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1、1,2020/8/5,单片机原理与接口技术,第7章 MCS-51单片机定时/计数器和串行接口,2,2020/8/5,(1) 了解定时/计数器的结构和工作原理。 (2) 熟悉定时/计数器的控制寄存器。 (3) 掌握定时/计数器的应用编程。 (4) 了解串行通信接口的结构和工作原理。 (5) 熟悉串行通信接口的控制寄存器。 (6) 掌握串行通信的应用编程。,本章教学要求,3,2020/8/5,本 章 目 录,7.1 定时/计数器 7.1.1 定时/计数器的结构与原理 7.1.2 定时/计数器的工作方式 7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求 7.1.4 定时/计数器的应用 7.2 串行通信接口
2、7.2.1 串行通信基础知识 7.2.2 MCS-51串行通信接口 7.2.3 串行通信接口的应用 习题与思考题,5,2020/8/5,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。可由软件设置为定时或计数工作方式。,1定时/计数器T0、T1结构,-T0、T1结构,6,2020/8/5,2加1计数器,T0、T1都是16位加1计数器，TH0、TL0构成定时/计数器T0加1计数器的高8位和低8位。 加1计数器的初值可以通过程序进行设定，设定不同的初值，就可以获得不同的计数值或定时时间。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-加1计数器,7,2020/8/
3、5,3定时控制寄存器（TCON）,TF0、TF1：计数溢出标志位。 TF0=1或TF1=1是计数溢出； TF0=0或TF1=0是计数未满。 TR0、TR1：启/停控制位。 TR0=1或TR1=1，使T0或T1启动计数； TR0=0或TR1=0，使T0或T1停止计数。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-TCON,8,2020/8/5,4工作方式控制寄存器（TMOD）,GATE：门控信号。当GATE=0时，TRx=1即可启动定时器工作； 当GATE=1时，要求同时有TRx=1和INTx=1才可启动定时器工作（x是1、2）。 C/T：定时/计数器选择位。 C/T =1，为计数器工作方式； C/
4、T =0，为定时器工作方式。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,M1、M0： 定时/计数器工作模式选择位 M1M0=00 工作方式0（13位方式） M1M0=01 工作方式1（16位方式） M1M0=10 工作方式2(8位自动再装入方式) M1M0=11 工作方式3（T0为2个8位方式）,-TMOD,9,2020/8/5,5T0、T1定时功能和计数功能的选择,通过选择控制C/T实现定时器或计数器的功能选择。 当C/T=0时，选择定时器功能； 当C/T=1时，选择计数器功能。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-定时/计数功能选择,10,2020/8/5,对单片机内部机器周期产生的脉冲进
5、行计数，计数器每个机器周期自动加1。如果单片机的晶振频率为12MHz，则计数频率为1MHz，或者说计数器每加1，可实现1s的计时。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,定时器功能（ C/T =0）：,-定时器功能,11,2020/8/5,对外部事件产生的脉冲进行计数。对于MCS-51单片机来说，P3.4和P3.5两个信号引脚分别是T0和T1计数器的计数脉冲信号输入端，当该引脚输入脉冲发生负跳变时，加1计数器自动加1。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,计数器功能（ C/T =1）：,-计数器功能,12,2020/8/5,7.1.2 定时/计数器的工作方式,定时/计数器T0、T1可以有四种
6、不同的工作方式： 方式0、方式1、方式2 和 方式3 4种工作方式由TMOD中的M1、M0两位决定，见表7-3所示。,-四种工作方式,13,2020/8/5,当TMOD中M1M0=00时，选定方式0 (13位状态)进行工作。 C/T=1时，图中电子开关S1切至下端，13位定时/计数器处于计数器状态，加法计数器对T0引脚上的外部输入脉冲计数。计数值：N=8192-x。x是由TH0、TL0设定的初值。x=8191时为最小计数值l，x=0时为最大计数值8192，即计数范围为18192（213）。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,1方式0,-方式0，13位计数,14,2020/8/5,C/T=0时
7、，图中电子开关S1切至上端，加法计数器对机器周期计数，13位定时/计数器处于定时器状态。定时时间：Td=(8192-x)Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，即机器周期为1s，则定时范围为1s8192s。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式0，13位定时,1方式0,15,2020/8/5,无论是计数器状态还是计时器状态，随着加法计数的增大，TL0的低5位溢出后自动向TH0进位，TH0溢出后，将溢出标志位TF0置位，并向CPU发出中断请求。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式0计数溢出置位TF0,1方式0,16,2020/8/5,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-启动方式
8、,17,2020/8/5,当TMOD中M1M0=01时，选定方式1 (16位状态)进行工作。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式1，16位定时/计数,2方式1,当作为计数器使用时，计数范围是165536（216）； 当作为定时器使用时，定时器的定时时间为：Td=(216-Count)Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，则定时范围为：165536s。,18,2020/8/5,方式0和方式1具有共同的特点，即当加法计数器发生溢出后，自动处于0状态，如果要实现循环计数或周期定时，就需要程序不断反复给计数器赋初值，这就影响了计数或定时精度，并给程序设计增添了麻烦。而方式2具有初值自动重新
