51单片机C语言应用与开发(第3章)

第3章51单片机的内部资源51单片机C语言应用与开发单片机的内部资源是单片机内部最基本的结构单元。要想理解单片机的工作原理，充分运用单片机的功能，设计高效、合理的单片机控制系统，必须对单片机的内部资源有比较详细的了解和认识。本章主要介绍MCS-51系列单片机的并行I/O口、中断系统、定时器/计数器和串行通信等内部资源。第3章51单片机的内部资源本章重点并行I/O口中断系统和中断程序设计定时器及定时器中断程序设计串行通信及串行中断程序设计本章难点中断及中断优先级中断、定时器及串行控制寄存器的功能及初始化定时器及串行通信的工作方式第3章51单片机的内部资源本章各章节安排3.1并行I/O口3.2中断系统3.3定时器/计数器3.4单片机串行通信第3章51单片机的内部资源3.1并行I/O口80C51单片机有4个8位的I/O口(共32根线)：P0、P1、P2和P3。各口结构大同小异，主要由接口锁存器、输出驱动和输入缓冲器组成。其中，P1、P2、P3为准双向口，这些端口内均有上拉电阻，在读之前应先写入“1”。P0口内无上拉电阻，是开漏极输出，又称为三态双向I/O口。各口均可作为字节输入/输出，同时每一条口线亦可单独地用于位输出/输入。第3章51单片机的内部资源3.1并行I/O口P0口由1个输出锁存器、1个转换开关MUX、2个三态输入缓冲器、输出驱动电路、1个与门和1个反相器组成。当系统进行扩展时，P0口用做地址/数据总线，分时输出低8位地址和数据信息。P1口由1个输出锁存器、2个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。P1口是80C51唯一的单功能接口，仅能用做通用I/O接口。P2口由1个输出锁存器、1个转换开关MUX、2个三态输入缓冲器、输出驱动电路和1个反相器组成。当需要在单片机外部扩展程序存储器时，P2口作为地址总线输出高8位。3.1并行I/O口第3章51单片机的内部资源P3口由1个输出锁存器、3个输入缓冲器、输出驱动电路和1个与非门组成。P3口是双功能接口，除输出/输入外，每一条口线都有特殊的第二功能。需要说明的是：四个接口的输入/输出电平同CMOS电平、TTL电平皆兼容，P0口每条口线可以接8个LSTTL(Low-powerSchottkyTransistor-TransistorLogic即低功耗肖特基晶体管-晶体管逻辑电路)负载，P1、P2、P3口每条口线可以接4个LSTTL负载。3.1并行I/O口第3章51单片机的内部资源中断系统是单片机系统的重要内容之一，同时也是学习的难点。本节将介绍中断系统，中断控制器，如何用C51编写中断服务程序以及外部中断的扩充等。3.2中断系统第3章51单片机的内部资源3.2.1中断系统介绍在计算机执行程序的过程中，由于出现某个特殊情况（或称为“事件”），使得暂时中止现行程序，而转去执行处理这一事件的程序，处理完毕之后再回到原程序被中断的地方继续执行程序，这个过程就是中断。如图3-1所示。3.2中断系统第3章51单片机的内部资源3.2.1中断系统介绍3.2中断系统图3-1中断示意图第3章51单片机的内部资源3.2中断系统3.2.1中断系统介绍引起CPU中断的事件，称为中断源。中断源向CPU发中断请求，CPU收到请求后，暂时打断原程序，转去处理发出请求的事件，这一过程叫中断响应。事件处理完后，再回到被打断的地方（断点）处继续执行原程序，这个过程叫中断返回。中断功能由中断系统实现。8051系列单片机的中断系统有5个中断源，分别是：2个外部中断，2个定时器中断和1个串行通信中断。第3章51单片机的内部资源3.2中断系统3.2.1中断系统介绍51单片机的常用中断源和中断向量如下表所示：第3章51单片机的内部资源中断编号中断源入口地址0(interrupt0)外部中断00x00031(interrupt1)定时器/计数器0溢出0x000B2(interrupt2)外部中断10x00133(interrupt3)定时器/计数器1溢出0x001B4(interrupt4)串行口中断0x00233.2中断系统3.2.2中断控制寄存器中断的控制由中断控制寄存器完成，是系统提供给用户控制中断的手段。