第4章 MCS51单片机内部接口Word下载.docx
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当GATE＝“0”时，外部中断信号不参预控制，此时，定时/计数器的启停只受TRX的控制。
：
计数器方式还是定时器方式选择位。
当C/
＝0时为定时器方式；
＝1时为计数器方式。
M1和M0：
操作方式选择位。
对应4种操作方式如表4-1所示。
表4-1操作方式选择
M1M0
操作方式
功能
00
方式0
13位计数器
01
方式1
16位计数器
10
方式2
可自动再装载的8位计数器
11
方式3
T0分为二个独立计数器，T1为串行口波特率发生器
2．定时/计数器控制寄存器TCON
定时/计数器的控制寄存器是一个8位特殊功能寄存器，用来存放控制字，字节地址为88H，可以位寻址，位地址为88H~8FH。
其格式如下：
8FH
88H
TCON（88H）
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
与外部中断
、
有关位，将在中断系统中介绍
T1、T0运行控制位，可编程
T1、T0溢出标志记录位
TF1（TCON.7）：
T1溢出标志。
当T1产生溢出时，由硬件置“1”，可向CPU发中断请求。
CPU响应中断后被硬件自动清“0”，也可以由程序查询后清“0”。
TR1（TCON.6）：
T1运行控制位。
由软件置“1”或置“0”来启动或关闭T1工作。
TF0（TCON.5）：
T0溢出标志（同TF1）。
TR0（TCON.4）：
T0运行控制位（同TR1）。
TCON的其它位将在后面详细介绍。
复位后，TCON的各位均被清“0”。
3．定时/计数器的4种工作方式
1）方式0
用软件设置使方式寄存器TMOD中M1M0＝00时，计数器长度控制按13位工作。
由TX的低5位（TX的高3位未用）和THX的8位构成13位计数器（X取0或1）。
图4.2表示了定时/计数器T1在方式0下的逻辑图。
定时/计数器T0类似。
图中C/
是TMOD的控制位，当C/
＝0时，选择定时器方式，计数器输入信号为晶振的12分频。
＝1时，选择计数器方式，计数器输入信号为外部引脚P3.5（T1）。
TR1是TCON的控制位，GATE是门控位，
是外部中断1的输入端。
当GATE＝1时，则计数器启动受外部中断信号
和TR1相与之后的信号控制，如果保持TR1为高电平，只要
为高电平，计数器便开始计数，当
为低电平时，停止计数。
利用这一功能可测量
引脚上正脉冲的宽度。
TF1是定时/计数器的溢出标志。
当定时/计数器T1按方式0工作时，计数输入信号作用于TL1的低5位；
当TL1低5位计满产生溢出时向TH1的最低位进位；
当13位计数器计满产生溢出时，使控制寄存器TCON中溢出标志TF1置“1”，并使13位计数器全部清零。
此时，如果中断是开放的，则向CPU发中断请求。
若定时/计数器将继续按方式0工作下去，则应按要求给13位计数器赋予初值。
图4.2定时/计数器T1（或T0）方式0逻辑图
2）方式1
当用软件使方式寄存器TMOD中M1M0＝01时，计数器长度控制按16位工作，即TL、TH全部使用，构成16位计数器，其控制与操作方式与方式0完全相同。
3）方式2
当用软件使方式寄存器TMOD中M1M0＝10时，定时/计数器就变为可自动装载计数初值的8位计数器。
在这种方式下，TL1（TL0）被定义为计数器，TH1（或TH0）被定义为赋值寄存器，其逻辑结构如图4.3所示。
图4.3定时/计数器T1（或T0）方式2逻辑图
当计数器TL1计满产生溢出时，不仅使其溢出标志TF1置“1”（若中断是开放的，则向CPU发中断请求），而且还自动打开TH1和TL1之间的三态门，使TH1的内容重新装入TL1中，并继续计数操作。
TH1的内容可通过软件预置，重新装载后其内容不变。
因而用户可省去重新装入计数初值的程序，简化定时时间的计算，可产生相当精确的定时时间。
另外方式2还特别适合于把定时/计数器用作串行口波特率发生器。
