1、江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電子分院 張小波時(shí) 間：2011年9月51單片機(jī)原理及應(yīng)用第一講 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理第二講 中斷系統(tǒng)第三講 定時(shí)/計(jì)數(shù)器第四講 串口通信第五講 工具軟件介紹、流水燈實(shí)驗(yàn)51單片機(jī)原理及應(yīng)用什么是單片機(jī)單片機(jī)能做什么單片機(jī) 在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。 單片機(jī)能做什么工業(yè)控制 用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)

2、品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等 。智能儀器儀表提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)。如各種智能電氣測(cè)量?jī)x表、智能傳感器等。機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。分布式系統(tǒng)的前端模塊 在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測(cè)控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可

3、靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。家用電器家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。1.2 單片機(jī)的發(fā)展概況1.2.1 單片機(jī)的發(fā)展過程 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展過程可分為三個(gè)主要階段： 單芯片微機(jī)形成階段 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列單片機(jī) 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器容量較小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng)功能不強(qiáng)。 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機(jī)：8位CPU、4K字節(jié)ROM

4、、128字節(jié)RAM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器。 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點(diǎn)進(jìn)一步突出?，F(xiàn)在，MCS-51已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種 。 微控制器化階段 特點(diǎn)是：片內(nèi)面向測(cè)控系統(tǒng)外圍電路增強(qiáng)，使單片機(jī)可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)及設(shè)備?！拔⒖刂破鳌钡姆Q謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。 1982年，Intel推出MCS-96系列單片機(jī)。 芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路

5、PWM輸出及高速I/O部件等。1.2.2 單片機(jī)產(chǎn)品近況 ATMEL公司融入Flash存儲(chǔ)器技術(shù)的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； * 深圳宏晶科技有限公司的 STC89C/S系列 ； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； 80C51系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，近年來推出的與80C51兼容的主要產(chǎn)品有：2-1 MCS-51單片機(jī)的組成2-2 MCS-51單片機(jī)的引腳及其功能2-3 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置2-4 振蕩器與時(shí)鐘電路及CPU時(shí)序2-5 并行I/O端口2-6 MCS-5

6、1單片機(jī)基本工作系統(tǒng)的組成MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理2-1 MCS-51單片機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)8位中央處理單元(CPU)128B/256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM4KB/8KB的片內(nèi)ROM/EPROM4個(gè)8位并行I/O口P0-P32個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源1個(gè)全雙工的UART（通用異步接收、發(fā)送器）片內(nèi)振蕩與時(shí)鐘產(chǎn)生電路1、中央處理單元 CPU（8位）用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測(cè)試、置位、復(fù)位）2、只讀存儲(chǔ)器 ROM（4KB或8KB）用于永久性存儲(chǔ)應(yīng)用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、隨機(jī)存取存取器 RAM（128B/256B）用于程序運(yùn)行中存儲(chǔ)工作變量和數(shù)據(jù)用作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I /

7、O接口芯片4、并行輸入/輸出口 I/O（32線）5、串行輸入/輸出口 UART（二線）串行通信、擴(kuò)展I / O接口芯片6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T/C(16位增量可編程）它與CPU之間各自獨(dú)立工作，當(dāng)它計(jì)數(shù)滿時(shí)向CPU中斷7、時(shí)鐘電路分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路五源中斷、兩級(jí)優(yōu)先，可編程進(jìn)行控制8、中斷系統(tǒng)P0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器 緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時(shí)器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器P3鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器定時(shí)控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7

8、P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARESET8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖運(yùn)算器存儲(chǔ)器I/O接口控制器中央處理器(CPU) 包含運(yùn)算器和控制器兩部分（1）8位的ALU：（2）8位累加器ACC（A）：（3）8位寄存器B：（4）8位程序狀態(tài)寄存器PSW：（5）布爾處理器：（6）2個(gè)8位暫存器：運(yùn)算器 可對(duì)4位（半字節(jié)），8位（單字節(jié)）和16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)來自兩個(gè)暫存器。累加器，它是最繁忙的8位特殊功能寄存器，用A表示，ALU的運(yùn)算結(jié)果存在此處。8位程序狀態(tài)字寄存器，用于存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，供程序查詢和判別。布爾操作器8位寄存器，在乘除運(yùn)算時(shí)

