1、微機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目教程微機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目教程 項(xiàng)目一項(xiàng)目一 認(rèn)識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)認(rèn)識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)【項(xiàng)目導(dǎo)讀項(xiàng)目導(dǎo)讀】 通過本項(xiàng)目，認(rèn)識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)的組成，通過本項(xiàng)目，認(rèn)識(shí)微機(jī)控制系統(tǒng)的組成，分類；微機(jī)控制主要技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。了解分類；微機(jī)控制主要技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。了解主要控制器主要控制器-單片機(jī)的軟硬件開發(fā)技術(shù)，應(yīng)用單片機(jī)的軟硬件開發(fā)技術(shù)，應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)軟硬件兩種方法產(chǎn)生方波。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)軟硬件兩種方法產(chǎn)生方波。【項(xiàng)目任務(wù)單項(xiàng)目任務(wù)單】 1、分析一個(gè)實(shí)際的微機(jī)控制系統(tǒng)，畫出其、分析一個(gè)實(shí)際的微機(jī)控制系統(tǒng)，畫出其系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)框圖。 2、使用單片機(jī)，應(yīng)用軟硬件兩種方法實(shí)現(xiàn)、使用單片機(jī)，應(yīng)用軟硬件兩種方法實(shí)現(xiàn)

2、周期為周期為200MS的方波。的方波。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)1.1.1微機(jī)控制的概述 自從20世紀(jì)70年代初Intel公司生產(chǎn)出第一個(gè)微處理器4004以來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)得到了飛速的發(fā)展。已從4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)，發(fā)展到目前的64位機(jī)。微型計(jì)算機(jī)甚至采用了多處理器技術(shù)，提高計(jì)算機(jī)的性能。微機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，改變了人們的生活、工作方式。在工業(yè)控制、軍事、航空航天、玩具、通信、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，由于微型計(jì)算機(jī)具有成本低、體積小、功耗小、可靠性高和使用靈活等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)智能控制創(chuàng)造了良好的條件。目前，其控制對(duì)象已從單一對(duì)象到生產(chǎn)全過程的

3、管控一體化。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為工業(yè)控制的主流系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱微機(jī)控制系統(tǒng)）是以微型計(jì)算機(jī)為核心部件的自動(dòng)控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)。它已取代常規(guī)的模擬檢測(cè)、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備，具有較高級(jí)的計(jì)算和處理方法，使受控對(duì)象的動(dòng)態(tài)過程按預(yù)定方式和技術(shù)要求進(jìn)行，以完成各種控制、操作管理任務(wù)。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)1. 微機(jī)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)按照控制方式可以分為閉環(huán)控制和開環(huán)控制。不管哪種方式，都是由控制器和控制對(duì)象兩大部分組成。圖1.1 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)1. 微機(jī)控制系統(tǒng) 所謂開環(huán)控制，是指控制器根據(jù)給定信號(hào)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而

4、控制被控對(duì)象按照規(guī)定的參數(shù)運(yùn)行的控制方式稱。圖1.2開環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)圖.3為電冰箱溫度控制原理圖，單片機(jī)計(jì)算設(shè)定溫度值和溫度傳感器檢測(cè)的溫度值的差值，根據(jù)這個(gè)差值控制冰箱壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而實(shí)現(xiàn)電冰箱溫度的控制。電冰箱的控制器為單片機(jī)、控制對(duì)象為冰箱內(nèi)部溫度。圖1.3 電冰箱溫度控制原理圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制閉環(huán)控制，是指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對(duì)輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。 如圖.4所示，控制器首先接受給定信號(hào)，根據(jù)控制的要求和控制算法，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作；測(cè)量元件對(duì)被控對(duì)象的被控參

5、數(shù)（溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、位移等）進(jìn)行測(cè)量：變換發(fā)送單元將被測(cè)參數(shù)變成電壓（或電流）信號(hào)，反饋給控制器；控制器將反饋信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較。如有偏差，控制器就產(chǎn)生新的控制信號(hào)，修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使被控參數(shù)的值達(dá)到預(yù)定的要求。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)修正控制誤差，它的控制性能比開環(huán)方式好。圖1.4閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)， 采用微處理器作為控制器的控制系統(tǒng)稱為微機(jī)控制系統(tǒng)。 由于微處理器只能處理數(shù)字信號(hào)，因此，要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)才能控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控參數(shù)也要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能輸入微控制器進(jìn)行處理。除了硬件，為了實(shí)現(xiàn)控制，還需要編寫各種控制

6、程序，微機(jī)執(zhí)行控制程序，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。軟件和硬件構(gòu)成微機(jī)控制系統(tǒng)。微機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖如圖1.5所示。圖1.4閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)2. 微機(jī)控制系統(tǒng)的組成微機(jī)控制系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)和被控制對(duì)象組成，如圖1.6所示。微機(jī)多采用專門設(shè)計(jì)的工業(yè)控制微機(jī)或可編程控制器（PLC），也有采用一般微機(jī)或單片機(jī)的。微機(jī)控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)本身及外部設(shè)備實(shí)體，軟件系統(tǒng)是指管理計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序和進(jìn)行控制的應(yīng)用程序。控制對(duì)象包括被控對(duì)象、測(cè)量變換、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣開關(guān)等裝置。圖1.6 微機(jī)控制控制系統(tǒng) 1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)2. 微

7、機(jī)控制系統(tǒng)的組成(1)硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件包括微型計(jì)算機(jī)、過程輸入輸出通道和接口、人機(jī)交互設(shè)備和接口、外部存儲(chǔ)器等。(2)軟件軟件 所謂軟件是指能完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。軟件是微機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)的工作都是在軟件的指揮下進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的。軟件由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，只有硬件和軟件相互有機(jī)的配合，才能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，研制出完善的微機(jī)控制系統(tǒng)。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)3. 微機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程 (1)系統(tǒng)初始化：發(fā)出初始控制指令。(2)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控參數(shù)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)并發(fā)送給微機(jī)。(3)數(shù)據(jù)分析：對(duì)

