《《单片机原理与应用系统设计》-李云钢-电子教案 第04章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《单片机原理与应用系统设计》-李云钢-电子教案 第04章（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 MCS-51单片机的定时器、串口和中断系统,4.1 MCS-51单片机的定时器 4.2 MCS-51单片机的串口 4.3 MCS-51单片机的中断系统,4.1.1 定时器T0和T1 4.1.2 定时器T2,4.1 MCS-51单片机的定时器,4.1 MCS-51单片机的定时器,MCS-51单片机内部可有3个定时器/计数器：T0、T1、T2，可配置为定时器或计数器。通常,将片内没有定时器T2的单片机称为51型单片机，有定时器T2的称为52型单片机。 定时器Tn（n=0、1、2）由2个8位计数器THn和TLn组成。T0及T1的配置和控制寄存器分别为TMOD、TCON，T2的配置和控制寄存器
2、分别为T2MOD、T2CON。,4.1.1 定时器T0和T1：方式寄存器TMOD,TMOD是一个特殊功能寄存器，用于配置定时器T0和T1的工作方式，其字节地址为89H，不可位寻址，上电缺省值为00H。TMOD的低4位用于配置定时器T0，高4位用于配置定时器T1，下面依次给出TMOD的格式表、各控制位的功能描述表、以及定时器的工作方式选择表。,TMOD的格式,4.1.1 定时器T0和T1：方式寄存器TMOD,TMOD的控制位描述,4.1.1 定时器T0和T1：方式寄存器TMOD,定时器的工作方式选择,4.1.1 定时器T0和T1：方式寄存器TMOD,TCON是一个特殊功能寄存器，用于控制定时器T
3、0和T1的运行，同时还是中断请求和中断触发方式寄存器。TCON的字节地址为88H，可以位寻址，上电缺省值为00H。下面依次给出TCON的格式表与各控制位的描述表。,4.1.1 定时器T0和T1：控制寄存器TCON,TCON的格式,4.1.1 定时器T0和T1：控制寄存器TCON,TCON的控制位描述,4.1.1 定时器T0和T1：控制寄存器TCON,定时器T0和T1有方式0、方式1、方式2、方式3等四种工作方式，以满足不同的应用需要。工作方式由TMOD中的M1和M0来配置。,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,方式0：适合定时器T0和T1。 定时器T0的方式0的工作结构如下图所示，它是13
4、位计数器，由TL0的低5位和TH0的8位组成，TL0的低5位每个机器周期增加1，它溢出时向TH0进位，TH0计数溢出时，置位溢出标志TF0。设晶振频率为 ，计数初值为 ，则T0定时间隔为：,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,定时器T0的方式0结构,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,方式1：适合定时器T0和T1。定时器T0的方式1的工作结构如下图所示，它和方式0的差别仅在于计数器的位数不同。在方式1中，TL0为低8位，TH0为高8位，构成一个16位的计数器。设晶振频率为 ，计数初值为 ，则T0定时间隔为：,定时器T0的方式1结构,4.1.1 定
5、时器T0和T1：工作方式,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,方式2：适合定时器T0和T1。定时器T0的方式2结构如下图所示，它是自动重装初值的8位计数器。 在方式2中，TL0为8位计数器，TH0为计数初值寄存器，当TL0溢出时，一方面置位溢出标志TF0，同时将TH0中的计数初值送至TL0，使TL0从初值开始重新加1计数。设晶振频率为 ，计数初值为 ，则定时间隔为：,定时器T0的方式2结构,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,方式3：仅用于定时器T0。 定时器T0工作于方式3时，它分为2个8位计数器TL0和TH0。TL0可以作为8位定时器或外部事
