单片机原理与应用授课-第五章课件

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1、第五章第五章 中断系统、定时器中断系统、定时器/计数器和串行口计数器和串行口 5-1 MCS-51的中断系统的中断系统5-2 定时定时/计数器计数器5-3 MCS-51单片机的串行口单片机的串行口5-1 MCS-51的中断系统的中断系统一、中断概述1、中断源中断源 指引起正在执行的程序中断，转而执行中 断服务程序的设备或事件。可分为硬中断、软中断。MCS-51单片机的5个中断源：外部中断2个：、，中断请求信号分别由P3.2、P3.3输入,低电平有效、脉冲下降沿有效可选。入口地址：0003H，0013H。定时/计数溢出中断2个：T0、T1,计数溢出时置“1”TF0、TF1位，从而发出内部中断请求

2、。入口地址：000BH，001BH。1INT0INT串行中断1个：串行接收或发送完一帧数据时就产生一个内部中断请求RI或TI。入口地址：0023H。2、中断处理过程包含：中断请求、中断响应、中断服务、中断返回四个阶段.中断请求：中断源将相应请求中断的标志位置 “1”，表示发出请求，并由CPU 查询。中断响应：在一条指令的最后一个周期按优先级 顺序查询中断标志，为“1”并满足响应 条件时响应。响应操作:断点压栈撤除中断标志关闭低同级中断允许中断入口地址送PC。实际上响应中断的主要操作是有硬件自动产生一条长调用指令LCALL。中断服务：根据入口地址转中断服务程序，包含 保护现场、执行中断主体、恢复

3、现场。中断返回：断点出栈开放中断允许返回原程序。3、中断优先级及其嵌套优先级 2个-高优先级、低优先级，可通过SFR寄存器IP设置。中断嵌套 原则为高优先级的中断不能被低优先的中断所中断，同级中断不能相互中断。4、中断控制的特点 中断是随机发生的，并且是可编程的。通过执行特定功能的程序段而获得预定目的。5、MCS-51中断汇集二、中断控制通过对特殊功能寄存器TCON、SCON、IE、IP等四个寄存器的设定而实现。1、中断请求控制（1）定时中断、外中断请求控制寄存器TCON字节地址88H，位地址8FH88H，与中断请求有关的各位表示如下：TF1、TF0：T1/T0溢出中断请求标志。IE1、IE0

4、：外中断/请求标志。IT1、IT0：外中断/触发方式定义位，“1”后沿触发（2）串行中断请求控制寄存器SCON串行中断请求由TI、RI的逻辑“或”得到。即不论是发送标志还是接收标志，都将发生串行中断请求。字节地址98H，位地址9FH98H，与中断请求有关的各位表示如下：TI为发送中断，RI为接收中断，为“1”时，请求中断，响应后必须由用户软件清零。（3）中断请求的撤销 中断响应后，必须及时清除TCON、SCON中的已响应中断请求标志，否则，会引起中断的重复查询和响应。外中断请求的撤销：对于边沿触发方式：由于触发信号过后就消失，撤 销自然也就是自动的。对于电平触发方式：需通过软硬件结合的方法来实

5、现撤销。定时中断请求的撤销：定时中断后，硬件自动清“0”。串行中断请求的撤销：不能自动清“0”，须用软件的方法在中断服务子程序中进行清“0”。2、中断允许控制由SFR寄存器IE设置，分二级允许控制。以EA位作为总控，以各中断源的允许位作为分控。IE字节地址A8H，位地址AFHA8H，与中断允许有关的各位表示如下：单片机复位后，（IE）=00H，因此，整个中断系统为禁止状态。3、中断优先级控制由SFR寄存器IP设置，有2个优先级，相应位置“1”，为高优先级。相应位置“0”，为低优先级。IP字节地址B8H，位地址BFHB8H，与中断优先有关的各位表示如下：注意：5个中断优先位全部置“1”时，和全部