9、，用來存放另一個(gè)操作數(shù)，并存放一部分結(jié)果。（1）程序計(jì)數(shù)器(PC)（2）指令寄存器(IR)（3）指令譯碼器(ID)（4）振蕩器及定時(shí)與控制電路控制器中央處理器(CPU)控制器 由兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器(PCL,PCH)組成，PC存儲(chǔ)將要執(zhí)行的下一條指令的地址，16位可容納的最大數(shù)值為65535,為64KB，因此，MCS-51可尋址64KB的程序存儲(chǔ)器。改變PC內(nèi)的值，就可改變程序執(zhí)行的方向。16位程序計(jì)數(shù)器-PC 由PC內(nèi)容指定的ROM地址單元中取出的指令，經(jīng)指令寄存器送至指令譯碼器進(jìn)行譯碼，進(jìn)而CPU產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。指令存儲(chǔ)器及指令譯碼器 MCS-51片內(nèi)有振蕩器OSC，

10、通過單片機(jī)的XTAL1,XTAL2連接片外的石英晶體及兩個(gè)頻率微調(diào)電容，產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的基本時(shí)鐘節(jié)拍。振蕩器及定時(shí)控制電路 1、電源管腳： Vcc,Vss2、時(shí)鐘電路管腳： XTAL1,XTAL23、控制信號(hào)腳： RST/VPD, ALE/PROG PSEN及Vpp/EA4、I/O管腳 P0,P1,P2,P32-2 MCS-51單片機(jī)的引腳及其功能電源管腳 Vcc：電源端，為5V，允許電源有偏差；GND(VSS):地。 注：為了防止電源脈沖對(duì)單片機(jī)的影響，一般在VCC和GND之間接上一個(gè)1uF的電容。時(shí)鐘電路管腳 XTAL1：芯片內(nèi)部反相放大器輸入端，使用外部振蕩器時(shí)需接地。XTAL2:

11、 芯片內(nèi)部反相放大器輸出端，使用外部振蕩時(shí)接振蕩器輸 入的信號(hào)。 XTAL2XTAL1內(nèi)部振蕩方式XTAL2XTAL1外部振蕩器外部振蕩方式控制線 ALE/PROG ALE： 地址鎖存信號(hào)端，頻率為晶體振蕩器的1/6正脈沖信號(hào)。當(dāng)CPU訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，該信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。PROG： 當(dāng)片內(nèi)有EPROM時(shí)，該管腳提供編程寫入時(shí)的編程脈沖信號(hào)輸入端。 控制管腳 RST/VPD RST： 復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。保持兩個(gè)機(jī)器周期以上，并變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)開始從0000地址執(zhí)行，即可完成單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位不改變片內(nèi)RAM的值。VPD: 備用電源。+5VRESET10uF控

12、制管腳 PSEN PSEN： 程序存儲(chǔ)器允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，CPU控制該端輸出負(fù)脈沖作為外部存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，允許CPU讀出EPROM中被選中單元中的指令碼。該管腳一般連程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端(OE)?？刂乒苣_ EA/Vpp EA： 外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。程序存儲(chǔ)器允許輸出信號(hào)端。當(dāng)EA接高時(shí)，前4KB或8KB程序在單片機(jī)內(nèi)，當(dāng)EA接地時(shí)，所有程序均在外存儲(chǔ)器。Vpp: 對(duì)單片機(jī)內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程時(shí)施加的高電平輸入端。2-3 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)： 哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開單片機(jī) 馮.諾依曼結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起

13、通用計(jì)算機(jī)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（ROMRAM）： ROM：常用于存放程序和需要長(zhǎng)時(shí)間存放的數(shù)據(jù)，掉電不丟失; RAM：隨時(shí)可讀可寫的存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)立即丟失。00HFFH1、單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 采用哈佛結(jié)構(gòu)，存在4個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間： 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 片外程序存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0FFFH0000H片內(nèi)4KROM0000HFFFFH片外64KROM片外64KRAM(I/O)0000HFFFFHSFR片內(nèi)RAM7FH80H0FFFHEA引腳=0訪問片內(nèi)與片外RAM靠指令區(qū)分MOV與MOVXEA引腳=12、單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器 常用單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器容量：型號(hào)ROMRAM

14、8031/320128B/256B8051/524KB/8KB128B/256B8751/524KB/8KB EPROM128B/256B89X51/524KB/8KB FLASH128B/256B 隨著單片機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在內(nèi)部ROM有64KB，RAM達(dá)幾KB的都有。在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，應(yīng)注意選擇，能不擴(kuò)展的盡量不擴(kuò)展。（片內(nèi)128B不包含SFR區(qū)）單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器 單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用：上電復(fù)位時(shí)，PC=0000;程序存儲(chǔ)器有保留單元：入口單元地址預(yù)留目的存儲(chǔ)單元范圍0000H復(fù)位后初始化引導(dǎo)程序00H-02H0003H外部中斷0服務(wù)程序(INT0)03H-0AH000B