8、采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析。(4)對(duì)象控制：根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析，按給定的控制規(guī)律，決定控制過程，適時(shí)地對(duì)控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)。系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析對(duì)象控制1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)3. 微機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程 (1)系統(tǒng)初始化：發(fā)出初始控制指令。(2)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控參數(shù)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)并發(fā)送給微機(jī)。(3)數(shù)據(jù)分析：對(duì)采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析。(4)對(duì)象控制：根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析，按給定的控制規(guī)律，決定控制過程，適時(shí)地對(duì)控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)。系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析對(duì)象控制1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)4. 微機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 微機(jī)控制系統(tǒng)和一般常規(guī)控制系統(tǒng)相比

9、，具有以下突出特點(diǎn)：(1)技術(shù)集成和系統(tǒng)復(fù)雜程度高。(2)控制的多功能性。(3)使用的靈活性。(4)可靠性高、可維護(hù)性好。(5)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 微機(jī)控制系統(tǒng)與其所控制的對(duì)象密切相關(guān)，控制對(duì)象不同，其控制系統(tǒng)也不同。下面根據(jù)微機(jī)控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制（ODC）是指計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對(duì)象，而只是對(duì)系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集和加工處理，然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作，其原理圖如圖1.7所示。圖1.7操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微

10、機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（Direct Digita Control）系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱DDC系統(tǒng)。它是用一臺(tái)微機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，并按照已定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算，然后輸出控制信號(hào) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的直接控制。DDC系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最普遍的一種方式。為了提高利用率，一臺(tái)計(jì)算機(jī)有時(shí)要控制幾個(gè)或幾十個(gè)回路。DDC系統(tǒng)原理框圖如圖1.8所示。圖1.8直接數(shù)字控制系統(tǒng)原理框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （3）監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（Supervisory Compute

11、r Control）系統(tǒng),簡(jiǎn)稱SCC系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)中，給定值是預(yù)先設(shè)定的，它不能根據(jù)生產(chǎn)過程工藝信息的變化對(duì)給定值進(jìn)行及時(shí)修正，所以DDC系統(tǒng)不能使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工作狀態(tài)。SCC系統(tǒng)是一個(gè)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)原理框圖如圖1.9所示。圖1.9監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （4）分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）,也稱集散控制系統(tǒng)或分散型控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱DCS。DCS的基本思想是集中管理，分散控制。DCS的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是層次化，把不同層次的多種監(jiān)測(cè)控制和計(jì)劃管理功能有機(jī)地、層次分明地組織

12、起來，使系統(tǒng)的性能大為提高。DCS適用于大型、復(fù)雜的控制過程，我國(guó)許多大型石油化工企業(yè)就是依靠各種形式的DCS保證它們的生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效連續(xù)不斷地進(jìn)行的。圖1.10分布式控制系統(tǒng)原理框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （4）分布式控制系統(tǒng)隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)DCS提出了新的要求，使DCS向兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)方向是向上發(fā)展，即向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）、計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（Computer Integrated Process System，CIPS）方向發(fā)展；另一個(gè)方向是向下

13、發(fā)展，即向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldBus Control System，F(xiàn)CS）方向發(fā)展。圖1.11 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)原理框圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)l現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System）,簡(jiǎn)稱FCS，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，如圖1.11所示，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)新熱點(diǎn)。該系統(tǒng)采用工作站現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，完成了DCS中三層結(jié)構(gòu)模式的功能，降低了成本，提高了可靠性。 lFCS的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的新一代控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)

14、化系統(tǒng)的數(shù)字式、全分散、雙向傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將組成控制系統(tǒng)的各種傳感器、執(zhí)行器和控制器用現(xiàn)場(chǎng)總線連接起來，通過網(wǎng)絡(luò)上的信息傳輸完成各設(shè)備的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一個(gè)開放式的互連網(wǎng)絡(luò)。l目前較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）、LONWorks（局域操作網(wǎng)絡(luò)）、PROFIBUS（過程現(xiàn)場(chǎng)總線）、HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路通信協(xié)議）、FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線等。l現(xiàn)場(chǎng)總線有兩種應(yīng)用方式，分別用代碼H1和H2表示。H1方式是低速方式，主要用于代替直流420mA模擬信號(hào)以實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸，它的傳輸速率為31.25Kb/s，通信距離為19

15、00m（通過中繼器可以延長(zhǎng)）可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2方式是高速方式，它的傳輸速率分為1Mb/s和2.5Mb/s兩種，通信距離分別為750m和500m。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)5. 微機(jī)控制系統(tǒng)的分類 （6）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System），簡(jiǎn)稱CIMS。CIMS由決策管理、規(guī)劃調(diào)度、監(jiān)控、控制四個(gè)功能層次的子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)管理控制的一體化模式。具體地說，決策層根據(jù)管理信息和生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息，發(fā)出多目標(biāo)決策指令。規(guī)劃調(diào)度層則按指令制定相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃并進(jìn)行調(diào)度，通過監(jiān)控層對(duì)控制層加以

16、實(shí)施，使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、操作條件在最短的時(shí)間得到調(diào)整，跟蹤和滿足上層指令。同時(shí)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和操作條件調(diào)整后的信息反饋到?jīng)Q策層，與決策目標(biāo)進(jìn)行比較，若有偏差，就修改決策，使整個(gè)系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀況。CIMS是以企業(yè)的全部活動(dòng)為對(duì)象，對(duì)市場(chǎng)信息、生產(chǎn)計(jì)劃、過程控制、產(chǎn)品銷售等進(jìn)行全面統(tǒng)一管理，整個(gè)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)，具有自己判斷、組織、學(xué)習(xí)的能力。CIMS是綜合應(yīng)用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，通過軟件的支持，對(duì)生產(chǎn)過程的物質(zhì)流與管理過程的信息流進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)和控制，以滿足新的市場(chǎng)模式下對(duì)生產(chǎn)和管理過程提出的高效率和低成本的要求。CIMS實(shí)現(xiàn)了管理控制一體化。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)1.1.2 微機(jī)控