8051单片机有4个中断控制寄存器（专用寄存器)，中断的控制通过对这些寄存器相应位的设置来实现。单片机初始化时，各寄存器全部置为0。4个中断控制寄存器为：定时器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON、中断允许寄存器IE和中断优先级控制寄存器IP。第3章51单片机的内部资源3.2中断系统3.2.2中断控制寄存器1.定时器控制寄存器（TCON）各位的位地址及位名称如下所示：第3章51单片机的内部资源IT0（或1），外中断0（或1）触发方式选择标志位，由软件置位。置为0时，设置为电平触发（低电平有效）；为1时，设置为下降沿触发。IE0（或1），外中断请求标志位，硬件置位。有外中断请求时，由硬件置位。CPU响应中断后，由硬件自动清0。TR0（或1），定时器0（或1）启停标志位，由软件置位。为1时，启动定时器；为0时，停止定时器。TF0（或1），定时器0（或1）溢出中断标志位，硬件置位。定时器溢出（由全1变为全0）时，由硬件自动置1，CPU响应中断后，由硬件自动置0。3.2中断系统3.2.2中断控制寄存器2.串行口控制寄存器（SCON）各位的位地址及位名称如下所示：第3章51单片机的内部资源与中断有关的只有两位：TI和RI。串行通信时，由硬件自动置位。串行通信时，每发送完一帧串行数据后，由硬件置TI=1。CPU响应中断后，TI必须在中断服务子程序里由软件清除TI=0。串行通信时，每接收完一帧串行数据后，由硬件置RI=1。CPU响应中断后，RI必须在中断服务子程序里由软件清除RI=0。TI和RI共用一个中断——串行通信中断。产生串行通信中断后，需在中断服务子程序中判断到底是发送中断（TI=1）还是接收中断（RI=1）。串行发送和串行接收共用一个数据缓冲器（SBUF）3.2中断系统3.2.2中断控制寄存器3.中断允许控制寄存器（IE）各位的位地址及位名称如下所示：第3章51单片机的内部资源EA，中断允许控制位，软件置位。为1，允许中断；为0，禁止中断ES，串行通信中断允许控制位，软件置位。为1，允许中断。ET0（或1），定时器0（或1）中断允许位，软件置位。为1，允许中断；为0，禁止中断。EX0（或1），外中断0（或1）中断允许位，软件置位。为了，允许中断；为0，禁止中断。3.2中断系统3.2.2中断控制寄存器4.中断优先级控制器（IP）各位的位地址及位名称如下所示：第3章51单片机的内部资源8051单片机只有两级中断优先级——高优先级和低优先级对应位置1表示高优先级，置0表示低优先级。同一优先级别，按PX0、PT0、PX1、PT1、PS的顺序决定中断响应的顺序。3.2中断系统3.2.3C51编写中断服务程序C51编译器支持在C语言源程序中直接编写51单片机的。中断服务函数程序中断服务程序定义为函数，函数定义一般形式如下：函数类型函数名(形式参数表)interruptn[usingm](Interruptn表示将函数声明为中断服务函数，n是中断编号，n的取0～31的整数。编译器从8n+3处产生中断向量，具体的n和中断向量取决于不同的51系列单片机芯片。)第3章51单片机的内部资源3.2中断系统例3-1首先通过Pl.7口点亮发光二极管，然后由外部输入一脉冲，启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-2所示，请编写程序。图3-2发光二极管实验电路第3章51单片机的内部资源3.2中断系统例3-1首先通过Pl.7口点亮发光二极管，然后由外部输入一脉冲，启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-2所示，编写程序如下。