6、清0效果一样，为同优先级中断，按自然优先级处理，即为 T0 T1串行口，优先级依次从高到低。三、中断应用 1、中断应用的准备工作1INT0INT（1）中断初始化设置：定义SP、IP、IE和外中断触发方式选择；（2）中断服务程序：中断入口、现场保护、中断主体 程序、恢复现场返回。2、应用举例例例5-1 通过P1.0P1.7控制发光二极管，输出两种节日灯，并利用外中断P3.2，在两种状态之间切换。要求：主程序中状态：亮1灯左移循环,间隔1S，中断程序中的状态：以1秒间隔8灯依次亮起，再依次熄灭,循环3次后返回。主流程图（略），程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG0003H ；中断入

7、口LJMPINT0 ORG0030HMAIN：MOVSP，#60HSETBIT0 ；设定下跳有效SETBEX0 ；开中SETBEAMOVIP，#01HMOVA，#01H LOOP：MOVP1，ARLALCALLDELAYAJMP LOOP中断服务程序流程图：中断服务程序：INT0：PUSHACCCLRAMOVR0，#00HLOOP1：SETBCRLCAMOVP1，ALCALL DELAYJNBACC.7，LOOP1LOOP2：CLRCRLCAMOVP1，ALCALL DELAYJBACC.7，LOOP2INCR0CJNER0，#03H，LOOP1POPACCRETIDELAY：（略）；1秒延时

8、5-2 定时定时/计数器计数器一、定时/计数器构成1、定时方法软件延时 通过执行循环而获得延时，短时间延时；硬件延时 由硬件电路实现延时，长时间延时；可编程定时 通过对系统时钟脉冲的计数而获得延时。2、MCS-51单片机的定时/计数器 16位定时/计数器T0、T1，分别由4个8位计数器组成，均属SFR寄存器。T0由TH0、TL0构成，字节地址为8CH、8AH；T1由TH1、TL1构成，字节地址为8DH、8BH；MCS-51单片机定时器结构示意图3、MCS-51单片机定时/计数器的功能归根结底是计数器。（1）定时功能 对片内机器周期进行计数，即每个机器周期产生一个计数脉冲，计数加1。（2）计数功

9、能 对片外从T0（P3.4）、T1（P3.5）引脚输入的外部脉冲信号进行计数，下降沿计数加1。二、定时/计数器的控制寄存器与定时/计数器有关的控制寄存器有3个：1、定时器控制寄存器TCON（88H）SFR寄存器TCON既参与定时控制又参与中断控制，有关定时控制的有4位，表示如下：TF1/TF0：当T1/T0的计数器计数溢出时，该位置“1”。TR1/TR0：T1/T0运行控制位。软件将其置“1”时，启 动T1/T0工作。2、设定定时器工作方式寄存器TMOD（89H）SFR寄存器TMOD用于2个定时器/计数器T1/T0的工作方式设定，各位的含义表示如下：GATE：门控位，定义T1/T0的启动方式，

10、逻辑如图：C/：定时/计数功能选择位。为“0”，作定时器用；为“1”，作计数器用。M1M0：工作方式选择位。00 方式0 13位计数器01 方式1 16位计数器10 方式2 初值自动重装8位计数器T11 方式3 2个8位计数器，仅适用于T03、中断允许控制寄存器IE（A8H）三、定时器/计数器工作方式1、工作方式、工作方式0 M1M0=00 13位计数器位计数器（1）结构由TH0的全部8位和TL0的低5位构成，如下页图。当TL0低5位计数满时直接向TH0进位，并当全部13位计数满溢出时，TF0置“1”。（2）TMOD值：作定时器：TMOD=0000 0 0 00=00H作计数器：TMOD=00

11、00 0 1 00=04H（3）计数初值最大计数值为213=8192T=（213 计数初值）机器周期（12/fosc）计数初值=213 欲计数脉冲数=213 T/机器周期2、工作方式、工作方式1 M1M0=0116位计数器位计数器方式1时的电路逻辑结构如图所示作定时器，TMOD=01H；作计数器，TMOD=05H；T=（216 计数初值）机器周期（12/fosc）计数初值=216 欲计数脉冲数=216 T/机器周期例如：定时500us，fosc=6MHz时，初值=216500/2=65536-250=65286=FF 06H 那么：TH0=FFH，TL0=06H 3、工作方式、工作方式2 M1