4）方式3
当用软件使方式寄存器TMOD中M1M0＝11时，内部控制逻辑把TL0和TH0配置成2个互相独立的8位计数器，如图4.4所示。
其中TL0使用了自己本身的一些控制位。
、GATE、TR0、
、TF0，其操作类同于方式0和方式1，可用于计数也可用于定时。
但TH0只能用于定时器方式，因为它只能对机器周期计数。
它借用了定时器T1的控制位TR1和TF1，因此，TH0控制了定时器T1的中断。
图4.4定时/计数器T0方式3逻辑图
方式3只适合于定时器T0，使其增加一个8位定时器。
一般情况下，当定时器T1作为串行接口波特率发生器时，定时器T0才定义为方式3，以增加一个8位计数器。
当T0定义方式3时，定时器1可定义为方式0、方式1和方式2。
其逻辑结构如图4.5所示。
（a）
（b）
（c）
图4.5定时器T0方式3时T1的逻辑结构
（a）T1工作于方式0（b）T1工作于方式1（c）T1工作于方式2，
4.2MCS-51单片机中断系统
MCS-51单片机有2个外部中断源输入：
（P3.2）、
（P3.3）；
内部有3个中断源：
定时/计数器T0、T1的溢出中断和片内串行口接受或发送中断。
当系统产生中断时，5个中断源的中断申请及中断控制分别由特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP的相应位来锁存或控制。
4.2.1与中断有关的特殊功能寄存器
1定时/计数器控制寄存器TCON
TCON是定时/计数器T0、T1的控制寄存器，同时它又能锁存外部中断申请标志和定时/计数器T0、T1的溢出标志。
TF1：
定时/计数器T1溢出标志
当启动T1后，T1即从初值开始计数，当T1计数产生溢出时，由硬件自动置位TF1并向CPU请求中断，当CPU响应该中断后，中断标志被硬件自动清除。
TF0：
定时/计数器T0溢出标志，其功能和操作同TF1。
IE1：
外部中断
中断请求标志。
当CPU检测到外部中断请求
输入信号有效触发时，由硬件自动置位并请求中断，当CPU响应中断后中断标志被硬件自动清除。
IT1：
触发方式选择位。
可由指令程控为“0”和“1”。
当IT1=0时，INT1被指定为低电平触发方式。
CPU在每一机器周期的S5P2采样
（P3.3）的输入电平。
当采样值为低电平时，置“1”IE1。
当IT1=1时，
被指定为边沿触发方式，即
下降沿有效。
CPU在每一机器周期的S5P2都采样
（P3.3）的输入电平，若一次采样值为高电平而下一机器周期采样值为低电平（说明在两次采样期间曾产生了一个下降沿）则置“1”IE1。
IE0：
请求标志，其功能同IE1。
IT0：
触发方式选择位，其功能同IT1。
2串行口控制寄存器SCON
SCON为串行口控制寄存器，字节地址为98H，可以位寻址，复位后，SCON被清0。
当串行口发生中断请求时，其低两位锁存串行口的发送中断和接收中断，其格式如下：
SCON（98H）
TI
RI
TI：
串行口发送中断标志
当CPU向串行口的发送数据缓冲器SBUF写入一个数据时，发送器就开始发送，当发送完一帧数据后，由硬件置“1”TI，向CPU申请中断。
值得注意的是当CPU响应中断，转向串行口中断服务时，硬件不能自动清“0”TI标志，必须在中断服务程序中用指令清“0”。
RI：
串行口接收中断标志。
若串行口接收器允许接收，当接收器接收到一帧数据后，置“1”RI，串行口接收器向CPU申请中断，同样RI必须在中断服务程序中用指令清“0”。
由于IE0、IF0、IE1、IF1、RI、TI均可以位寻址，如果实际系统的实时性要求不高时，也可以选择采用查询方式工作。
3中断允许寄存器IE
字节地址是0A8H，可位寻址，IE格式如下：
IE（A8H）
EA
/
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
EA：
CPU中断总的使能位。
EA=1，CPU开中断；
EA=0，禁止所有中断。
ES：
串行口中断允许位。
ES=1，开放串行口中断；