#includereg51.hsbitP1_7=P1^7;voidinterrupt0()interrupt0using2//定义外中断0{P1_7=!P1_7;}voidmain(){EA=0;//禁止中断ITO=1;//设置外中断为脉冲触发方式EX0=1;//允许外部中断EA=1//开中断P1_7=0;while(1);//进入循环，等待中断}第3章51单片机的内部资源3.2中断系统3.2.4外部中断的扩充8051单片机只有两个外部中断，若外部要求检测的事件很多，就需要对外部中断进行扩充。51系列单片机扩充外部中断的方法一般有两种：利用定时器的计数方式对外部事件进行计数（最多可扩充两个外部中断）；利用逻辑电路，通过逻辑运算，以查询的方式扩展外部中断（可以扩充多个外中断）。下页图是用查询的方式扩展外部中断的一个例子。第3章51单片机的内部资源第3章51单片机的内部资源查询方式扩展外部中断3.3定时器/计数器8051单片机内部有2个具有定时和计数功能的16位定时器（T0和T1）。每个定时器都由2个8位特殊功能寄存器TH0(高8位)和TL0(低8位)组成。每个定时器都有不同的工作方式，可以工作在定时或计数的模式下。定时器的工作方式和工作模式由工作方式寄存器（TMOD）的相应位决定。第3章51单片机的内部资源第3章51单片机的内部资源3.3定时器/计数器3.3.1定时器/计时器控制寄存器1．定时控制寄存器(TCON)与定时器有关的有TF0、TF1、TR0、TR1等四位，另四位对外部中断进行设置。2.定时器工作方式选择寄存器(TMOD)TMOD寄存器是4位一组的结构，以4位为单位进行定义，不能位寻址，只能用字节的方式设置内容。低4位(D0至D3)用于设置T0的工作方式；高4位(D4至D7)用于设置T1的工作方式。3.3定时器/计数器3.3.2定时/计数器的工作方式1.方式0（M1M0=00）13位定时/计数器，计数器由TL0的低5位（高3位无效）和TH0的全部8位构成。C/T（-）=0时为定时器模式。计数个数为：N=t/T。其中，t为定时时间，N为计数个数，T为机器周期。计数初值的计算公式：X=213-N。其中，X为计数初值，N为计数个数。计数结束，由软件重装计数初值。C/T(-)=1时为计数模式。对外部脉冲进行计数，计数脉冲由T0（T1）引脚输入。第3章51单片机的内部资源3.3定时器/计数器3.3.2定时/计数器的工作方式2．方式1（M1M0=01）16位定时/计数器。TL0为低8位，TH0为高8位。计数个数与计数初值关系为：X=216-N(当计数个数为1时，X为65535，当计数个数为63536时，X为0)。方式1的定时/计数方式与方式0基本相同，仅计数位数不同。计数结束，同样由软件重装计数初值。第3章51单片机的内部资源3.3定时器/计数器3.3.2定时/计数器的工作方式3．方式2（M1M0=10）自动重装初值的8位计数器。计数过程在TL0（1）中进行，待重装的初值存放在TH（1）中。计数结束，机器自动将TH中的内容装入TL，重新开始新的计数周期。计数个数与计数初值关系：X=28-N(计数个数为1时，X为255，计数个数为256时，X为0)。第3章51单片机的内部资源3.3.2定时/计数器的工作方式4．方式3（M1M0=11）方式3只适用于T0。T0工作于方式3时，被拆分为两个独立的8位定时器。其中，TL0既可以作为定时器，也可以作为计数器使用；而TH0只能作为定时器使用。T0工作于方式3时，TL0占用TCON的TR0和TF0；TH0使用TCON的TR1和TF1。T0工作于方式3时，T1只能工作于方式0、1、2，作为串行通信的波特率发生器，以确定串行通信的波特率。T1作波特率发生器使用时，只要设置好工作方式，T1即开始自动运行；如要停止，只需将T1设置成方式3即可。T1设置成方式3，全停止工作。第3章51单片机的内部资源3.3定时器/计数器3.3定时器/计数器3.3.3定时器/计时器的初始化1.初始化过程根据定时或计数要求确定计数器的初值；根据要求给方式寄存器TMOD赋值，