接收器开始接收。,停止位,起始位,方式1发送时序,方式1接收时序,3、方式2 （了解）,9位异步通信接口方式。传送一帧数据信息为11位,波特率=2SMOD/64fosc,方式2发送,数据由TXD端输出，附加的第9位数据由SCON中的TB8提供。 CPU 执行一条写SBUF指令，就启动了串口发送，发送完TI置1,方式2接收,与方式1相似，REN被置“1”后，跳变检测器以波特率16倍的速率采样RXD端的电平，RXD引脚上发生由“1”到“0”的跳变，接收器开

15、始接收。,4、方式3 （了解）,9位异步通信接口方式。,波特率=2SMOD/64T1的溢出率,其他与方式2类似,四、波特率的设计,方式0的波特率是固定的：,波特率=fosc/12,方式2波特率取决于SMOD,波特率=2SMOD/32T1的溢出率,方式2波特率=2SMOD/64 fosc,SMOD=0时，波特率=fosc/64，SMOD=1时，波特率=fosc/32,方式1、3波特率取决于T1的溢出率,SMOD=0时，波特率= T1的溢出率/32，SMOD=1时，波特率= T1的溢出率/16,定时器1作波特率发生器,T1的溢出率=计数速度/（2K-初值）,K为定时器T1的位数,K=13（方式0）

16、 K=16（方式1） K=8（方式2、3）,T1为计数器时：,T1为定时器时：,T1的溢出率=fosc/ 12（2K-初值）,工作于方式1、3时波特率：,波特率=2SMOD/32T1的溢出率,= 2SMOD fosc/ 32 12（2K-初值）,五、串行口的应用,1、方式0的应用,共阳LED数码管： 公共端(字位) 接高电平， 笔划(字段) 置为低电平 就被点亮了,1 1 0 0 0 0 0 0,比如要显示“0” 须令a b c d e f 为“0” 电平，g h为“1”电平。,再比如要显示“3” 须令a b c d g 为“0” 电平，e f h为“1”电平。,1 0 1 1 0 0 0 0

17、,例：利用串行口工作方式0扩展出8位并行I/O口，驱动共阳LED数码管显示09。,共阳LED数码管显示0-9数 字的子程序(查表) ： DSPLY:MOV DPTR, #TABLE MOVC A, A+DPTR MOV SBUF, A JNB TI, $ CLR TI RET TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H DB 0B0H,99H,92H DB 82H,0F8H,80H,90H,DISPLY:MOVSCON,#00H MOVR7,#03H ;字节计数 MOVR0,#DISBUF ;指向显示缓冲区 SETBP1.0 ;开TXD L1: MOVA,R0 ;取要显示的数 MOV DP

18、TR, #TABLE；查表 MOVC A, A+DPTR,MOVSBUF,A ;发送数据 JNBTI,$ ;等待发送 CLRTI ;发送完,清TI INCR0 ;修改指针 DJNZR7,L1 ;三个显示完? CLRP1.0 ;关TXD RET,P1.0 作 串 行 输 出 选 择 信 号,TABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H DB 92H,82H,0F8H,80H,90H DISBUF EQU 70H,思考： 硬件连接如上图，试编程实现甲机连续发送16个数据给乙机,通常查询发送，中断接收,2、方式1的应用(双机通信),MCS-51单片机中断系统,中断的概念：,中断

19、是计算机工作过程的随机事件,中断源：,引起中断的事件或设备称为中断源,采用中断的优点：, 分时操作, 实时处理, 故障处理,如：,良好的中断系统使处理机具有随机应变的 能力，从而扩大应用范围，提高CPU效率,51中断系统的特点：,内容丰富，结构合理，逻辑性强，高效实用,一、中断的一般功能,1、中断的屏蔽与开放,中断屏蔽：,称为关中断，CPU不响应中断请求,称为开中断，CPU可响应中断请求,中断开放：,2、中断响应与中断返回,中断请求,RETI,主程序,响应中断,中断服务子程序,返主程序,继续执行主程序,中断的响应与返回,中断请求,PC断点,PC断点,中断允许,中断禁止,3、中断优先,中断开放的