17、制的發(fā)展趨勢(shì) 1、微處理器的發(fā)展（1）可編程控制器可編程序邏輯控制器（Programmable Logical Control）,簡(jiǎn)稱PLC。PLC實(shí)際上是一種應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾性能得到了廣泛的應(yīng)用。著名的品牌有西門子，GE，三菱，歐姆龍等。PLC主要有兩種結(jié)構(gòu)：整體機(jī)和模塊機(jī)，如圖1.12所示，左圖為歐姆龍整體機(jī)CP1H-40DR，右圖為西門子S7-300模塊結(jié)構(gòu)PLC(SIMATIC S7-300-2DP)。圖1.12 PLC實(shí)物圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)PLC具有以下特點(diǎn)。 (1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)(2)編程容易(3)擴(kuò)充方便、

18、配置靈活(4)功能完善正因?yàn)镻LC具有上述優(yōu)點(diǎn)，PLC廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油化工、紡織等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，PLC已成為工業(yè)自動(dòng)化三大技術(shù)支柱之一。1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)1.1.2 微機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì) 1、微處理器的發(fā)展（2）工控計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是在原來個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，使其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊方面更適合工業(yè)控制的需要。為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）區(qū)別，稱為IPC。在工業(yè)領(lǐng)域中，許多傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和方法已被計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所取代。在實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理等方面，IPC應(yīng)用極為廣泛。圖1.13 工控機(jī)實(shí)物圖1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)2、微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著

19、微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，新的控制理論和控制方法層出不窮，新的控制器件不斷問世，發(fā)展前景非常光明。發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。 (1)成熟的先進(jìn)技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用(2)系統(tǒng)開放化網(wǎng)絡(luò)化(3)系統(tǒng)小型化(4)控制硬件、軟件專業(yè)化生產(chǎn)(5)系統(tǒng)智能化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用自動(dòng)控制理論和控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的微機(jī)控制系統(tǒng)，必將大大推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和提高工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的水平，順利實(shí)現(xiàn)中國(guó)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，新的控制理論和控制方法層出不窮，新的控制器件不斷問世，發(fā)展前景非常光明。發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。 1.單片機(jī)概念單片機(jī)是一種集成電路芯

20、片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1.15所示。圖1.15 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述如圖1-16所示為4種常用的單片機(jī)。(a)51單片機(jī) （b）PIC單片機(jī) （c）AVR單片機(jī) （d）ARM單片機(jī)圖1-16 目前4種主流的單片機(jī)1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件隨著微機(jī)控制技

21、術(shù)的發(fā)展，新的控制理論和控制方法層出不窮，新的控制器件不斷問世，發(fā)展前景非常光明。發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。 2. 51 系列單片機(jī)硬件概述51系列單片機(jī)具有低廉的價(jià)格，較高的性能，眾多的學(xué)習(xí)資源而成為單片機(jī)入門學(xué)習(xí)的首選單片機(jī)。如圖1-17為雙列直插式封裝的單片機(jī)AT89S51引腳圖，引腳功能如下：。 圖1-17 AT89S51單片機(jī)引腳圖XTAL218XTAL119ALE/PROG30EA/VPP31PSEN29RST/VPD9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732 P1

22、.0 1P1.1 2P1.23P1.34P1.45P1.5/MOSI6P1.6/MISO7P1.7/SCK8P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427AT89S51VCC40GND20電源：AT89S51的VCC（40管腳）和GND（20管腳）分別為電源端和接地端，AT89S51的供電電壓范圍為直流+4.0+5.5V。時(shí)鐘信號(hào)引

23、腳：XTAL1、XTAL2復(fù)位引腳：RST/VPD（備用電池供電輸入端）并行口：P0、P1、P2、P3，4個(gè)端口32位 31 ：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)/加編程電壓 29 ：外部ROM讀選通信號(hào)30：地址鎖存控制信號(hào)/Flash存儲(chǔ)器編程脈沖輸入端P1.5/MISI：輸入輸出/ISP單片機(jī)編程輸入P1.6/MISO：輸入輸出/ISP單片機(jī)編程輸出P1.7/SCK：輸入輸出/ISP單片機(jī)編程時(shí)鐘信號(hào)1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述1）中央處理器（CPU)中央處理器簡(jiǎn)稱CPU，是單片機(jī)的核心，主要完成運(yùn)算和控制操作。51系列單片機(jī)是一個(gè)8位的處理器。按其功

24、能，中央處理器包括運(yùn)算器和控制器兩部分電路。運(yùn)算器電路 單片機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。控制器電路 單片機(jī)的指揮控制部件，保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 由RAM（1288）和RAM地址寄存器組成，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 由ROM（4K8）)和程序地址寄存器組成，用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述4）并行I/O口 MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。四個(gè)并口都可以用于輸入和輸出控制（I/O）；其中P0口作為I/O使用，必須接上

25、拉電阻。此外：lP0口主要作為分時(shí)復(fù)用的地址總線（A0A7，低8位地址總線）/數(shù)據(jù)總線（D0D7）使用。lP1口只能作為輸入和輸出控制（I/O）使用。lP2口可以作為地址總線（A8A15，高8位地址總線）使用，和由P0口提供的A0A7構(gòu)成16位地址總線，尋址64KB范圍。lP3口常用作第二功能使用，完成串行通信（P3.0（接收）,P3.1（發(fā)送），外部中斷輸入功能（P3.2（外部中斷0）,P3.3（外部中斷1），外部計(jì)數(shù)脈沖輸入（P3.4（定時(shí)器0）,P3.5（定時(shí)器1），讀寫控制（P3.6（寫）,P3.7（讀）。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述4

