第4章中断系统定时器计数器和串行口新版.docx

1、第4章 中断系统定时器计数器和串行口新版课 题第4章 中断系统、定时器/计数器和串行口4.1 中断系统学 时 2学时授课类型理论讲授教学目标1知识目标 掌握89S51单片机中断系统结构及中断处理过程；学会编写利用中断方式实现数据输入/输出程序；了解外部中断源扩展的方法。2能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点189S51单片机中断系统结构及中断处理过程。教 法采用“媒体演示分析概括巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入：

2、 中断系统是单片机系统中重要部分，本节就着重研究8051的中断系统。了解中断的概念理解89S51中断系统结构掌握89S51中断的处理过程结合具体任务分析中断系统及其中断程序的编写一、 输入/输出方式及中断的概念1输入/输出方式 CPU与外设的信息交换称为输入/ 输出。输入/ 输出有三种：无条件传送方式、查询方式和中断方式。其执行过程如图4.1： （a）无条件传送方式 （b）查询传送方式 （c）中断传送方式图4.1 输入/输出方式示意图2中断的概念 中断 CPU正在执行程序的过程中,由于CPU之外的某种原因,有必要暂停该程序的执行,转而去执行相应的处理程序,待处理程序结束之后,再返回原程序断点处

3、继续运行的过程。 中断系统实现中断过程的软、硬件系统。 中断源提出中断申请的来源。中断源一般有外设、定时时钟、故障源等。 主程序与中断服务程序CPU执行的当前程序称为主程序。CPU转去对突发事件的处理程序,称为中断服务程序。中断优先级当多个中断源同时申请中断时,为了使CPU能够按照用户的规定先处理最紧急的,然后再处理其他事件,中断系统设置有中断优先权排队电路,通过用户的设置,排在前面的中断源称为高级中断,排在后面的称为低级中断。中断嵌套当CPU响应某一中断源请求而进入中断处理时,若更高级别的中断源发出申请,则CPU暂停现行的中断服务程序,去响应优先级更高的中断,待更高级别的中断处理完毕后,再返

4、回低级中断服务程序,继续原先的处理,这个过程称为中断嵌套。低级中断不能中断优先级高的中断,同级中断不能中断优先级相同的中断。二、89S51中断系统结构 1中断源 89S51的5个中断源分别为:2 个外部中断(由INT0、INT1引脚输入中断请求信号)、2个片内定时器/ 计数器溢出中断(T0、T1)、1个片内串行口中断(TX发送、RX接收)。2中断请求标志寄存器 中断系统设置有中断请求标志寄存器,它由定时器控制寄存器(TCON)和串行口控制寄存器(SCON)的若干位构成,如图所示：（a）TCON中断标志 （b）SCON中断标志当某一中断源发出有效的请求信号时,相应的标志位置1,否则为0。3中断允

5、许控制寄存器IE 为了有效地控制中断过程,中断系统设置有中断允许控制寄存器IE,它控制着中断的允许与禁止。IE结构如图所示。4中断优先级控制寄存器IP 89S51有2级中断优先级,每一个中断源都可以软件设置为高级中断或低级中断,由中断优先级控制寄存器IP控制。IP寄存器结构如图所示。5中断硬件查询电路 若CPU同时接收到两个不同优先级的中断时,则先处理高级中断。若CPU同时接收的是多个同级中断时,则通过内部硬件查询逻辑电路,按查询顺序确定应先响应哪一个中断请求。在同级中断中,查询顺序(由高到低)是:外部中断0、定时器T0 中断、外部中断1、定时器T1 中断、串行口中断。 注意，这种同级中断的查

6、询顺序只在同时申请中断时确定先后次序,但不能引起中断嵌套。三、中断的处理过程89S51中断的处理过程如图：1中断查询 CPU在每个机器周期结束时查询中断源是否有中断申请,若没有,则继续当前任务;若有,则自动设置相应中断请求标志位。各中断源的申请信号如下表。中断源有效的申请信号设置的标志位外部中断0IT0位=0时，引脚为低电平申请中断；IT0位=1时，引脚有1到0的负跳变信号申请中断IE0=1定时器T0中断当T0计满溢出时申请中断TF0=1外部中断1IT1位=0时，引脚为低电平申请中断；IT1位=1时，引脚有1到0的负跳变信号申请中断IE1=1定时器T1中断当T1计满溢出时申请中断TF1=1串行

7、口中断当发送完一帧数据时申请中断TI=1当接收完一帧数据时申请中断RI=12中断的响应条件 只有同时满足以下条件时，才会响应中断。 中断请求标志为1。 CPU中断开放,即EA = 1且相应中断允许位= 1。 无同级或更高优先级中断正在被服务。 若现行指令为中断返回RETI或访问IE、IP寄存器指令,必须执行完该指令和紧接着的下一条指令后才能响应中断。3响应中断 设置相应的优先级状态触发器。 保护现行程序断电地址。 进入指定的中断服务程序入口地址。89S51规定各中断源有相应的服务程序入口地址，见下表。中断源中断服务程序入口地址外部中断00003H定时器T0中断000BH外部中断10013H定时