15、H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷服務(wù)程序0BH-12H0013H外部中斷1服務(wù)程序(INT0)13H-1AH001BH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷服務(wù)程序1BH-22H0023H串行口中斷服務(wù)程序23H-2AH002BH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2溢出中斷服務(wù)程序2BH-3、單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大尋址為64KB，地址為：0000FFFFH片內(nèi)為128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，片外為64KB，地址有重疊，靠指令區(qū)分00H07H08H0FH10H17H18H1FH2FH30H20H7FH用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)3組2組1組0組通用工作寄存器R0R7低128B的數(shù)據(jù)RAM高128B的特殊寄存器區(qū)SFR區(qū)80HFFH

16、單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的堆棧：堆棧用于保護(hù)中斷時(shí)程序的斷點(diǎn)地址，以便中斷返回時(shí)程序的繼續(xù)執(zhí)行；堆棧的特點(diǎn)是先進(jìn)后出，后進(jìn)先出；堆棧的指令是：PUSH（壓入）和POP（彈出）堆棧寄存器叫SP，其內(nèi)部的數(shù)值叫棧底，初始值為07H，一般應(yīng)進(jìn)行設(shè)置到50H或60H。MOV SP,#60HPUSH A.PUSH B07H60H61H7FH07HSP60HSPA61HSPB單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128B的分區(qū)：工作寄存器區(qū)，R0-R7，共四組，由PSW中的RS1,RS0決定；位尋址區(qū)20H-2FH，位地址為：00H-7FH；一般數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；堆棧區(qū)（由用戶進(jìn)行設(shè)置，初始值為07H）高128B的分區(qū)：

17、特殊功能寄存器(SFR): ACC,B,PSW,P0,P1,P2,P3,IP,IE,TCON,SCON可位尋址(11個(gè)) SP,DPTR,TMOD,TH0,TL0,TH1,TL1,SBUF,PCON不可位尋址(共9個(gè)) 特殊功能寄存器(SFR)的初始值除P0,P1,P2,P3為FFH，SP為07外，其余均為00H。單片機(jī)的特殊功能寄存器(SFR) D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV/PPSWPSW（Program State Word）程序狀態(tài)字；CY進(jìn)位位標(biāo)志位或借位位標(biāo)志位；AC半字節(jié)進(jìn)位位標(biāo)志位或半字節(jié)借位標(biāo)志位； F0用戶標(biāo)志位；RS1,RS0工作寄存器組選擇

18、位，00-0區(qū)，01-1區(qū)，10-2區(qū)，11-3區(qū)；OV溢出標(biāo)志位，當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，如有溢出，超出-128127范圍時(shí)置位； /未定位位，在52中為F1，用戶標(biāo)志位； P奇偶標(biāo)志位，每條指令執(zhí)行完后，跟蹤指示A內(nèi)的1 的個(gè)數(shù)，如為奇數(shù)， 則P=1,否則為0，常用于校驗(yàn)串行通信中的數(shù)據(jù)傳送是否出錯(cuò)。2-4 振蕩器與時(shí)鐘電路及CPU時(shí)序1. 振蕩器與時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部的增益反向放大器通過XTAL1、XTAL2兩個(gè)引腳外接的反饋石英晶體元件構(gòu)成自激振蕩器。時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩器的信號(hào)進(jìn)行二分頻，向CPU提供了兩相時(shí)鐘脈沖信號(hào)P1和P2。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為S,它是振蕩周期的2倍，在每個(gè)時(shí)鐘周期S的前半

19、周期，P1有效，后半周期，P2有效。2-4 振蕩器與時(shí)鐘電路及CPU時(shí)序(續(xù))2. 機(jī)器周期和指令周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)S狀態(tài)周期組成，即S1-S6,每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)兩個(gè)振蕩周期，即P1和P2兩拍，故一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)振蕩周期，即S1P1,S1P2,S2, P1,S2P2,S6P1,S6P2共12個(gè)狀態(tài)拍。若采用12MHz晶振，則每個(gè)機(jī)器周期為1us。單片機(jī)的指令長(zhǎng)度分為1B、2B和3B三種，按CPU執(zhí)行每條指令的時(shí)間分為單周期指令、雙周期指令和四周期指令三種。每一條指令的執(zhí)行包括取指、執(zhí)指兩個(gè)階段。在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)ALE兩次有效，第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1之期間，第二次出現(xiàn)在