26、）并行I/O口 MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。四個(gè)并口都可以用于輸入和輸出控制（I/O）；其中P0口作為I/O使用，必須接上拉電阻。此外：lP0口主要作為分時(shí)復(fù)用的地址總線（A0A7，低8位地址總線）/數(shù)據(jù)總線（D0D7）使用。lP1口只能作為輸入和輸出控制（I/O）使用。lP2口可以作為地址總線（A8A15，高8位地址總線）使用，和由P0口提供的A0A7構(gòu)成16位地址總線，尋址64KB范圍。lP3口常用作第二功能使用，完成串行通信（P3.0（接收）,P3.1（發(fā)送），外部中斷輸入功能（P3.2（外部中斷0）,P3.3（外部中斷1），外部

27、計(jì)數(shù)脈沖輸入（P3.4（定時(shí)器0）,P3.5（定時(shí)器1），讀寫控制（P3.6（寫）,P3.7（讀）。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 80C51共有兩個(gè)16位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，以滿足控制應(yīng)用的需要。定時(shí)器計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0、T1主要由兩對(duì)8位寄存器(TH0、TL0和TH1、TL1)，方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON組成。其中TH0、TL0專門用于存放定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值；TH1、TL1用于存放定時(shí)器計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)值；TMOD用于設(shè)置T0、T1的工作方式；TC

28、ON中的TR0、TR1用于控制T0、T1的運(yùn)行；P3.4、P3.5引腳用于輸入在計(jì)數(shù)器方式下的外部計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。如圖1.18所示。定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0、T1用做定時(shí)器定時(shí)器時(shí)，對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1，直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出。由于一個(gè)機(jī)器周期由l2個(gè)時(shí)鐘周期組成，所以計(jì)數(shù)頻率為時(shí)鐘頻率的112。所以定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間不僅與計(jì)數(shù)器的初值即計(jì)數(shù)長(zhǎng)度有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率大小有關(guān)。定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0、T1用做計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來自輸入引腳T0(P34)和T1(P3.5)的外部信號(hào)計(jì)數(shù)。在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)T0（P3.4）或T1（P3.5）上信號(hào)采樣一次，如果上一個(gè)

29、機(jī)器周期采樣到高電平，下一個(gè)機(jī)器周期采樣到低電平，則計(jì)數(shù)器在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P2時(shí)刻加1計(jì)數(shù)一次。因而需要兩個(gè)機(jī)器周期才能識(shí)別一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器，所以外部計(jì)數(shù)脈沖的頻率應(yīng)小于振蕩頻率的1/24。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖1.18定時(shí)器計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 定時(shí)計(jì)數(shù)器是加法計(jì)數(shù)器，每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，加法器中的內(nèi)容加1個(gè)單位，當(dāng)由全1加到全0時(shí)計(jì)滿溢出，因而，如果要計(jì)N個(gè)單位，則首先應(yīng)向計(jì)數(shù)器置初值為X，且有：初值X=最大計(jì)數(shù)值（滿值

30、）M計(jì)數(shù)值N 在不同的計(jì)數(shù)方式下，最大計(jì)數(shù)值（滿值）不一樣，一般來說，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于R位計(jì)數(shù)方式時(shí)，它的最大計(jì)數(shù)值（滿值）為2的R次冪。如：方式1為216=65536方式2和方式3均為28=256下面舉例說明初值的計(jì)算。假設(shè)晶振為12MHz，機(jī)器周期為1us。在方式1下計(jì)數(shù)1000次，則初值X=655361000=64536 在方式1下定時(shí)10毫秒，則初值X=6553610ms/1us=55536在方式0下計(jì)數(shù)100次，則初值X=256100=156 在方式0下定時(shí)100微秒，則初值X=256100us/1us=156如果計(jì)數(shù)的次數(shù)超過最大計(jì)數(shù)值（滿值）怎么辦？解決的方法是對(duì)定時(shí)器/計(jì)

31、數(shù)器的溢出信號(hào)計(jì)數(shù)，可以采用另外一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器或者使用編程的方法來計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)或更多的計(jì)數(shù)次數(shù)。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 控制寄存器AT89C51單片機(jī)用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式，TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。l定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式控制寄存器計(jì)數(shù)器工作方式控制寄存器TMODTMOD用于設(shè)定定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，其格式如下所示。高4位控制T1低4位控制T0門控位計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇工作方式選擇門控位計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇工作方式選擇GATEM1M0GATEM1M0

32、M1M0 工作方式選擇位M1M0工作方式功能0 0方式013位計(jì)數(shù)器0 1方式116位計(jì)數(shù)器1 0方式2兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，初值自動(dòng)裝入1 1方式3兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，僅適用T01.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 l定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON 各位含義如下：TF1：定時(shí)器1溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器1計(jì)滿數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)置TF1=1。在中斷允許時(shí)，向CPU發(fā)出定時(shí)器1的中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。在中斷屏

33、蔽時(shí)，TF1可作查詢測(cè)試用，此時(shí)只能由軟件清0。TR1：定時(shí)器1運(yùn)行控制位。由軟件置1或清0來啟動(dòng)或關(guān)閉定時(shí)器1。當(dāng)GATE=1，且 為高電平時(shí)，TR1置1啟動(dòng)定時(shí)器1；當(dāng)GATE=0時(shí)，TR1置1即可啟動(dòng)定時(shí)器1。TF0：定時(shí)器0溢出標(biāo)志位。其功能及操作情況同TF1。TR0：定時(shí)器0運(yùn)行控制位。其功能及操作情況同TR1。TCONT1中斷標(biāo)志T1運(yùn)行標(biāo)志T0中斷標(biāo)志T0運(yùn)行標(biāo)志中斷標(biāo)志觸發(fā)方式中斷標(biāo)志觸發(fā)方式位名稱TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5