8、器T1中断001BH串行口中断0023H4执行中断服务程序 在中断服务程序中不仅要完成相应的服务任务,而且要考虑现场保护与现场恢复,以便保护主程序中不应破坏的数据。5中断返回 在中断服务程序的结尾必须有一条中断返回指令RETI。 作用：清除响应时设置的优先级状态触发器 恢复主程序断点地址,即把堆栈的内容送给PC6中断请求的撤除 CPU响应某中断请求后，在返回之前必须撤除中断请求。 89S51的中断系统在响应中断后，能够自动清除两个定时器的中断请求标志TF1、TF0；对边沿触发下的两个外部中断请求标志IE1、IE0，必须撤除引脚上的请求信号，才能根本上对请求标志清0。四、任务演示见动画十二单片机

9、与打印机数据传送。总 结中断系统在单片机中极为重要，通过本节的学习，我们全面了解了8051中断系统的结构、处理过程及其应用。思 考 题知识扩展：外部中断源的扩展 链接到PPT的相关内容课 题第4章 中断系统、定时器/计数器和串行口4.2 定时器/计数器学 时 2学时授课类型理论讲授教学目标1知识目标掌握定时器/计数器结构及四种工作方式；学会使用定时器/计数器的计数功能，并编写相应控制程序；学会使用定时器/计数器的定时功能，并编写相应控制程序；2能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生

10、对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点189S51定时器/计数器T0、T1。教 法采用“媒体演示分析概括巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入： 单片机的一个重要作用是工业控制，在此领域中，时常用到定时控制、延时或计件操作，这些都要涉及到单片机内部集成的定时器/计数器。掌握定时器/计数器T0、T1的结构掌握寄存器TMOD和寄存器TCON，并会根据系统连接来写出寄存器地址掌握定时器/计数器T0、T1的四种工作方式的工作原理熟记计算公式，会写初始化程序结合任务掌握定时器/计数器T0、T1的定时和计数功能及其应用 89S51单片机内部集成有两个16位定时器/计数器T0、T1。

11、一、定时器/计数器T0、T1的结构1定时器的总体结构 定时器/计数器T0、T1的结构如图所示。各部分的组成及功能？ 2定时器方式寄存器TMOD 特殊功能寄存器TMOD用于控制定时器/ 计数器的启动方式、计数脉冲源的选择、工作方式的选择。此寄存器只能字节寻址，复位时，TMOD=00H。其各位含义如图所示。3定时器控制寄存器TCON此寄存器复位时，TCON=00H。其各位含义如图所示。二、定时器/计数器T0、T1的工作方式定时器/计数器的工作过程如下图所示。定时器/计数器有四种工作方式。1方式0方式0的原理图如图所示。工作原理： 在方式0下，T0和T1工作在13位的定时/计数器方式，由TH0的高8

12、位和TL0的低5位组成。 TL0的低5位进位时,TH0加1,TH0最高位进位(即溢出)时,设置TF0=1，申请中断。若CPU 响应中断,系统自动对TF0复位。 C/=0，为定时功能；C/=1，为计数功能。 定时器T0的启动控制由门控位GATE、启动位TR0、引脚INT0的逻辑组合确定。定时时间t与计数器的位数、设置的计数处置、时钟频率有关，计算公式如下：t=(计数最大值-x初值)机器周期=(-x初值)12/fosc其中 x初值:时间常数；fosc:时钟频率若fosc=12MHz，则方式0的最大定时时间T=(-0)12/ fosc = 8.192 ms例1：若设置定时器T1工作在方式0、定时功能

13、,定时时间t=5 ms,启动由TR1控制。写出初始化程序。分析：方式0：设置M1、M0=00；定时功能：设置C/=0；TR1启动：设置GATE=0；利用计算公式可设置TH1=63H，TL1=18H。初始化程序：START: MOV TMOD, # 00H ;设置T1 方式0,定时功能MOV TH1, # 63H ;送时间常数MOV TL1, # 18HSETB TR1 ;启动T1工作2方式1 方式1的原理图如图所示。工作原理： T0、T1定时器/ 计数器的方式1相同,为16位计数器结构。 方式1与方式0基本工作过程相同。定时时间计算公式：t=(计数最大值-x初值)机器周期=(-x初值)12/f