20、S4P2和S5P1期間。2-4 振蕩器與時(shí)鐘電路及CPU時(shí)序(續(xù))3. 取指、執(zhí)指的時(shí)序：2-5 并行輸入/輸出端口8051單片機(jī)有四個(gè)8位的I/O端口，分別稱為P0,P1,P2,P3，每個(gè)端口均為準(zhǔn)雙向口，共占32只引腳，每個(gè)端口可作為8位的總線使用，也可作為單獨(dú)的I/O應(yīng)用。每個(gè)端口都包含一個(gè)鎖存器（即特殊寄存器P0-P3），一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。作輸出線時(shí)數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時(shí)可以緩沖。當(dāng)有外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器時(shí)，P0作為地址的低8位，P2作為高8位組成16位地址總線，而P0復(fù)用為8位的數(shù)據(jù)總線。P0P2P3P12-5 并行輸入/輸出端口1、P0口 無外擴(kuò)存儲(chǔ)器時(shí)，P0可作為I/O應(yīng)用

21、。CPU執(zhí)行傳送或改寫位內(nèi)容的指令時(shí)，硬件使C=0,開關(guān)MUX處于圖示位置，P0作為通用I/O口。此時(shí)，T1處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出極變?yōu)槁O開路，此時(shí)需加上拉電阻。VCCP0口結(jié)構(gòu) （1）P0用作輸出口時(shí)，當(dāng)CPU執(zhí)行輸出指令時(shí)，寫脈沖加在D鎖存器的CP上，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過鎖存器的D端，反相輸出在Q非，然后加到T2上，到數(shù)據(jù)為1是，T2導(dǎo)通，P0.i輸出為0,當(dāng)數(shù)據(jù)為0時(shí)，T2截止，P0.i的數(shù)據(jù)經(jīng)上拉電阻拉高，為1。VCC 特殊的單片機(jī)“讀運(yùn)算（修改）寫”輸出指令，其執(zhí)行過程為先讀出鎖存器的數(shù)據(jù)，然后運(yùn)算再鎖存到鎖存器，然后輸出到引腳，讀鎖存器中的數(shù)據(jù)時(shí)，Q端數(shù)據(jù)經(jīng)過控制開通的三態(tài)緩沖器1送入內(nèi)部數(shù)

22、據(jù)總線。P0口結(jié)構(gòu) （2）P0用作輸入口時(shí)，讀引腳的指令將三態(tài)緩沖器2打開，端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)上圖藍(lán)色的線輸入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。 在讀引腳時(shí)，由于T2并接在引腳上，如果T2導(dǎo)通它會(huì)把引腳上的高電平拉成低電平，從而產(chǎn)生誤讀。因此，在讀端口之前，應(yīng)先向端口鎖存器寫“1”，從而是Q非為“0”，使T2截止。VCCP0口結(jié)構(gòu) P0口用作數(shù)據(jù)/地址總線使用時(shí)，芯片外部有鎖存器： （1）P0口先送出低8位地址再送出數(shù)據(jù) 此時(shí)C=1，MUX打到上方，地址/數(shù)據(jù)位驅(qū)動(dòng)T1，其反相驅(qū)動(dòng)T2，當(dāng)?shù)刂?數(shù)據(jù)位為“1”時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，P0.i輸出為“1”；當(dāng)?shù)刂?數(shù)據(jù)位為“0”時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通，P0.i為“0

23、”。 （2）P0口先送出低8位地址再輸入數(shù)據(jù) 送出地址與上相同，但讀入數(shù)據(jù)時(shí)，打開緩沖器2,引腳數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器2進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。VCCP1口結(jié)構(gòu) P1口為準(zhǔn)雙向口，用作通用I/O口（開關(guān)量輸入/輸出），輸出驅(qū)動(dòng)有上拉電阻（實(shí)質(zhì)為由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的），其余與P0作為I/O口相同。P2口結(jié)構(gòu) P2口可作為地址高8位，也可作為通用I/O口。 （1）作為高8位地址總線：MUX打向上方，使地址與反相器3連接，由P2.X輸出地址信息；（2）作為通用I/O口時(shí)：MUX打向下方，輸入/輸出與P0口相同。 P3口結(jié)構(gòu) (1)P3口作為通用I/O口：當(dāng)CPU執(zhí)行對(duì)P3口的I/O操作時(shí)，W被置1,P3口變?yōu)橥ㄓ肐

24、/O口，與P0、P1、P2作為I/O時(shí)的工作原理一致。P3口除了具有準(zhǔn)雙向I/O口以外，各引腳還具有另外一項(xiàng)功能，即第二功能。P3口結(jié)構(gòu)P3口的第二功能：口 線第二功能P3.0RXD(串行口通信數(shù)據(jù)輸入線)P3.1TXD(串行口通信數(shù)據(jù)輸出線)P3.2INT0(外部中斷0信號(hào)輸入)P3.3INT1(外部中斷1信號(hào)輸入)P3.4T0(計(jì)數(shù)器0的外部信號(hào)輸入端)P3.5T1(計(jì)數(shù)器1的外部信號(hào)輸入端)P3.6WR(CPU至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的“寫選通控制”輸出)P3.7RD(CPU至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫選通控制”輸出) (2)P3口用作第二功能時(shí)，鎖存器的輸出Q由硬件設(shè)置為1。 P3口輸出時(shí)，數(shù)據(jù)由W