34、）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 工作方式定時(shí)器計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式，而定時(shí)器計(jì)數(shù)器T1只有3種工作方式。不同的工作方式其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有所不同，功能上也有差別。l工作方式0 方式0僅僅是為了讓AT89C51兼容上一代產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，其計(jì)數(shù)初值高8位和低5位組成，使用比較麻煩 ，實(shí)際應(yīng)用中常由16位的方式1取代。l工作方式1當(dāng)M1M0為01時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器工作于方式1，方式1的結(jié)構(gòu)如圖1.19所示。 圖1.19 T0、T1方式1結(jié)構(gòu)圖1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 工作方式l工作方式1在方式1下，16位的加法計(jì)數(shù)器被全部用上，TL0（或TL1）作低8位

35、，TH0（或TH1）作高8位。計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)TL0（或TL1）計(jì)數(shù)滿時(shí)向TH0（或TH1）進(jìn)位，當(dāng)TH0（或TH1）也計(jì)數(shù)滿時(shí)，使TF0（或TF1）置位，向CPU提出中斷申請(qǐng)。可以通過中斷或者查詢的方式來處理溢出信號(hào)TF0（或TF1）。由于是16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為216 = 65536。=1時(shí)，則為計(jì)數(shù)模式，有：N=65536-初值=0時(shí)，則為定時(shí)模式，有：T=（65536-初值）機(jī)器周期。對(duì)于12MHz頻率的單片機(jī)，最長(zhǎng)的計(jì)時(shí)時(shí)間為65536s=65.536ms。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿溢出后，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程并不會(huì)結(jié)束，當(dāng)有計(jì)數(shù)脈沖來時(shí)同樣的會(huì)進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，只是這是計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)，即是滿值計(jì)數(shù)。

36、如果要重新實(shí)現(xiàn)N個(gè)單位計(jì)數(shù)，則需要重新裝入初值。TC /TC / 1INT1INT0INT0INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 工作方式l工作方式2當(dāng)M1M0為10時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器工作于方式2，方式2的結(jié)構(gòu)圖如圖1.20所示。方式2下，16位的計(jì)數(shù)器只用了8位來計(jì)數(shù)，用的是TL0（或TL1）的8位來進(jìn)行計(jì)數(shù)，而TH0（或TH1）用于保存初值。最大計(jì)數(shù)值為28= 256，當(dāng)TL0（或TL1）計(jì)滿時(shí)則溢出，一方面使TF0（或TF1）置位，另一方面溢出信號(hào)又會(huì)觸發(fā)圖6.5上的三態(tài)門，使三態(tài)門導(dǎo)通，TH0（或TH1）的值就自動(dòng)裝入TL0（

37、或TL1）。 =1時(shí)，則為計(jì)數(shù)模式，有：N=256-初值 =0時(shí)，則為定時(shí)模式，有：T=（256-初值）機(jī)器周期。對(duì)于12MHz頻率的單片機(jī)，最長(zhǎng)的計(jì)時(shí)時(shí)間為256ms。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)初值可自動(dòng)恢復(fù);缺點(diǎn)是計(jì)數(shù)范圍小，適用于需要重復(fù)定時(shí)，而定時(shí)范圍不大的應(yīng)用場(chǎng)合。由于方式2計(jì)滿后，溢出信號(hào)會(huì)觸發(fā)三態(tài)門自動(dòng)地把TH0（或TH1）的值裝入TL0（或TL1）中，因而如果要重新實(shí)現(xiàn)N個(gè)單位的計(jì)數(shù)，不用重新置入初值。圖1.20 T0、T1方式2結(jié)構(gòu)圖1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器 工作方式l工作方式3方式3為兩個(gè)8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。

38、小結(jié)：小結(jié)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的四種工作方式，其實(shí)就是為了讓定時(shí)/計(jì)數(shù)器更加具有通用性，適用更對(duì)的情況而設(shè)置的，通常使用的是方式通常使用的是方式1和方式和方式2，根據(jù)具體的要求，選擇使用相應(yīng)的工作方式。方式0已經(jīng)基本不使用，方式3在T1做串行口波特率發(fā)生器時(shí)可以提供2個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，在特殊情況下可以采用。所以重點(diǎn)掌握方式1和方式2 。TC /TC / 1INT1INT0INT0INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器定時(shí)器的應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的器件，其應(yīng)用步驟為：l選擇工作方式：通過對(duì)方式寄存器TMOD進(jìn)行設(shè)置。l給定時(shí)器賦初值。

39、l根據(jù)需要設(shè)置中斷控制字的中斷控制位。l啟動(dòng)定時(shí)器。例題1 試用T1方式2編制程序，在P2.0引腳輸出周期為200mS的脈沖方波，fosc=12MHz。第一步：設(shè)置TMOD：第二步：計(jì)算定時(shí)初值輸出周期為200S的脈沖方波，可以每100S把P2.0引腳上的電平翻轉(zhuǎn)，所以定時(shí)的時(shí)間為100S。100S=（256-初值）1S初值=256-100 TH1= TL1=256-100;1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述5）定時(shí)器計(jì)數(shù)器定時(shí)器的應(yīng)用第三步：采用查詢的方式編制程序如下：#include sbit P2_0=P20;void main() TMOD=

40、0 x20; TH1=TL1=256-100; TR1=1; while（1）if (TF1) /查詢計(jì)數(shù)溢出 TF1=0;P2_0=! P2_0; 1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.21所示，MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)由5個(gè)中斷源，定時(shí)器/中斷控制寄存器TCON、串口控制寄存器SCON、中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP、中斷查詢電路組成。+IT 0=0IT 0=1INT0T0IT1=0IT1=1INT1T1TXRXTCONIEIE0TF0IE1TF1TIRIEX0ET0EX1ET1ESEAIPPX0111