12、M0=10自动复位的自动复位的8位计数器位计数器以TL0作计数器，而TH0作为预置寄存器。当计数满溢出时，TF0置“1”，同时TH0将计数初值以硬件方法自动装入TL0。逻辑结构，如图所示：作定时器，TMOD=02H；作计数器，TMOD=06H；最大计数值为28=256，若fosc=12MHz，则方式2的最大定时时间为256us。当作为定时器用时，定时时间的计算公式：T=（28 计数初值）机器周期（12/fosc）计数初值=28 欲计数脉冲数=28 T/机器周期例如：定时500，fosc=6MHz时，初值=28500/2=6=06H 则：TH0=TL0=06H4、工作方式、工作方式3 M1M0=

13、112个个8位计数器（仅限于位计数器（仅限于T0）在T0方式3下，T0、T1的设置和使用是不同的。（1）T0方式3TL0：使用T0原有控制资源，功能与方式0、1相同。TH0：借用T1的TR1、TF1，只能对片内机器周期脉冲计数，作8位定时器。T0方式3时的T0、T1电路逻辑结构，如图所示 T0方式3时的T0初值计算完全同方式 2（2）T0方式3下的T1T0方式3时，T1仍然可工作于方式0方式2，如上页图所示。C/控制位仍可使T1工作在定时器或计数器方式，只是由于其TR1、TF1被T0的TH0占用，因而没有计数溢出标志可供使用，计数溢出时只能将输出结果送至串行口，即用作串行口波特率发生器。T0方

14、式3下的T1方式2，因定时初值能自动恢复，用作波特率发生器更为合适。四、定时/计数器的应用【例5-2】已知fosc=6MHz，利用T1定时500us，在P1.0口输出周期为1ms的方波脉冲，使用方式0方式2编程。T解：1）方波波形如图所示：2）计数初值：方式0：计数初值=213 欲计数脉冲数=213 T/机器周期 =213-500/2=1F06H TH1=F8H，TL1=06H方式1：计数初值=216 欲计数脉冲数=216 T/机器周期 =216-500/2=FF06H TH1=FFH，TL1=06H方式2：计数初值=28 欲计数脉冲数=28 T/机器周期 =28-500/2=06H TH1=

15、TL1=06H3）定时到达P1.0的翻转方法：查询方式、中断方式4）流程、程序如下：方式方式0：采用查询方式：采用查询方式程序：流程：ORG0030HSTART：MOV TMOD，#00HMOV TH1，#0F8HMOV TL1，#06HMOV IE，#00HSETB TR1WT：JNBTF1，WTCPLP1.0CLRTF1MOV TH1，#0F8HMOV TL1，#06HSJMP WT方式方式1：采用中断方式：采用中断方式ORG0000HLJMPSTARTORG001BHLJMP0100HORG0030HSTART：MOV TMOD，#10HMOVTH1，#0FFHMOVTL1，#06HMO

16、VIE，#88HMOVIP，#0000 1000BSETBTR1SJMP 中断服务程序：ORG0100HCPLP1.0MOVTH1，#0FFHMOVTL1，#06HRETI方式方式2：采用中断方式：采用中断方式 ORG0000HLJMPSTARTORG001BHLJMP0100HORG0030HSTART：MOVTMOD，#20HMOVTH1，#06HMOVTL1，#06HMOVIE，#88HMOVIP，#08HSETBTR1SJMP 中断服务程序：ORG0100HCPLP1.0RETI【例5-3】用软件延时和定时器中断方式、查询方式定时的方法编程，试设计控制六盏LED灯的程序，设晶振fosc

17、=12MHZ，要求：1）K合上后，L1 L6轮流点亮1秒，如此循环2）K断开后，全灭，等待下次启动3）要求用T0定时器、软件程序延时两种方案实现 解：（1）硬件原理图及I/O分配，如图所示；（2）用定时器T0方式1实现延时：定时器T0初值：定时时间：tmax=655361us=65.536ms，取50ms 1秒延时实现：50ms延时20次 T0 的 初值：=216-50000us/1us=15536=3CB0H TMOD=（0000 0001）B=01H控制流程查询方式：通过对TF0的查询，获得50ms延时，并循环20次，获得1S延时中断方式：通过T0溢出中断，获得50ms延时，并循环20次，