ES=0，禁止串行口中断。
ET1：
定时/计数器T1溢出中断允许位。
ET1=1，开T1中断；
ET1=0，禁止T1中断。
EX1：
允许位。
EX1=1，开
中断；
EX1=0，禁止
中断。
ET0：
定时/计数器T0溢出中断允许位。
ET0=1，开T0中断，ET0=0，禁止T0中断。
EX0：
EX0=1，开
EX0=0，禁止
MCS51单片机复位时，IE被清0，欲对中断进行管理必须对IE编程。
4中断优先级寄存器IP
字节地址是0B8H，可位寻址，MCS-51的中断分两个优先级，对于每一个中断源都可以通过对特殊功能寄存器IP编程以定义为高优先级或低优先级中断，以便实现二级中断嵌套。
IP的各位定义如下：
IP（B8H）
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
PS：
串行口中断优先级设定位。
PS=1，串行口中断设定为高优先级；
PS=0，串行口中断设定为低优先级。
PT1：
定时/计数器T1溢出中断优先级设定位。
PT1=1，T1溢出中断设定为高优先级；
PT1=0，T1溢出中断设定为低优先级。
PX1：
优先级设定位。
PX1=1，外部中断
设定为高优先级；
PX1=0，外部中断
设定为低优先级。
PT0：
定时/计数器T0溢出中断优先级设定位。
PT0=1，T0溢出中断设定为高优先级；
PT0=0，T0溢出中断设定为低优先级。
PX0：
PX0=1，外部中断
PX0=0，外部中断
MCS51单片机复位后，IP被清0。
4.2.2中断系统优先级结构
对IP寄存器的编程可把5个中断规定为高低两个优先级，它们遵循两个基本规则：
①一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。
②一个正在执行的高优先级中断服务程序，不能被任何中断请求所中断。
返回主程序后要再执行一条指令才能响应新的中断请求。
为了实现这两个规则，中断系统内部设置了两个不可寻址的“优先级状态”触发器。
当高级“优先级状态”触发器状态为“1”时，表示正在执行高优先级中断服务，它禁止所有其它中断，只有在高级中断服务返回（执行RET1指令）时，被清“0”，表示可响应其它中断。
当低级“优先级状态”触发器状态为“1”时，表示正在执行低优先级中断服务程序，它屏蔽其它同级中断请求，但不能屏蔽高优先级中断请求。
在中断服务返回时（执行RET1指令）时，被清“0”。
MCS-51有5（6）个中断源，但只有两个优先级，必然会有几个中断请求源处于同样的优先级。
当CPU同时收到几个同优先级中断请求，MCS-51内部有一个硬件查询逻辑，它的查询顺序是：
外部中断请求
最高
定时/计数器T0溢出中断
定时/计数器T1溢出中断
串行口接受或发送最低
CPU将根据查询顺序来响应这些中断请求。
MCS-51中断系统的总体结构如图4.6所示。
图4.6中断系统总体结构
4.2.3中断响应过程
MCS-51单片机CPU在每一个机器周期查询每一个中断源，在机器周期的S5P2状态采样并按优先级处理有被激活的中断申请，若没有被下述条件所阻止，将在下一个机器周期的S1状态响应激活了的最高级中断请求。
①CPU正在处理同级或高优先级中断；
②现行的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；
③正在执行的指令是RET1或是访问IE或IP（即在CPU执行RET1或访问IE、IP的指令后，至少需要再执行一条指令才会响应新的中断请求）。
若存在上述任一种情况，中断将暂受阻，若不存在上述情况，将在紧跟的下一个机器周期执行这个中断。
CPU响应中断时，首先要完成这样几件工作：
其一先置位相应的“优先级状态”触发器（该触发器指出CPU当前处理的中断优先级别），以阻断同级或低级中断申请；
其二，自动清除相应的中断标志（T1或RI除外）；
其三，自动保护断点，将现行程序计数器PC内容压入堆栈，并根据中断源把相应的矢量单元地址装入PC中。
CPU完成上述工作一般需3~8个机器周期。
中断源