41、1100000PSPT1PX1PT0SCON中斷標(biāo)志源允許總允許優(yōu)先級(jí)硬件查詢低級(jí)中斷請(qǐng)求PC高級(jí)中斷請(qǐng)求PC矢量地址矢量地址自然優(yōu)先級(jí)自然優(yōu)先級(jí)圖1.21 MCS-51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷源和中斷標(biāo)志51系列單片機(jī)有5個(gè)中斷源，兩個(gè)外部中斷源如 和 ，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的溢出中斷TF0，TF1；1個(gè)串口發(fā)送TI和接收RI中斷。如表1-1所示。 編號(hào)中斷源說 明1外部中斷0請(qǐng)求通過IT0位（TCON.0）決定是低電平有效（IT0= 0）還是下降沿有效（IT0 = 1）。由P3.2引腳輸入，一旦

42、輸入信號(hào)有效，即向CPU申請(qǐng)中斷，并建立IE0（TCON.1）中斷標(biāo)志。2外部中斷1請(qǐng)求通過IT1位（TCON.2）決定是低電平有效（IT1= 0）還是下降沿有效（IT1 = 1）。由P3.3引腳輸入，一旦輸入信號(hào)有效，即向CPU申請(qǐng)中斷，并建立IE1（TCON.3）中斷標(biāo)志。3T0溢出中斷請(qǐng)求TF0當(dāng)T0產(chǎn)生溢出時(shí)，T0溢出中斷標(biāo)志位TF0（TCON.5）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請(qǐng)求中斷處理。4T1溢出中斷請(qǐng)求TF1當(dāng)T1產(chǎn)生溢出時(shí)，T1溢出中斷標(biāo)志位TF1（TCON.7）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請(qǐng)求中斷處理。5串行口中斷請(qǐng)求RI或TI當(dāng)單片機(jī)串口接收或發(fā)送完一個(gè)串行數(shù)據(jù)幀時(shí)，內(nèi)部串行口中斷

43、請(qǐng)求標(biāo)志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請(qǐng)求中斷。表1-1 51單片機(jī)的5個(gè)中斷源1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷源和中斷標(biāo)志每個(gè)中斷源有一個(gè)中斷標(biāo)志，分別放在定時(shí)器控制器TCON和串口控制寄存器SCON中。中斷標(biāo)志如表1-2所示。當(dāng)中斷源申請(qǐng)中斷，中斷標(biāo)志由硬件置位，中斷響應(yīng)后，必須及時(shí)清除TCON、SCON中的已響應(yīng)中斷請(qǐng)求標(biāo)志，否則，會(huì)引起中斷的重復(fù)查詢和響應(yīng)。外中斷請(qǐng)求的撤銷：l對(duì)于邊沿觸發(fā)方式：由于觸發(fā)信號(hào)過后就消失，撤銷自然也就是自動(dòng)的。l對(duì)于電平觸發(fā)方式：需通過軟硬件結(jié)合的方法來

44、實(shí)現(xiàn)撤銷。定時(shí)中斷請(qǐng)求的撤銷：定時(shí)中斷后，硬件自動(dòng)清“0”。串行中斷請(qǐng)求的撤銷：不能自動(dòng)清“0”，須用軟件的方法在中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行清“0”。 1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷源和中斷標(biāo)志 TC /TC / 1INT1INT0INT0INT0INT1INT中斷標(biāo)志位位名稱說 明中斷標(biāo)志IE0TCON.1IE0= 1，外部中斷0向CPU申請(qǐng)中斷。中斷標(biāo)志IE1TCON.3IE1 = 1，外部中斷1向CPU申請(qǐng)中斷。T0溢出中斷標(biāo)志TF0TCON.5T0被啟動(dòng)工作（開始對(duì)時(shí)鐘脈沖或外部脈沖計(jì)數(shù)）后，從初值開始加1計(jì)數(shù)，計(jì)滿溢出后由

45、硬件置位TF0，同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后才由硬件自動(dòng)清0。也可由軟件查詢?cè)摌?biāo)志，并由軟件清0。T1溢出中斷標(biāo)志TF1TCON.7T1被啟動(dòng)計(jì)數(shù)（開始對(duì)時(shí)鐘脈沖或外部脈沖計(jì)數(shù)）后，從初值開始加1計(jì)數(shù)，計(jì)滿溢出后由硬件置位TF1，同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后才由硬件自動(dòng)清0。也可由軟件查詢?cè)摌?biāo)志，并由軟件清0。串行接收中斷標(biāo)志RISCON.0當(dāng)串行口允許接收時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，硬件都使RI置位；同樣，CPU在響應(yīng)中斷時(shí)不會(huì)自動(dòng)清除RI，必須由軟件清除。串行發(fā)送中斷標(biāo)志TISCON.1CPU將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，啟動(dòng)發(fā)送，

46、每發(fā)送完一個(gè)串行幀，硬件都使TI置位；但CPU響應(yīng)中斷時(shí)并不自動(dòng)清除TI，必須由軟件清除。表1-2 中斷標(biāo)志位1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷的允許和屏蔽MCS-51系列單片機(jī)的5個(gè)中斷源都是可屏蔽中斷，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)專用寄存器IE，用于控制CPU對(duì)各中斷源的允許或屏蔽。IE寄存器格式如下：表1-3 中斷允許位中斷允許位位名說明EX0中斷允許位IE.0EX0 = 1，允許外部中斷0中斷；EX0 = 0，屏蔽外部中斷0中斷。ET0T0中斷允許位IE.1ET0 = 1，允許T0中斷；ET0 = 0，屏蔽T0中斷。EX1中斷允許