14、osc若fosc=12MHZ，则方式1的最大定时时间T=(-0)12/ fosc = 65.536 ms例2 若设置定时器T0 工作在方式1、计数功能,计数数目为10 000 次,启动由INT0引脚控制。写出初始化程序。分析：方式1:设置M1、M0=01；计数功能：设置C/=1；控制启动：设置GATE=1；利用计算公式可设置TH0=0D8H，TL0=0F0H。初始化程序：START: MOV TMOD, # 0DH ;设置T0方式1,计数功能MOV TH0, # 0D8H ;送计数初值MOV TL0, # 0F0HSETB TR0 ;置TR0 = 1,T0启动由INT0引脚控制3方式2方式2

15、的原理图如图所示。工作原理：T0、T1 定时器/ 计数器的方式2相同,为可重载时间常数的8位计数器结构。 在方式2下,TL0作为8 位计数器,TH0作为重载时间常数寄存器,当TL0计满溢出后,设置TF0 = 1申请中断,同时将TH0中的数据自动装载到TL0中重新工作。定时时间计算公式：t=(计数最大值-x初值)机器周期=(-x初值)12/fosc若fosc=12MHZ，则方式2的最大定时时间T=(-0)12/ fosc = 0.256 ms4方式3T0方式3原理图如图所示。工作原理：定时器/ 计数器T0、T1方式3的工作情况差别很大,T1设置为方式3时,停止工作;T0设置为方式3时,分成两个独

16、立的8位定时器/ 计数器TL0和TH0。 TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器T0的各控制位和引脚信号全归它使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。 TH0只能作为定时器使用，它的启动仅由原来T1的启动位TR1控制，当TH0溢出时,置位TF1标志申请中断,中断服务程序入口为001BH。当T0工作在方式3时，T1可以工作在方式0，1，2三种方式，原理图如图。三、任务演示见动画十三生产线零件打包机控制。总 结掌握了89S51定时器/计数器T0、T1的结构、工作方式及其在实际工作中的应用，就会更好地应用于实际。思 考 题知识扩展：定时器/计数器T2 链接到PPT上的相关内

17、容。课 题第4章 中断系统、定时器/计数器和串行口4.3 串行口学 时 2学时授课类型理论讲授教学目标1知识目标了解串行通信的基本概念；掌握串行口的基本结构及工作方式。2能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点189S51串行口的结构。289S51串行口的四种工作方式的工作过程。教 法采用“媒体演示分析概括巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入： 微机的串行接口应用非常广泛，本节着重介绍89S51单片机内部的串行口结构及其

18、应用。了解串行通信的基本概念理解同步通信与异步通信8051串行口的结构介绍掌握串行口SCON和PCON各位的含义，并能够根据具体情况写出寄存器的地址掌握8051串行口四种工作方式的工作过程结合实例理解方式0的应用结合任务演示理解串行口的工作过程一、串行通信的基本概念1并行通信与串行通信 计算机与外界的信息交换称为通信。基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。 并行通信是指单位信息(通常为一个字节)的各位数据同时传送。它是依靠并行I/ O口实现的。 串行通信是指单位信息的各位一位一位地按顺序依次传送,它是靠串行接口实现数据传送的。串行通信是以帧为单位传送。2同步通信与异步通信 串行通信有两种基本

19、通信方式,即同步通信与异步通信。 同步通信 是指发送和接收同步进行,从而实现数据的不间断传送。同步通信的数据帧格式如图所示。发送设备与接收设备之间不仅连有数据线,还连接有同步时钟信号线,由主控设备发出同步时钟信号,以达到发送与接收同步进行。同步字符是由用户约定的字符,放在一帧数据的开始和数据之间的间隔,起到提示发送开始和等待的作用。异步通信 是指发送与接收没有用同步时钟同步,传送过程中数据之间有隔。异步通信的数据帧格式如图所示。一帧数据一般由一位起始位、若干数据位、一位停止位构成,传送中数据帧之间的空闲时间插入停止位。发送设备与接收设备之间没有同步时钟信号线,只有数据信号线,当接收设备检测到数

20、据信号线有起始位到来,才开始接收数据。3串行通信的传送方式 单工 发送设备和接受设备之间之间连接的信号线传送方向是单向的。 半双工 两设备之间连接的信号线传送方向是双向的，但两方向的数据传送不能同时进行。 全双工 两设备之间连接的信号线传送方向是双向的，并且两方向的数据传送能同时进行。4波特率的概念 每秒传送数据的位数称为波特率(Baud Rate),单位为波特,即位/ 秒(b/ s)。波特率的倒数称为位传送时间,用Td 表示,单位为秒(s)。例如，传送速率每秒10 帧数据,每一帧数据11 位,则传送波特率为:10 帧/ 秒11 位/ 帧=110b/ s位传送时间 Td=9. 1 ms。二、8

