第4章 MCS51单片机内部接口Word下载.docx

1、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M1 M0操作方式功 能0 0方式013位计数器0 1方式116位计数器1 0方式2可自动再装载的8位计数器1 1方式3T0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88H8FH。其格式如下：8FH88HTCON（88

2、H）TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0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

3、软件设置使方式寄存器TMOD中M1M000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GATE1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

4、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M1M001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

5、完全相同。3） 方式2当用软件使方式寄存器TMOD中M1M010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

6、。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M1M011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

7、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2，4.2 MCS-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

8、数器控制寄存器TCONTCON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

9、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SCONSCON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

10、）TIRITI：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

11、0A8H，可位寻址，IE格式如下：IE（A8H）EA/ESET1EX1ET0EX0EA：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I

12、P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）PSPT1PX1PT0PX0PS：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。P

13、T0=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：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

14、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

15、。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。CPU正在处理同级或高优先级中断；现行的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；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

16、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38个机器周期。中断源矢量单元地址0003H定时/计数器T0000BH0013H定时/计数器T1001BH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

17、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：ORGLJMP2000H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

18、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1s）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（

19、）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。4.3 MCS-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

20、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98H9FH。格式为D7D0SM0SM1SM2RENTB8RB8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，

21、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/1218位UART，波特率可变（T1溢出率决定）29位UART，波特率为fosc/64或fosc/3239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

22、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）SMODSMOD：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

23、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

24、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，MOV SBUF，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

25、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

26、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/64fosc。（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MOV SBUF，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