47、位IE.2EX1 = 1，允許外部中斷1中斷；EX1 = 0，屏蔽外部中斷1中斷。ET1T1中斷允許位IE.3ET1 = 1，允許T1中斷；ET1 = 0，屏蔽T1中斷。ES串行口中斷允許位IE.4ES = 1，允許串行口中斷；ES = 0屏蔽串行口中斷。EA總中斷允許控制位IE.7EA = 1，開放所有中斷；EA = 0，屏蔽所有中斷。0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷優(yōu)先級(jí)MCS-51系列單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)：高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)。每個(gè)中斷源都可以通過設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP確定為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷，實(shí)

48、現(xiàn)二級(jí)嵌套。同一優(yōu)先級(jí)別的中斷源可能不止一個(gè)，因此，也需要進(jìn)行優(yōu)先權(quán)排隊(duì)。同一優(yōu)先級(jí)別的中斷源采用自然優(yōu)先級(jí)。自然優(yōu)先級(jí)順序（由高到低）：外部中斷0- T0-外部中斷1-T1-串口中斷中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP，用于鎖存各中斷源優(yōu)先級(jí)控制位。IP中的每一位均可由軟件來置1或清0，1表示高優(yōu)先級(jí)，0表示低優(yōu)先級(jí)。表1-4 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP0INT1INT中斷優(yōu)先級(jí)控制位位名說明PX0外部中斷0中斷優(yōu)先控制位IP.0PX0 = 1，高優(yōu)先級(jí)；PX0 = 0，低優(yōu)先級(jí)。PT0T0中斷優(yōu)先控制位IP.1PT0 = 1，高優(yōu)先級(jí)；PT0 = 0，低優(yōu)先級(jí)。PX1外部中斷1中斷優(yōu)先控制位IP.2PX1

49、= 1，高優(yōu)先級(jí)；PX1 = 0，低優(yōu)先級(jí)。PT1定時(shí)器T1中斷優(yōu)先控制位IP.3PT1 = 1，高優(yōu)先級(jí)；PT1 = 0，低優(yōu)先級(jí)PS串行口中斷優(yōu)先控制位IP.4PS = 1，高優(yōu)先級(jí)；PS = 0低優(yōu)先級(jí)1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷嵌套中斷系統(tǒng)正在執(zhí)行一個(gè)中斷服務(wù)時(shí)，有另一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的中斷提出中斷請(qǐng)求，這時(shí)會(huì)暫時(shí)終止當(dāng)前正在執(zhí)行的級(jí)別較低的中斷源的服務(wù)程序，去處理級(jí)別更高的中斷源，待處理完畢，再返回到被中斷了的中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行，這個(gè)過程就是中斷嵌套。中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí)原則：lCPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別

50、最高的中斷請(qǐng)求。l正在進(jìn)行的中斷過程不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所中斷。l正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。為了實(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請(qǐng)求；另一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級(jí)中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求。0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)是指CPU對(duì)中斷源中斷請(qǐng)求的響應(yīng)。CPU并非任何時(shí)刻都能響應(yīng)中斷請(qǐng)求，而是在滿足所有中斷響應(yīng)條件、且不存在任何一

51、種中斷阻斷情況時(shí)才會(huì)響應(yīng)。CPU響應(yīng)中斷的條件有：l有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求；l中斷總允許位EA 置 1；l申請(qǐng)中斷的中斷源允許位置1。CPU響應(yīng)中斷的阻斷情況有：lCPU正在響應(yīng)同級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)的中斷；l當(dāng)前指令未執(zhí)行完；l正在執(zhí)行中斷返回或訪問寄存器IE和IP。0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)時(shí)間是指從中斷請(qǐng)求標(biāo)志位置位到CPU開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條語句所需要的時(shí)間。 l中斷請(qǐng)求不被阻斷的情況 外部中斷響應(yīng)時(shí)間至少需要3個(gè)機(jī)器周期，這是最短的中斷響應(yīng)時(shí)間。一般來說， 若系統(tǒng)中只有一個(gè)中斷源

52、，則中斷響應(yīng)時(shí)間為3 8個(gè)機(jī)器周期。l中斷請(qǐng)求被阻斷的情況如果系統(tǒng)不滿足所有中斷響應(yīng)條件、或者存在任何一種中斷阻斷情況，那么中斷請(qǐng)求將被阻斷，中斷響應(yīng)時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)。0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述6）中斷控制系統(tǒng)中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)過程就是自動(dòng)調(diào)用并執(zhí)行中斷函數(shù)的過程。C51編譯器支持在C源程序中直接以函數(shù)形式編寫中斷服務(wù)程序。中斷函數(shù)定義語法如下：void 函數(shù)名（）函數(shù)名（） interrupt m using n 其中m為中斷類型號(hào)，C51編譯器允許031個(gè)中斷，m取值范圍031。n為單片機(jī)工作寄存器組（又稱通用寄存器組）編

53、號(hào)，共四組，取值為0,1,2,3下面表4-5給出了8051控制器所提供的5個(gè)中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷類型號(hào)和中斷服務(wù)程序入口地址：表1-5 中斷源，中斷類型號(hào)和中斷人口地址0INT1INT中斷源中斷源 m 入口地址入口地址說明外部中斷0 00003H 入口地址不需要記憶，但是每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的m取值一定要注意記住。如果在編寫對(duì)應(yīng)中斷函數(shù)的時(shí)候這個(gè)值不正確，則中斷函數(shù)找不到入口地址，不能正確被調(diào)用。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0 1000BH外部中斷1 20013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 3 001BH串行口 40023H1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述7）串行口 MCS-51單