25、線經(jīng)反相器3輸出； P3口輸入時(shí)，經(jīng)同相器4輸入至第二功能線。端口的負(fù)載能力和接口要求 P0口：可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載； P1-P3：可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL型負(fù)載； ALE端：可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載； PSEN：可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。2、端口接口要求1、端口的驅(qū)動(dòng)能力 作為輸入口時(shí)，任何TTL或NMOS電路都能以正常的方式驅(qū)動(dòng)8051單片機(jī)(HMOS)的P1-P3口，由于其輸出級(jí)具有上拉電阻，故可被OC門的電路所驅(qū)動(dòng)，無需上拉電阻； 注意：由于單片機(jī)的端口只提供幾毫安的輸出電流，因而，當(dāng)輸出口去驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通晶體管的基極(或TTL電路輸入端)時(shí)，應(yīng)在端口與晶體管的基極之間串聯(lián)一個(gè)電阻，以

26、限制高電平輸出時(shí)的電流。2-6 單片機(jī)的基本工作系統(tǒng)組成洗衣機(jī)控制電路板2-6 單片機(jī)的基本工作系統(tǒng)組成復(fù)讀機(jī)控制電路板2-6 單片機(jī)的基本工作系統(tǒng)組成排隊(duì)機(jī)控制電路板第二講 80C51的中斷系統(tǒng) 一、80C51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 中斷的概念 看電視中斷處理中斷請(qǐng)求實(shí)際生活中斷返回電話鈴響接聽電話看電視主程序計(jì)算機(jī)事件發(fā)生事件處理主程序執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點(diǎn)中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回中斷的概念:IE0TF0IE1TF1TIRI中斷請(qǐng)求標(biāo)志EX0ET0EX1ET1ES1PX0PT0PX1PT1PS高級(jí)低級(jí)MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)內(nèi)部查詢內(nèi)部查詢?nèi)肟诘刂啡肟诘刂稩NT0I

27、NT1T0T1TXRX中斷允許控制中斷優(yōu)先級(jí)EA中斷源1.中斷源 共有五個(gè)中斷源，分別是外部中斷兩個(gè)、定時(shí)中斷兩個(gè)和串行中斷一個(gè)，它們是：外部中斷0-INT0，由P3.2提供，外部中斷1INT1，由P3.3提供，外部中斷有兩種信號(hào)方式，即電平方式和脈沖方式。（IT0、IT1）T0溢出中斷； 由片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0提供T1溢出中斷； 由片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1提供串行口中斷RI/TI； 由片內(nèi)串行口提供二、中斷源2、中斷源入口地址具體入口如下：中斷源 入口地址INT0 0003T0 000BHINT1 0013HT1 001BHRI/TI 0023H在這些單元中往往是一些跳轉(zhuǎn)指令，跳到真正的中斷服務(wù)程序

28、，這是因?yàn)榻o每個(gè)中斷源安排的空間只有8個(gè)單元。 三、 中斷控制的寄存器 與中斷控制有關(guān)的控制寄存器有四個(gè)：TCON-定時(shí)控制寄存器， IE-中斷允許控制寄存器，IP-中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器，SCON-及串行口控制寄存器。 定時(shí)控制寄存器TCON D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志觸發(fā)方式選擇0 低電平1 下降沿串行口控制寄存器SCON D7D6D5D4D3D2D1D0TIRI串行中斷請(qǐng)求標(biāo)志中斷允許控制寄存器IE D7D6D5D4D3D2D1D0EAESET1EX1ET0EX0中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP） D7D6D5D4D3D2D1D0

29、PSPT1PX1PT0PX00 禁止，1允許0 低級(jí)別，1高級(jí)別同一優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先權(quán)排隊(duì)如下表：IP=09H=0000 1001PT1、PX0高INT0、T1、T0、INT1、串行口IP=55H=0101 0101PS、PX1、PX0 同級(jí)別，都為1PT0、PT1 同級(jí)別，都為0處理順序?yàn)?PX0 PX1 PS PT0 PT1 INT0 INT1 RX / TX T0 T1例：D7D6D5D4D3D2D1D0PSPT1PX1PT0PX01、中斷請(qǐng)求標(biāo)志 IT0，外中斷0觸發(fā)方式控制位。 =0，電平觸發(fā)方式。 =1，邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。 IE0，外中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF0，T0溢出中