18、获得1S延时指令代码（略）（3）用软件程序延时）用软件程序延时ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART：MOV P3，#04HMOV A，#01HLOOP1：MOV P1，#00H WT：JB P3.2，WTLOOP2：MOV P1，A MOV R7，#10DL3：MOV R6，#200DL2：MOV R5，#125 DL1：JNB P3.2，LOOP1 DJNZ R5，DL1 DJNZ R6，DL2 DJNZ R7，DL3 JB ACC.5，JP1 RL A AJMP LOOP2JP1：MOV A，#01HAJMP LOOP2 5-3 MCS-51单片机的串行口单片

19、机的串行口一、串行通信基本概念1、并行通信和串行通信通信的基本方式：并行通信：数据的各位同时送出。传送距离：小于30米。串行通信：数据的各位逐位送出，只需一对传送线即可完成传送。传送距离：几米几千公里。2、串行通信（1）串行通信的数据传送方向。单工、半双工、全双工三种方式（2）串行通信的工作方式同步方式：数据按块传送，包括同步字符、数据块。异步方式：数据按字符传送，每一个字符均按固定的字符格式传送，又被称为帧，如图。包含字符的起始位、数据位、校验位、停止位四个部分。3、串行通信的波特率（Baud rate）（1）波特率：传送数据位的速率，一般指每秒种传送二进 制代码的位数。单位：bps。（2）

20、通用异步接收/发送器（UART）：用于数据串、并转 换的串行接口电路。包括串行化电路（发送器）、并行化电路（接收器）、控制电路3部分。二、MCS-51单片机的串行口全双工的串行口（全双工的串行口（P3.0、P3.1）：能同时进行发送和接收。既可作UART用，也可作同步移位寄存器使用，还可用于网络通信，其帧格式可有8位、10位和11位，并能设置各种波特率。1、串行口的结构MCS-51单片机的串行口主要由2个物理上独立的串行数据缓冲器SBUF、输入移位寄存器和控制器等组成。还有2个SFR寄存器SCON和PCON，用于串行口的初始化编程。结构如图所示。串行口的发送和接收是以SBUF的名义进行读或写，

21、它们共用一个地址99H。发送：执行写命令MOV SBUF，A指令，发送完后使中断标志TI置“1”。接收：当RI=0时，置“1”允许接收位时，即启动接收，并时使RI=1。执行读命令MOV A，SBUF时，即可从接收SBUF取出信息并由内部总线送CPU。2、串行口控制寄存器SCON用于存放串行口的控制和状态信息，PCON用于改变串行口的通信波特率，波特率发生器可由定时器T1方式2构成。（1）串行控制寄存器SCON单元地址98H，位地址9FH98H。寄存器及位地址表示如下：SCON：SM0和SMl 串行口工作方式选择位。SM2 多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。若置SM21，则允许多机通信。R

22、EN 允许接收控制位。由软件置1或清0，只有当RENl时才允许接收，相当于串行接收的开关；若REN0、则禁止接收。TB8 发送数据的第9位(D8)装入TB8中。在方式2或方式3中根据发送数据的需要由软件置位或复位。在许多通信协议中可作奇偶校验位，也可在多机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。在方式0和方式1中，该位末用。RB8 接收数据的第9位。在方式2或方式3中、接收到的第9位数据放在RB8位。它或是约定的奇偶校验位，或是约定的地址数据标识位。TI 发送中断标志。在一帧数据发送完时被置位。在方式0串行发送第8位结束时，或其它方式串行发送到停止位的开始时由硬件置位，可用软件查询。它同时也申请