54、片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。MCS- 51系列單片機(jī)的串口結(jié)構(gòu) 串行接口主要由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收數(shù)據(jù)緩沖器、接收控制器、輸入移位寄存器、波特率發(fā)生器T1等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1.22所示。串行口中還有兩個(gè)特殊功能寄存器SCON、PCON，特殊功能寄存器SCON用來存放串行口的控制和狀態(tài)信息。定時(shí)器計(jì)數(shù)器1（T1）與定時(shí)器計(jì)數(shù)器2（T2）都可構(gòu)成串行口的波特率發(fā)生器，其波特率是否增倍可由特殊功能寄存器PCON的最高位控制。0INT1INT圖1.22 51單片機(jī)串口結(jié)構(gòu)圖1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列

55、單片機(jī)硬件概述7）串行口 MCS- 51串行接口控制與狀態(tài)寄存器l發(fā)送、接收寄存器SBUF 單片機(jī)SBUF既是發(fā)送緩沖寄存器又是接收緩沖寄存器。其地址是99H，按字節(jié)尋址。物理上，發(fā)送及接收各有一個(gè)SBUF緩沖寄存器。當(dāng)對(duì)它執(zhí)行寫SBUF指令時(shí)，則將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖寄存器SBUF中發(fā)送出去；當(dāng)執(zhí)行讀SBUF指令時(shí)，則從接收緩沖寄存器SBUF中讀取數(shù)據(jù)。所以發(fā)送、接收數(shù)據(jù)非常方便。 串行通信口接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，置接收中斷標(biāo)志RI，通知CPU到SBUF讀取數(shù)據(jù)。同理，當(dāng)一字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SBUF中，便可通過串行通信口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送完畢后，置發(fā)送中斷標(biāo)志TI，通知CPU數(shù)據(jù)已發(fā)送，可繼

56、續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。l串行口的工作模式模式0：串行數(shù)據(jù)通過RXD 進(jìn)出，TXD 輸出時(shí)鐘。每次發(fā)送或接收以LSB（最低位）作首位每次8位。波特率固定為MCU 時(shí)鐘頻率的1/12。模式1：TXD 發(fā)送，RXD 接收。每次數(shù)據(jù)為10 位，一個(gè)起始位(0)， 8個(gè)數(shù)據(jù)位(LSB 在前)及一個(gè)停止位（1）。 當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，停止位存于SCON 的RB8 內(nèi)。波特率可變，由定時(shí)器1 溢出速率決定。0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述7）串行口 MCS- 51串行接口控制與狀態(tài)寄存器l串行口的工作模式數(shù)據(jù)發(fā)送是由一條寫SBUF指令開始的。串行口由硬件自

57、動(dòng)加入起始位和停止位，構(gòu)成一個(gè)完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TXD端串行輸出。一個(gè)字符幀發(fā)送完后，使TXD輸出線維持在“1”狀態(tài)下，并將串行控制寄存器SCON中的TI置1，通知CPU可以發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。接收數(shù)據(jù)時(shí)，REN處于允許接收狀態(tài)。在此前提下，串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到從1向0的狀態(tài)跳變時(shí)，就認(rèn)定為已接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)位移入接收緩沖器中，直到停止位到來之后把停止位送入RB8中，并置位中斷標(biāo)志位RI，通知CPU從SBUF取走接收到的數(shù)據(jù)。模式2：TXD 發(fā)送，RXD 接收。一幀數(shù)據(jù)為11 位，一個(gè)起始位(0) 、8 個(gè)數(shù)據(jù)位（LSB 在前）、一

58、個(gè)可編程第9位數(shù)據(jù)及一個(gè)停止位(1)。波特率可編程為單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/32(SMOD=1) 或1/64(SMOD=0)。模式3：TXD 發(fā)送，RXD 接收。一幀數(shù)據(jù)為11 位。一個(gè)起始位(0)， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位(LSB 為首位)，一個(gè)可編程的第9 位數(shù)據(jù)及一個(gè)停止位(1)。 事實(shí)上模式3 除了波特率外均與模式2 相同，其波特率可變并由定時(shí)器1 溢出率決定。多機(jī)通信：UART 模式2 及模式3 有一個(gè)專門的應(yīng)用領(lǐng)域即多機(jī)通信。 0INT1INT1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2. 51 系列單片機(jī)硬件概述7）串行口 MCS- 51串行接口控制與狀態(tài)寄存器l串行口控制寄存器SCON

59、SCON用于串行數(shù)據(jù)通信的控制。其地址為98H，是一個(gè)可位尋址的專用寄存器，其中的每個(gè)位可單獨(dú)操作。如表1-6所示。0INT1INTSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON.7SCON.6SCON.5SCON.4SCON.3SCON.2SCON.1SCON.09FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H表1-6 SCON控制字說明lSCON各位的功能lSM0、SM1：其功能如表1-6所示lSM2：多機(jī)通信控制位。lREN：允許接收位。REN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。它由軟件置位、復(fù)位。lTB8：方式2或方式3中要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)。可以按需要由軟件置位或清0。lRB8

60、：方式2或方式3中要接收的第九位數(shù)據(jù)。在模式1 中，或SM2=0，RB8 是已接收的停止位。在模式0 中RB8 未用。lTI：發(fā)送中斷標(biāo)志。當(dāng)方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，開始發(fā)送停止位時(shí)，由硬件置位。因此TI=1表示一幀發(fā)送結(jié)束，可軟件查詢TI標(biāo)志位，也可經(jīng)中斷系統(tǒng)請(qǐng)求中斷。TI位必須由軟件清0。lRI：接收中斷標(biāo)志。當(dāng)方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，當(dāng)收到停止位或第9位時(shí)，該位由硬件置位。因此RI=1，表示一幀接收結(jié)束。可軟件查詢RI標(biāo)志，也可經(jīng)中斷系統(tǒng)請(qǐng)求中斷。RI必須由軟件清0。1.2單片機(jī)概述單片機(jī)概述1.2.1 單片機(jī)硬件2