30、斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 IT1 、IE1、 TF1類同 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TCON (88H) TCON的中斷標(biāo)志 2、SCON的中斷標(biāo)志 RI，接收中斷標(biāo)志位。 TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。 TI RISCON (98H)注意：RI和TI由硬件置位、由軟件清除。 3、中斷允許控制 EX0，外中斷0允許位；ET0，T0中斷允許位； EX1，外中斷0允許位；ET1，T1中斷允許位；ES ，串口中斷允許位；EA ， CPU中斷允許（總允許）位。 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE (A8H) 4、中斷優(yōu)先級(jí)控制 PX0，外中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT0，T0

31、優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PX1，外中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT1，T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PS ，串口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。 PS PT1 PX1 PT0 PX0 IP (B8H)中斷優(yōu)先級(jí)三條原則： 同時(shí)收到幾個(gè)中斷時(shí)，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的 中斷過程不能被同級(jí)、低優(yōu)先級(jí)所中斷 低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷有2個(gè)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器: 高優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器 低優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器 中斷響應(yīng)條件 有中斷請(qǐng)求； 對(duì)應(yīng)中斷允許位為1，開中斷（即EA=1）同時(shí)滿足時(shí)，才可能響應(yīng)中斷。一、中斷響應(yīng)條件和時(shí)間 80C51單片機(jī)中斷處理過程 硬件受阻，不產(chǎn)生LCALL的幾種情況： 正在處理同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)中斷； 當(dāng)前查詢的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指

32、令的最后一個(gè)機(jī)器周期。 正執(zhí)行的指令為RET、RETI或任何訪問IE或IP的指令（只有在這些指令后面至少再執(zhí)行一條指令時(shí)才能接受中斷請(qǐng)求）。 受阻未得到響應(yīng)的中斷，若條件消失時(shí)該中斷標(biāo)志已不再有效，該中斷將不被響應(yīng)。 相應(yīng)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置1 執(zhí)行硬件LCALL指令 把PC的內(nèi)容入棧 相應(yīng)中斷服務(wù)程序的入口送PC 執(zhí)行中斷服務(wù)程序。二、 中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)過程的前兩步是由中斷系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)完成的，而中斷服務(wù)程序則要由用戶編寫程序來完成。 三、中斷程序舉例 例1:單外中斷源P1口外部中斷信號(hào)INT0數(shù)據(jù)80C51char Data;void main() EA=1;EX0=1;while(1)

33、 - - - 主程序： void IRQ () interrupt 0 Data =P1; 中斷服務(wù)程序： 第三講 80C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)常用的三種方法：軟件定時(shí)：占用CPU時(shí)間，效率低。用555電路：不可編程?？删幊绦酒汗δ軓?qiáng)，需要另外擴(kuò)展。 單片機(jī)內(nèi)部有2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：使用靈活，編程方便。1、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 加1計(jì)數(shù)器（高8位、低8位） TMOD，工作方式設(shè)置； TCON，啟動(dòng)、停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。 一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 2、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理計(jì)數(shù)器脈沖來源：振蕩器脈沖經(jīng)過12分頻T0或T1引腳的外部脈沖計(jì)數(shù)功能-計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳，T

34、0為P3.4，T1為P3.5。定時(shí)功能-計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期使寄存器的值加1。所以，計(jì)數(shù)頻率是振蕩頻率的1/12。TMOD中，各有一個(gè)控制位（CT），分別用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。 定時(shí)模式，對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù) 定時(shí)時(shí)間 t 計(jì)數(shù)值N x Tcy 計(jì)數(shù)模式，對(duì)外部事件脈沖計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)脈沖周期要大于2 Tcy 計(jì)數(shù)值：溢出時(shí)計(jì)數(shù)器值計(jì)數(shù)初值。 計(jì)數(shù)器全1時(shí)，再輸入1個(gè)脈沖就回零，并發(fā)生 溢出（TCON中TF0或TF1置1）， 發(fā)中斷請(qǐng)求。二、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的控制寄存器 與定時(shí)器計(jì)數(shù)器有關(guān)的控制寄存器有：定時(shí)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D

35、3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志觸發(fā)方式選擇啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0 低電平1 下降沿0 停止1 啟動(dòng)工作方式控制寄存器TMOD T1控制T0控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7GATE門控位C/T計(jì)數(shù)/定時(shí)選擇M1 M0工作方式選擇計(jì)數(shù)脈沖輸入三、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的工作方式 1. 方式013位方式。由TL0的低5位和TH0的8位組成。TH0溢出時(shí)，置位TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。TF0T0TR0GATEINT011&C/T=1振蕩器1/12C/T=0TL0 TH08位低5位13位計(jì)數(shù)器定時(shí)器計(jì)數(shù)器定時(shí)= （21