6、件计数器，它使用定时器T0的控制位GATE、TR0、INT0、TF0等进行控制，其计数初值必须由软件每次设定。TH0固定工作为8位定时器方式，它使用定时器T1的控制位TR1、TF1，即当TR1为1时，允许TH0计数，TH0计数溢出时，置位溢出标志TF1。此时，定时器T1的运行由方式字来控制，方式3停止计数，其它方式允许计数，但计数溢出时不置位标志TF1。,定时器T0的方式3结构,4.1.1 定时器T0和T1：工作方式,4.1.2 定时器T2,在52型单片机中另外还有定时器T2。定时器T2是一个16位的定时器，可工作于定时器或计数器方式，它有两组数据寄存器，即TH2、TL2、RCAP2H、RCA
7、P2L，有捕获、自动重装（可配置为加或减计数）、波特率发生器等三种工作模式，由特殊功能寄存器T2CON和T2MOD来配置和控制其工作。,4.1.2 定时器T2：控制寄存器T2CON,T2CON是一个特殊功能寄存器，用于设置定时器T2的工作模式，和控制T2的运行，其字节地址是C8H，可位寻址，上电缺省值为00H。下面依次给出T2CON的格式表、各控制位的功能描述表、以及工作模式表。,T2CON的格式,4.1.2 定时器T2：控制寄存器T2CON,T2CON的控制位描述,4.1.2 定时器T2：控制寄存器T2CON,定时器T2的工作模式,4.1.2 定时器T2：控制寄存器T2CON,T2MOD是一
8、个特殊功能寄存器，用于补充配置定时器T2的工作方式，其字节地址为0C9H，不可位寻址，上电缺省值为XXXX XX00B，下面依次给出T2MOD的格式表、各控制位的功能描述表。,4.1.2 定时器T2：方式寄存器T2MOD,T2MOD的格式,4.1.2 定时器T2：方式寄存器T2MOD,T2MOD的控制位描述,4.1.2 定时器T2：方式寄存器T2MOD,定时器T2有捕获、自动重装、波特率发生器等三种工作模式，以满足不同的应用需要。其工作模式通过配置T2CON来选择。,4.1.2 定时器T2：工作模式,选择捕获模式时，如果(EXEN2)=0，定时器T2是一个16位的定时器或计数器，其溢出将导致T
9、F2置位，从而引起中断；如果(EXEN2)=1，定时器T2做同样的操作，但T2EX的负跳变将导致TH2和TL2的值分别进入RCAP2H和RCAP2L，同时导致EXF2置位，从而引起中断。定时器T2的捕获模式结构见下图。,4.1.2 定时器T2：工作模式,定时器T2的捕获模式结构,4.1.2 定时器T2：工作模式,在自动重装模式下，定时器T2可编程配置为加计数或减计数，这与T2MOD的DCEN位有关。上电复位时，DCEN为零。 (DCEN)=0的自动重装模式如下图所示，此时定时器T2只能为加计数器。如果(EXEN2)=0，定时器T2是一个16位的定时器或计数器，溢出导致TF2置位，从而引起中断，
10、同时，RCAP2H和RCAP2L中的值自动装入TH2和TL2；RCAP2H和RCAP2L中的值是由软件预置的。如果(EXEN2)=1，计数溢出或T2EX的负跳变都可引起重装，T2EX的负跳变同时置位EXF2，可以引起中断。,4.1.2 定时器T2：工作模式,定时器T2的自动重装模式（(DCEN)=0）,4.1.2 定时器T2：工作模式,(DCEN)=1的自动重装模式见下图，此时定时器T2可设置为加计数或减计数，计数方向通过T2EX管脚控制。 T2EX为高电平时定时器T2加计数，定时器T2溢出（也称为上溢）会导致TF2置位，同时也使RCAP2H和RCAP2L中的值分别自动装入TH2和TL2。T2
11、EX为低电平时定时器T2减计数，当TH2和TL2与存储在RCAP2H和RCAP2L中的值相等时，定时器T2溢出（也称为下溢）。定时器T2下溢使TF2置位，同时使得0FFFFH重新装入定时器寄存器。EXF2位在定时器T2上溢或下溢时将发生翻转，能被用作第17位分辨率；同时此种工作模式下，EXF2位不作为中断标志。,4.1.2 定时器T2：工作模式,定时器T2的自动重装模式（(DCEN)=1）,4.1.2 定时器T2：工作模式,在波特率发生器模式下，定时器T2的结构如下图所示。TH2的溢出将使RCAP2H和RCAP2L的值装入寄存器TH2和TL2，但不会置位TF2，也不产生中断。如果(EXEN2)