9、加载功能，其逻辑结构如图7-5所示。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式2，自动重载初值,3方式2,19,2020/8/5,当M1M0=10时，定时/计数器选定方式2进行工作。 该方式下，16位计数器被分为两个8位寄存器TL0和TH0，其中TL0作为计数器，TH0作为计数器TL0的初值预置寄存器，并始终保持为初值常数。当TL0计数溢出时，系统将TF0置位，并向CPU申请中断，同时将TH0的内容重新装入TL0，继续计数。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式2，自动重载初值,20,2020/8/5,4方式3,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3,在前述方式0、1、2 三种工
10、作方式中，T0和T1两个定时/计数器具有相同的功能。 在方式3下，T0和T1的功能完全不同。 当M1M0=11时： T0定时/计数器处于方式3工作模式。 T1定时/计数器只能工作在方式0、1、2下。,21,2020/8/5,4方式3,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T0的结构,1) T0的方式3工作模式 在方式3下，T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。 TL0既可以计数使用，又可以定时使用，构成了1个8位的定时/计数器（TL0）。T0的控制位和引脚信号全归TL0使用，其功能和操作与方式0或方式1完全相同，而且工作逻辑结构也极其类似。 TH0只能作为1个8位定时器使用（不
11、能用做外部计数方式）。而且由于T0的控制位已被TL0独占，因此只好借用定时/计数器T1的控制位TR1和TF1，以计数溢出去置位TF1，还占用T1的中断源。而定时的启动和停止则受TR1的状态控制。 由于TL0既能做定时器使用，也能做计数器使用，而TH0只能做定时器使用，因此在工作方式3下，定时/计数器T0可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。,22,2020/8/5,1) T0的方式3工作模式 T0为方式3工作模式时可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T0的结构,23,2020/8/5,2) T0在方式3时T1的工作模式,
12、7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T1的工作模式,如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。此时由于T1的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被定时/计数器T0借用而没有计数溢出标志位可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口，作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。 当作为波特率发生器使用时，只需要设置好工作方式，便可自动运行。如要停止工作，只需送入一个把T1设置为方式3的方式控制字就可以了。因为定时/计数器T1不能在方式3下使用，如果硬把它设置为方式3，则停止工作。,24,2020/8/5,2) T0在方式3时T
13、1的工作模式,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T1的工作模式,如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。,25,2020/8/5,7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求,定时/计数器的作用是用来精确地确定某一段时间间隔(作为定时器用)或累计外部输入的脉冲个数(作为计数器用)。当用作定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时/计数器中累计的脉冲个数，即可计算出所定时间的长度。 当MCS-5l内部的定时/计数器被选定为定时器工作模式时，计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲位，计数器增l，因此定时/计数器的输入脉
14、冲的周期与机器周期一样，为时钟振荡频率的l/12。当采用12MHz频率的晶振时，计数速率为1MHz，输入脉冲的周期间隔为1s。由于定时的精度决定于输入脉冲的周期，因此当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高的晶振。,定时器作用,-定时器作用,26,2020/8/5,当定时/计数器用作计数器时，计数脉冲来自外部输入引脚T0或T1。当输入信号产生由1至0的跳变(即负跳变)时，计数器的值增l。 由于确认一次负跳变需要用2个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24，例如，选用6MHz频率的晶振，允许输入的脉冲频率为250kHz，如果选用12MHz频率的晶振，
15、则可输入500kHz的外部脉冲。 对于外部输入信号的占空比并没有什么限制，但为了确保某一给定的电平在变化之前能被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。,7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求,-计数器作用,计数器作用,27,2020/8/5,7.1.4 定时/计数器的应用,（1）初始化步骤 1) 设置工作方式 2) 计算加1计数器的计数初值Count，并将计数初值Count送入TH、TL中 3) 启动计数器工作，即将TRx置1 4) 若采用中断方式，则应设置T0、T1及CPU开中断,1定时/计数器初始化,-初始化步骤,28,2020/8/5,（2）计数方式初始化,假设T0工作于计数方式
16、1，计数值N = 1，即每当T0引脚输入一个计数脉冲就使加1计数器产生溢出，通常可以使用这种方法扩展外中断。 为了使加1计数器每加一次1就溢出，加1计数器的初值Count=0FFFFH=216-1，其中16为工作方式1时加1计数器的位数，1为计数值x。 现用n表示加1计数器的位数，用x表示计数值，则计数初值Count=2n-x，式中，n = 13，16，8和8，分别对应工作方式0，1，2和3。,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化,29,2020/8/5,例7-1 定时/计数器T0工作于计数方式，计数值x=1，允许中断，分别使用工作方式1、方式0和方式2。进行初始化编程。,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,1) 假设T1定时/计数器闲置不用，可设控制寄存器TMOD的高4位为0000，即：TMOD74 = 0000B。 2) T0定时/计数器工作于计数方式，可确定T0的GATE