36、3 X）*12*1/fosc 8*10-3=(213-x)*12*1/（12*106）X = 213 8000 =192 =0 xC0計(jì)數(shù)初值：X213N2. 方式116位方式 振蕩器1/12TL0 TH0TF011&T0TR0/TR1GATEINT0C/T=0C/T=18位8位16位計(jì)數(shù)器16位計(jì)數(shù)，由TL0作為低8位、TH0作為高8位 。16位計(jì)數(shù)，由TL1作為低8位、TH1作為高8位初值：X216N定時(shí)= （216 X)*12*1/fosc1*10-3=(216-X)*12*1/（6*106）1000=(65536-X)*2X=65036 FE0CH 3. 方式28位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式

37、 TF0振蕩器1/1211&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=1TL0 TH0自動(dòng)重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式 ，適合于用作較精確的脈沖信號(hào)發(fā)生器。初值：X28N4. 方式32個(gè)8位方式 僅T0可以工作在方式3，T1處于方式3時(shí)停止計(jì)數(shù)。此時(shí)T0分成2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器TL0和TH0 ，前者用原來T0的控制信號(hào)（TR0、TF0），后者用原來T1的控制信號(hào)（TR1、TF1）。 (1) TH0由TR1啟動(dòng)/停止，溢出TF1（2）TL0由TR0啟動(dòng)/停止，溢出TF0（3）TH0只能定時(shí)，TL0可以定時(shí)/計(jì)數(shù)，且都是8位定時(shí)T=(28）*12foscTL0計(jì)數(shù)初值28 設(shè)計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值為M，選擇不同

38、的工作方式最大計(jì)數(shù)值不同。12MHZ方式0：M=213=8192 , 8.192ms方式1：M=216=65536, 65.536ms方式2：M=28=256, 256us方式3：M=28=256, 256us四、應(yīng)用舉例計(jì)算計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值: 編程時(shí)將計(jì)數(shù)初值送THi、 TLi； 可編程器件在使用前需要進(jìn)行初始化：確定TMOD控制字：編程時(shí)將控制字送TMOD； 開中斷（如果使用中斷方式）: 編程實(shí)置位EA、ETi TRi位置位控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。 【例】若單片機(jī)晶振為12MHz，要求產(chǎn)生500s的定時(shí)，試計(jì)算X的初值。解：采用方式0：500*10-6=（213-X）*12*1/foscx

39、=7692=1E0CH=1 1110 000 0 1100 F0H 0CH即將F0H裝入TH0，0CH裝入TL0。TMOD=GATE C/T M1M0 GATE C/T M1M0 0 0 0 0 0 0 00 00H 采用方式1：500*10-6=(216-X )*12*1/foscx=65036=FE0CH即將FEH裝入TH1，0CH裝入TL1。TMOD=GATE C/T M1M0 GATE C/T M1M0 0 0 01 0 0 0 0 10Hmain()函數(shù)中：TMOD=0 x01;/設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1TH0=0 xFE; /定時(shí)器0高8位給初值TL0=0 xC0; /定時(shí)器0低8

40、位給初值EA=1; /開總中斷ET0=1; /開定時(shí)器0中斷TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器0程序編寫中斷服務(wù)程序中重新裝入定時(shí)初值void timer0() interrupt 1 TH0=0 xFE; /定時(shí)器0高8位給初值TL0=0 xC0; /定時(shí)器0低8位給初值 51單片機(jī)的串口通信 51單片機(jī)的串行接口 一、 串行通信的基本概念 并行 和 串行 并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快，效率高，確點(diǎn)是不適合遠(yuǎn)距離通信。串行通信剛好相反。單工：信息只能沿著一個(gè)方向傳播半雙工：信息沿一條線雙向傳播，不能同時(shí)實(shí) 現(xiàn)雙向傳播。全雙工：使用兩條獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道，收發(fā)可同時(shí)進(jìn)行。單工、半雙工 和 全雙工 同步方式和異步

41、方式 (1) 同步方式是將一大批數(shù)據(jù)分成幾個(gè)數(shù)據(jù)塊, 數(shù)據(jù)塊之間用同步字符予以隔開, 而傳輸?shù)母魑欢M(jìn)制碼之間都沒有間隔。 其基本特征是發(fā)送與接收時(shí)鐘始終保持嚴(yán)格同步。 (2）異步通信是按幀傳送數(shù)據(jù), 它利用每一幀的起、止信號(hào)來建立發(fā)送與接收之間的同步,每幀內(nèi)部各位均采用固定的時(shí)間間隔, 但幀與幀之間的時(shí)間間隔是隨機(jī)的。其基本特征是每個(gè)字符必須用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標(biāo)志, 它是以字符為單位一個(gè)個(gè)地發(fā)送和接收的。 同步方式和異步方式二、 與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器 1. 數(shù)據(jù)緩沖器SBUF 串行口緩沖器SBUF是可直接尋址的特殊功能寄存器, 其內(nèi)部RAM字節(jié)地址是99H。在物理上