矢量单元地址
0003H
定时/计数器T0
000BH
0013H
定时/计数器T1
001BH
串行口
0023H
这些矢量单元之间各有8个单元的空间，一般情况下，8个地址单元难以容纳一个中断服务子程序，除非中断服务特别简单，因此，一般应该在这些矢量单元中存放一条无条件转移指令，转移目标地址就是中断服务子程序的入口地址，以便有足够的空间来存放中断服务程序。
例如：
ORG
LJMP
2000H
这样，实际上真正外部中断
的中断子程序入口地址安排在2000H。
中断服务子程序的最后一条指令应是RET1（中断返回）。
RET1指令将清除“优先级状态”触发器，然后从堆栈弹出断点地址PC值，返回主程序继续执行主程序。
4.2.4外部中断的触发方式
若外部中断被定义为电平触发方式（即ITX=0时），即输入低电平有效。
该低电平维持到CPU响应中断为止足矣，在中断返回之前必须为高电平，否则CPU返回主程序后，将会再次响应该中断。
由此可见，电平触发方式适合于外部中断输入以低电平输入，且中断服务程序能撤除外部中断申请的情况。
若外部中断被定义为边沿触发方式（即ITX=1），在这种方式下，CPU在一个机器周期采样外部中断输入引脚信号为高电平，而在紧接着下一机器周期采样为低电平，就立即置位外部中断申请标志，换言之，CPU将外部中断输入的负跳变锁存在相应的中断标志位中。
即使CPU暂时不响应，中断申请标志也不会丢失，直到CPU响应该中断时，该标志才能清除。
需要强调的是外部中断输入边沿的检测，需要2个机器周期，因此，外部中断输入的负脉冲宽度至少大于12个时钟周期（若晶振为12MHz，则应大于1μs）才能保证被CPU采样。
外部中断边沿触发方式适合于以负脉冲形式的外部中断请求。
一般采用外部中断（
）时，外部中断源与单片机一般还应有握手线。
在CPU响应中断后，在中断服务子程序中，要通过握手线告知中断源其中断申请已被响应，中断源接到通知后，可清除本次中断申请。
准备后面继续向CPU提出中断申请。
4.3MCS-51单片机串行口
4.3.1串行口有关的特殊功能寄存器
1.数据缓冲器SBUF
串行口中有两个物理空间上各自独立的发送缓冲器和接收缓冲器。
这两个缓冲器公用一个地址99H，发送缓冲器只写不读，接收缓冲器只读不写。
接收缓冲器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时响应接收器中断，没有把上一帧数据读走而产生两帧数据重叠问题。
对于发送缓冲器，为了保持最大传送速率，一般为单缓冲型，因为发送时CPU是主动的，不会产生写重叠问题。
2.串行口控制寄存器SCON
其字节地址98H，可位寻址，位地址98H~9FH。
格式为
D7
D0
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
包括方式选择位、接收发送控制位及中断状态标志位。
SM0、SM1：
串行口方式选择位，如表4-2所示。
SM2：
允许方式2、方式3多机通讯控制位。
在方式2或方式3中，如SM2=1，则接收到的第9位数据（RB8）为“0”时，不启动接收中断标志RI（RI=0）。
当接到收的第9位数据（RB8）为“1”时，则启动接收中断RI（RI=1）。
如果SM2=0，则接收到的第9位数据（RB8）无论为“1”或“0”均启动RI（RI=1）。
在方式1时，如SM2=1，则只有在接收到有效停止位时才启动RI，若没有接收到有效停止位，则RI为“0”。
如果不是多机通讯，则无论串行口工作在方式0、1、2、3时，一般SM2都置为“0”。
表4-2串行口工作方式
方式
功能说明
移位寄存器方式（用于I/O扩展）波特率为fosc/12
1
8位UART，波特率可变（T1溢出率决定）
2
9位UART，波特率为fosc/64或fosc/32
3
9位UART，波特率可变（T1溢出率决定）
REN：
允许接收控制位。
由软件置“1”时，允许接收；
由软件置“0”时，禁止接收。
TB8：
在方式2和方式3中要发送的第9位数据。
需要时由软件置位或复位。