20、情况下，如果有几个中断请求同时发生，应首先响应中断优先级较高的中断,4、中断嵌套,低级中断请求,RETI,主程序,响应低级中断,高级中断服务子程序,返主程序,继续执行主程序,高级中断请求,响应高级中断,返低级中断,中断的嵌套示意图,RETI,低级中断服务子程序,低级中断服务子程序,挂起 低级中断,挂起 低级中断,低级 中断,低级 中断,二、中断请求源,5个中断源 2个优先级,2个外部中断,3个内部中断,T0,T1,UART,与中断有关的特殊功能寄存器:,IP: 中断优先控制寄存器,IE: 中断允许控制寄存器,TCON: 定时/计数控制寄存器,SCON: UART控制寄存器,中断标志寄存器,可编

21、程,可控,MCS 51 中断要点,MCS 51 中断要点,1、定时/计数器控制寄存器TCON,TCON (88H),触发方式控制位,0 低电平触发,1 边沿触发,外部中断请求标志,1 有有效触发时,0 当CPU响应中断时,T1 T0,溢出标志,1 计数器“+1”有溢出时，并向CPU请求中断,0 当CPU响应中断时，也可由指令清除,TR1 TR0,由硬件 自动,由硬件 自动,TR1 TR0,由硬件 自动,由硬件 自动,在每个机器周期 S5P2 都采样引脚 P3.3 P3.2,引脚,0,0,记录有无中断,记录有无中断,2、串行口控制寄存器 SCON,TI：串行口发送中断标志,在方式0，串行发送到第

22、8位结束时，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行发送到停止位的开始时，由硬件置“1”，,RI：串行口接收中断标志,在方式0，串行接收到第8位结束时，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行接收到停止位的开始时，由硬件置“1”，,“1” 发送完一帧数据后,“1” 接收完一帧数据后,必须由软件清 “0” 必须由软件清 “0”,SCON (98H),三、中断控制,1、中断允许寄存器 IE,0 禁止,1 允许,0 禁止,1 允许,总 中断,总 中断,中断,中断,IE (A8),中断的开放和禁止是可控,可编程的,ET2,CPU,IE 的相应位被置 “0” 或 “1” 该相应中断即被“禁止”或“开放”,2、中

23、断优先级寄存器 IP,IP (B8),ET2,0 低级,1 高级,中断,中断,中断优先级是可控,可编程的,3、优先级结构,中断优先级控制遵循的两个基本原则：, 一个正在执行的低级中断服务程序，能被高优先级 中断请求所中断，但不能被同优先级中断请求所中断。, 一个正在执行的高级中断服务程序，不能被任何中断 请求所中断，直到返回。,实现这两个原则的方法：,中断系统内部设置了两个不可寻址的优先级状态触发器。一个指出正在处理的是：高优先级中断，并阻止所有其他中断；另一个指出正在处理的是：低优先级中断，并阻止了除高优先级中断外的其他任何中断。,是不可寻址的,当CPU响应 高级中断， 并进入中断 服务时,

24、“1”,“1”,RETI,“0”,当CPU响应 低级中断， 并进入中断 服务时,“1”,RETI,“0”,在同级的几个中断源中同时发生请求时， 内部对同级的各中断源的优先级别有一个规 定的查询顺序：,定时/计数器 T0,定时/计数器 T1,串行口 UART,定时/计数器 T2,最高,最低,源允许,中断系统总体逻辑结构,总允许,优先级,中断标志,中断 标志,1,IE0,矢量 地址送PC,“+1”,TF1,0,矢量 地址送PC,EA,“+1”,“+1”,EX0,ET1,1,四、中断响应过程,中断响应的三个条件：, CPU不是正在处理同级或高级中断请求, 现行机器周期是所执行指令的最后一个机器周期, 正在执行的指令不是RETI, 或不在访问IE或IP,中断入口地址：,0003H,000BH,0013H,001BH,002