12、=1，T2EX的负跳变可置位EXF2引起中断，但不会重装TH2和TL2。此时，T2EX可用作外部中断。 在该模式下，定时器T2（(TR2)=1时）每个状态周期加1。故 T2溢出率=振荡器频率/(265536-(RCAP2H,RCAP2L) (RCAP2H,RCAP2L)表示RCAP2H和RCAP2L看作无符号整数时的值。 为避免写操作与重装操作相冲突，在访问定时器T2和RCAP2之前，应先停止定时器T2的工作（即先将TR2清零）。,4.1.2 定时器T2：工作模式,T2的波特率发生器模式,4.1.2 定时器T2：工作模式,4.2.1 串口的一般概念 4.2.2 MCS-51单片机串口的结构 4
13、.2.3 MCS-51单片机串口的工作方式 4.2.4 多机通信原理 4.2.5 MCS-51单片机串口的波特率 4.2.6 MCS-51单片机串口应用编程实例,4.2 MCS-51单片机的串口,计算机的中央处理器与外界交换信息通常有并行和串行两种通信方式。数据的各位同时传送的方式称为并行通信，数据一位一位传送的方式称为串行通信。实现并行通信的接口称为并口。例如MCS-51单片机的P1口就是并口；并行通信所需传输线的根数和数据位数相等，因此数据线较多，但它的通信速度较快，适合于近距离通信。串行通信通过串口来实现，它需要的传输线少，但速度慢，适合于远距离通信。 串行通信通常又有异步和同步两种基本
14、通信方式，以及单工、半双工、全双工三种传送方法。,4.2.1 串口的一般概念,异步通信方式每次传送一帧数据，下图为一种典型的异步通信数据格式。异步通信方式的优点是数据传送的可靠性较高，缺点是通信效率比较低。 在异步通信中，CPU与外设之间必须有两项约定，即字符格式和波特率。字符格式保证双方将同一信息串理解成同一种意义，原则上可自由制定。波特率定义为每秒钟传送的二进制数的位数。,4.2.1 串口的一般概念,4.2.1 串口的一般概念,在同步通信中，数据字节之间没有间隔，下图为一种典型的同步通信数据格式。同步通信具有效率高、速度快的优点，在传感器等专用设备中使用十分广泛。 在串行通信中，单工传送是
15、指通信接口只能发送或只能接收；双工传送是指通信接口既能发送又能接收，它分为半双工和全双工传送，其中，半双工传送是指任一时刻不能既发送又接收；全双工传送是指通信双方具有同时发送和接收数据的能力。,MCS-51单片机的串口是一个全双工的通用异步串口，可以同时发送和接收数据，通称UART口。它可用于与串行外设进行通信，或用于MCS-51多机系统之间的通信，还可以工作于移位寄存器模式，用于扩充I/O口。 MCS-51单片机的串口通过引脚RXD和TXD（即P3.0和P3.1的第二功能）与外界通信，特殊功能寄存器SBUF是串口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器，它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突
16、，因为接收寄存器只能被CPU读出数据，发送寄存器只能被CPU写入数据，MCS-51单片机通过两个特殊功能寄存器SCON和PCON来配置和控制串口的工作方式。,4.2.2 MCS-51单片机串口的结构,串口控制寄存器SCON是一个特殊功能寄存器，它的主要功能是选择串行通信方式、控制串口的发送和接收，以及指示串口的工作状态等，其字节地址是98H，可位寻址，上电缺省值为00H。SCON的下面依次给出SCON中每一位的定义、以及每一位的功能描述。,4.2.2 串口的结构：串口控制寄存器SCON,SCON的格式,4.2.2 串口的结构：串口控制寄存器SCON,SCON各位的功能描述,4.2.2 串口的结构：串口控制寄存器SCON,PCON也是一个特殊功能寄存器，它是为了在CHMOS型的单片机上实现电源控制（节电模式和掉电模式）而附加的。PCON的最高位SMOD是串口波特率系数控制位，见下表。当SMOD位为1时波特率加倍。PCON的其它位为掉电方式控制位，其功能因具体的单片机型号而异。,4.2.2 串口的结构：电源控制寄存器PCON,PCON的格式,4.2.2 串口的结构：电源控制寄