21、9S51串行口的结构1串行口的总体结构 89S51串行口是一个可程控、全双工的串行口，结构框图如图所示。串行口缓冲器SBUF（99H），在物理上它对应着两个独立的寄存器，发送缓冲器和接受缓冲器。发送时，即CPU写SBUF；接收时，即CPU读取SBUF。2串行口控制寄存器SCON包含串行口工作方式选择位、接收与发送控制位、串口状态标志位。其数据格式如下：各位功能如下：SM0、SM1：串行口工作方式选择位。可设置4种工作方式。SM2：允许方式2、3多机通信控制位,其功能见下表。 REN：串行接收允许位。由软件设置1允许接收,设为0禁止接收。 TB8、RB8：在9位异步通信方式下,由于缓冲器只有8位

22、,故用TB8作为发送的第9位,RB8作为接收的第9位。 TI、RI：发送中断标志与接收中断标志。当发送完一帧数据后硬件自动置位TI;当接收完一帧数据后,若数据满足保留条件,硬件自动置位RI。若CPU响应中断,系统不会自动复位TI、RI,必须由软件清0。 复位后，SCON=00H。3电源控制寄存器PCON用来控制串行口的波特率倍增,以及在CHMOS系列单片机中实现电源控制,其格式如下: 复位后，PCON寄存器的所有使用位为0。 SMOD：波特率倍增位。当SMOD=1时,使串行口波特率加倍。三、串行口方式01方式0的工作过程数据帧格式如图所示,没有起始位与停止位,只有8位数据位,传送时低位在前,高

23、位在后。 发送过程 CPU将数据送入发送缓冲器SBUF后,自动启动串行口发送。 8位数据以固定的波特率(fosc / 12),低位在前,从RXD引脚串行输出,TXD引脚发送移位时钟信号(频率为fosc /12),每个移位时钟的有效期间,对应一个输出的数据位。 8位数据发送完毕,置位TI=1,申请中断,通知CPU再发送下一个数据。 接收过程 软件设置REN=1时,启动接收过程。 串行口以fosc /12固定的波特率,从RXD引脚串行输入数据(低位在前),TXD引脚输出移位时钟信号。 当8位数据接收完毕,将数据送入接收缓冲器SBUF,并置位RI=1,申请中断,通知CPU取走数据。2利用方式0扩展并

24、行I/O口扩展并行输出口的硬件连接图如下图所示。74LS164的工作过程是，在移位时钟（由CK引脚进入）作用下，数据由A、B引脚串行输入，在Q7Q0得到并行输出的数据（Q7为高位）。引脚为异步清0端。 输出指令： MOV SCON，00H ；设置串口方式0 MOV SBUF，R0 ；输出数据扩展并行输入口的硬件连接图如下图所示。74LS165的工作过程是，在移位时钟（由CK引脚进入）作用下，数据由D7D0引脚并行输入，在QH端得到串行输出的数据。输入指令： MOV SCON，#00H；设置串口方式0 MOV R0，SBUF ；输入数据四、串行口方式1、2、31 方式1的工作过程。数据帧格式如下

25、图所示。 发送过程 CPU 将数据送入发送缓冲器SBUF 后,自动启动串行口发送。 以指定的波特率,串行发送一位起始位、8 位数据位(低位在前)、一位停止位。 一帧数据发送完毕,置位TI = 1,申请中断,通知CPU 再发送下一个数据。在未发送下一帧数据时,TXD 引脚始终为高电平。 接收过程 软件设置REN = 1 时,启动接收过程,串行口检测RXD 引脚,当检测到有1 到0 的负跳变(起始位到来)时,开始接收数据。 串行口以指定的波特率,从RXD 引脚串行输入8 位数据(低位在前)、一位停止位。 当数据接收完毕,必须同时满足条件RI=0 和SM2=0或接收到有效的停止位,才将8位数据送入接

26、收缓冲器SBUF保存,并置位RI = 1,申请中断,通知CPU 取走数据；若条件有一个不满足,则接收的数据丢失,不能恢复,也不置位RI标志。2方式2、3的工作过程 方式2、3为9位异步通信方式,方式2的波特率为时钟频率的32或64分频,方式3的波特率和方式1相同,由波特率倍增位SMOD确定分频。其数据帧格式如图所示。发送过程 发送过程与方式1类似,只是数据帧格式不同,即启动发送后,串行发送一位起始位、8位数据位、TB8提供的第9位、一位停止位。一帧数据发送完毕,置位TI = 1。接收过程 接收过程与方式1类似。在方式2、3的应用中,可以利用传送的第9位,作为各种意义的标志,如作为奇偶校验位,或作为地址与数据信息标志等。SM2位的功能,提供了一种人为控制接收是否有效的可能性,在多机通信方面,起到重要的作用。五、任务演示见动画十六单片机双机通讯。总 结串行通信是工业控制网络的基础，是构成复杂控制系统的关键，通过本节89S51串行口的学习，为以后深入学习串行口的扩展及通信接口做基础。思 考 题知识扩展：利用方式2、3进行多机通信 链接到PPT的相关内容。