RB8：
在方式2和方式3中是接收到的第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。
发送中断标志。
接收中断标志。
3.特殊功能寄存器
其字节地址87H，没有位寻址功能。
与串行口有关的只有PCON的最高位。
PCON（87H）
SMOD
SMOD：
波特率选择位。
当SMOD=1时，波特率加倍。
4.3.2串行口工作方式
串行口具有4种工作方式，我们从应用角度，重点讨论各种方式的功能和外特性，对串行口的内部逻辑和内部时序的细节不做详细讨论。
1.方式0
方式0为移位寄存器输入/输出方式，可外接移位寄存器，以扩展I/O口，也可接同步输入/输出设备。
按方式0工作，波特率是固定的，为fosc/12。
这时数据的传送，无论是输入还是输出，均通过引脚RXD（P3.0）端，移位同步脉冲由TXD（P3.1）输出。
发送/接收一帧数据为8位二进制数，低位在先，高位在后。
（1）方式0发送
当串行口定义为方式0后，当一个数据写入发送缓冲器SBUF时，串行口即将8位数据以振荡频率的十二分之一的波特率，将数据从RXD端串行输出，TXD端输出移位同步信号，发送完时中断标志TI置“1”。
（2）方式0接收
当串行口定义为方式0并置“1”REN后，便启动串行口以振荡率的十二分之一的波特率接收数据，RXD为数据输入端，TXD为同步移位信号输出端，当接收器接收到8位数据时，置“1”中断标志RI。
2.方式1
串行口定义为方式1时，传送一帧数据为10位，其中1位起始位（低电平）、8位数据位（先低位后高位）、1位停止位（高电平）。
方式1的波特率可变，波特率=2SMOD/32×
（T1的溢出率）。
（1）方式1发送
方式1发送时，数据由TXD端输出。
CPU执行一条写入发送数据缓冲器SBUF的指令（例如，MOVSBUF，A），数据字节写入SBUF后，便启动串行口发送器发送，当发送完数据后，中断标志TI置“1”。
（2）方式1接收
方式1接收时，数据从RXD端输入。
在REN置“1”后，就允许接收器接收。
接收器以波特率16倍的速率采样RXD端的电平。
当采样RXD引脚上“1”到“0”的跳变时启动接收器接收并复位内部的16分频计数器以便实现同步。
计数器的16个状态把一位的时间分成16等份，在每位时间的第7、8和9计数状态，位检测器采样RXD的值，接收的值是3次采样中取至少二次相同的值，以排除噪声干扰。
起始位接收到的值不是“0”，则起始位无效，复位接收电路。
在检测起始位有效时，则移入输入移位寄存器，开始接收本帧其余数据信息。
当RI=0；
同时接收到停止位“1”（或SM2=0）时，停止位进入RB8，置“1”中断标志RI。
若以上二个条件任一条件不满足，所有接收信息将丢失，因此中断标志RI必须在中断服务程序中由用户清“0”。
通常串行口以方式1工作时，SM2置为“0”。
3.方式2
串行口定义为方式2时，串行口被定义为9位异步通信接口。
传送一帧信息为11位，其中1位起始位、8位数据位（先低位后高位）、1位附加的可程控为“1”或“0”的第9位数据位、1位停止位。
方式2的波特率是固定的，波特率为2SMOD/64×
fosc。
（1）方式2发送
在方式2发送时，数据由TXD端输出。
附加的第9位数据是SCON中的TB8，可作多机通信中的地址、数据标志，也可作数据的奇偶校验位。
CPU执行一条写入发送缓冲器指令（例如MOVSBUF，A），就启动发送器发送，发送完一帧信息，置“1”TI中断标志。
（2）方式2接收
在方式2接收时，数据由RXD端输入，REN被置“1”以后，接收器开始以波特率16倍的速率采样RXD电平，检测到RXD端由高到低的负跳变时，启动接收器接收，复位内部16位分频计数器，以实现同步。
计数器的16个状态把一位时间分成16等份，在每位时间的第7、8、9个状态，位检测采样RXD的值，若接收到的值不是“0”，则起始位无效并复位接收
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