42、, 它對(duì)應(yīng)著兩個(gè)獨(dú)立的寄存器, 一個(gè)發(fā)送寄存器, 一個(gè)接收寄存器。發(fā)送時(shí), 就是CPU寫 SBUF的時(shí)候; 接收時(shí), 就是讀取SBUF的過程, 接收寄存器是雙緩沖的, 以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前, CPU未能及時(shí)響應(yīng)接收器的中斷, 沒有把上一幀數(shù)據(jù)讀走, 而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題。 2. 串行口控制寄存器SCON SCON用于控制和監(jiān)視串行口的工作狀態(tài), 其各位定義如圖 5.3 所示。相應(yīng)的各位功能介紹如下: SM0、SM1: 用于定義串行口的操作模式, 兩個(gè)選擇位對(duì)應(yīng) 4 種模式,見表6.2。其中fOSC是振蕩器頻率, UART為通用異步接收和發(fā)送器的英文縮寫。 SM2: 多機(jī)通信時(shí)的接收允

43、許標(biāo)志位。 在模式 2 和 3 中, 若SM2 = 1, 且接收到的第 9 位數(shù)據(jù)（RB8）是 0, 則接收中斷標(biāo)志（RI）不會(huì)被激活。在模式1中, 若SM2=1 且沒有接收到有效的停止位, 則 RI不會(huì)被激活。 在模式 0 中, SM2 必須是 0。 SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 特殊功能寄存器PCON中, 只有一位（最高位）SMOD與串行口的工作有關(guān), 該位是串行口波特率系數(shù)的控制位: SMOD=1 時(shí), 波特率加倍, 否則不加倍。 PCON的地址為 87H, 不可位尋址, 因此初始化時(shí)需要字節(jié)傳送。 SCOND7D6D5D4D3D2

44、D1D0SMOD0-GF1GF0PDIDL 3. 電源控制寄存器PCON串行口操作模式選擇 SM0 SM1 模式 功 能 波特率 0 00 11 01 10101同步移位寄存器 8位UART 9位UART 9位UART fOSC/12 可變(T1溢出率) fOSC/64 或fOSC/32 可變(T1溢出率) 三、 串行口的 4 種工作模式 模式 0 同步移位寄存器輸入輸出模式，可外接移位寄存器，以擴(kuò)展I/O口。 2. 模式 1 串行口工作于模式 1 時(shí), 為波特率可變的 8 位異步通信接口。數(shù)據(jù)位由 P3.0 (RXD)端接收, 由P3.1(TXD)端發(fā)送。 傳送一幀信息為 10 位: 一位起

45、始位（0）, 8 位數(shù)據(jù)位（低位在前）和一位停止位（1）。波特率是可變的, 它取決于定時(shí)器 T1 的溢出速率及SMOD的狀態(tài)。 模式 1 發(fā)送過程。 用軟件清除 TI后, CPU執(zhí)行任何一條以 SBUF為目標(biāo)寄存器的指令, 就啟動(dòng)發(fā)送過程。數(shù)據(jù)由 TXD引腳輸出, 此時(shí)的發(fā)送移位脈沖是由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 送來的溢出信號(hào)經(jīng)過 16 或 32 分頻而取得的。一幀信號(hào)發(fā)送完時(shí), 將置位發(fā)送中斷標(biāo)志TI=1, 向CPU申請(qǐng)中斷, 完成一次發(fā)送過程。 (2） 模式 1 接收過程。 用軟件清除 RI后, 當(dāng)允許接收位 REN被置位 1 時(shí), 接收器以選定波特率的 16 倍的速率采樣 RXD引腳上的電平, 即在一個(gè)數(shù)據(jù)位期間有 16 個(gè)檢測(cè)脈沖, 并在第 7、 8、9 個(gè)脈沖期間采樣接收信號(hào), 然后用三中取二的原則確定檢測(cè)值, 以抑制干擾。 并且采樣是在每個(gè)數(shù)據(jù)位的中間, 避免了信號(hào)邊沿的波形失真造成的采樣錯(cuò)誤。當(dāng)檢測(cè)到有從“1”到“0”的負(fù)跳變時(shí), 則啟動(dòng)接收過程, 在接收移位脈沖的控制下, 接收完一幀信息。 當(dāng)最后一次移位脈沖產(chǎn)生時(shí)能滿足下列兩個(gè)條件: RI=0; 接收到的停止位為 1 或 SM2=0。 則停止位送入RB8