23、中断，TI置位意味着向CPU提供“发送缓冲器SBUF已空”的信息，CPU可以准备发送下一帧数据。串行口发送中断被响应后，TI不会自动复0，必须由软件清0。RI 接收中断标志。在接收到一帧有效数据后由硬件置位。在方式0中，第8位数据发送结束时，由硬件置位；在其它三种方式下，则在接收到停止位中间时由硬件置位。RI1，中请中断。表示一帧数据接收结束，并已装入接收SBUF中，要求CPU取走数据。CPU响应中断，取走数据。RI也必须由软件清0，（2）电源控制寄存器PCON字节地址87H，不可位寻址。它的D7位SMOD为串行口波特率控制位，可由软件置位或清零。若SMOD=1，则使工作在方式1、2、3时的波

24、特率加倍。串行口的工作方式3、串行工作方式0 同步移位寄存器方式方式设定：SM0SM1=00，通过执行MOV SCON，#00H。此时：RXD（P3.0）：数据的发送或接收口。TXD（P3.1）：输出同步移位脉冲。发送、接收的是8位数据，不设起始位和停止位，低位在前，波特率固定为fosc/12。在串行方式0时，是将串行口变成并行口使用。并要有串并转换芯片74LS164、74LS165转换。方式0时序方式13、串行工作方式1 8位UART,波特率由T1决定。方式设定：SM0SM1=01 串行方式1 波持率 216一初值 322SMOD12fosc方式1常用的波特率及定时器初值常用的波特率及定时器

25、初值三、MCS-51串行口方式0驱动数码管1、LED数码管（1）结构COM：显示器位选线 adp：显示器段选线发光管驱动额定电流：1040mA，静态取下限。（2）静态显示及其段码静态显示：利用8位锁存功能的I/O口线驱动一个数码管，多个数码管同时显示，需增加I/O口线。段码形成：在COM送入低电平或高电平，然后控制个各笔段引脚电平，即可形成相应段码。【例5-4】：利用P1口并行输出控制八段数码管，设小数点暗，采用共阳顺序、共阴顺序、共阴逆序确定09的显示程序为：解：1）共阳顺序显示硬件结构如图：2）共阳顺序、共阴顺序、共阴逆序的段码如下：共阳顺序段码：C0H，F9H，A4H，B0H，99H，9

26、2H，82H，F8H，80H，90H共阴顺序段码：3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH（Dpa）共阴逆序段码：FCH，60H，DAH，F2H，66H，B6H，BEH，E0H，FEH，F6H（aDp）2）并行输出，循环显示09秒的显示程序：DIR：MOV R0，#0 MOV DPTR，#TABLOOP：MOVA，R0MOVCA，A+DPTRMOV P1，ALCALLDELAYINCR0CJNE R0，#0AH，LOOPAJMP DIRTAB：DB C0H，F9H，A4HDB B0H，99H，92HDB 82H，F8H，80H，90H 2、串行口方式0驱动

27、数码管（1）串行口与并行口转换控制 串入并出移位寄存器74LS164 图（a）并入串出移位寄存器74LS165 图（b）（2）利用74LS164驱动共阴数码管【例5-5】：利用8031串行口控制八段数码管，设小数点暗，采用共阴逆序，设计循环显示09秒的程序。解：1）硬件结构图（共阴逆序、小数点暗）2）控制流程、程序START：MOVSCON，#00HMOVR0，#00HCLRES ；禁止中断MOVDPTR，#TABLELOOP：MOVA，R0MOVCA，A+DPTRCLRTIMOVSBUF，ALCALLDELAYINCR0CJNER0，#10，LOOPMOVR0，#00HAJMPLOOPTABLE：DB 0FCH，60H，0DAH，0F2H，66H DB 0B6H，0BEH，0E0H，0FEH，0F6H ORG0100H DELAY：1秒延时程序（略）RET本章小结 1、定时器/计数器的工作方式和初值设定、方式0方式2应用和定时编程举例 2、中断及中断请求源、特殊功能寄存器IP，IE、简单应用3、串行口的组成和功能、串行口的工作方式及波特率方式0应用及简单编程举例重点：掌握定时器/计数器的初值计算及定时程序编制，串行口 工作于方式0的发送/接收数据。难点：对TMOD、SCON等特殊功能寄存器参数设定，中断系 统现场保护。