51单片机C语言应用与开发(第3章)(精品).ppt
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1、第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源51单片机C语言应用与开发n单片机的内部资源是单片机内部最基本的结构单元。n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。n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。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源n本章重点本章重点u并行I/O口u中断系统和中断程序设计u定时器及定时器中断程序设计u串行通信及串行中断程序设计n本章难点本章难点u中断及中断优先级u中断、定时器及串行控制寄存器的功能及初始化u定时器及串
2、行通信的工作方式第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源n本章各章节安排本章各章节安排u3.1 并行I/O口 u3.2 中断系统 u3.3 定时器/计数器 u3.4 单片机串行通信 第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源l3.1 并行并行I/O口口n80C51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
3、于位输出/输入。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源n3.1 并行并行I/O口口nP0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。nP1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。nP2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 并行并行I/O口口第第3章章 51
4、单片机的内部资源单片机的内部资源lP3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。l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-power Schottky Transistor-Transistor Logic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 并行并行I/O口口第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源 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。
5、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 中断系统中断系统第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源 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 中断系统中断系统第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源 3.2.1 中断系统介绍 3.2 中断系统中断系统图图3-1 3-1 中断示意图中断示意图第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.
6、2 中断系统中断系统3.2.1 中断系统介绍n引起CPU中断的事件,称为中断源。n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。n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。n中断功能由中断系统实现。n8051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。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.2 中断系统中断系统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:第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源中断编号中断编号中断
7、源中断源入口地址入口地址0(interrupt 0)外部中断外部中断0 00 x00030 x00031(interrupt 1)定时器定时器/计数器计数器0 0 溢出溢出0 x000B0 x000B2(interrupt 2)外部中断外部中断1 10 x00130 x00133(interrupt 3)定时器定时器/计数器计数器1 1 溢出溢出0 x001B0 x001B4(interrupt 4)串行口中断串行口中断0 x00230 x00233.2 中断系统中断系统3.2.2 中断控制寄存器中断控制寄存器n中中断断的的控控制制由由中中断断控控制制寄寄存存器器完完成成,是是系系统统提提供供
8、给给用用户控制中断的手段。户控制中断的手段。n8051单单片片机机有有4个个中中断断控控制制寄寄存存器器(专专用用寄寄存存器器),中中断断的的控控制制通通过过对对这这些些寄寄存存器器相相应应位位的的设设置置来来实实现现。单单片机初始化时,各寄存器全部置为片机初始化时,各寄存器全部置为0。n4个个中中断断控控制制寄寄存存器器为为:定定时时器器控控制制寄寄存存器器TCON、串串行行口口控控制制寄寄存存器器SCON、中中断断允允许许寄寄存存器器IE和和中中断断优先级控制寄存器优先级控制寄存器IP。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.2 中断系统中断系统3.2.2 中断控制寄存器中断控
9、制寄存器1.定时器控制寄存器(定时器控制寄存器(TCON)各位的位地址及位名称如下所示:)各位的位地址及位名称如下所示:第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源uI T0(或(或1),外中断),外中断0(或(或1)触发方式选择标志位,由软件置位。置为)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);为时,设置为电平触发(低电平有效);为1时,设置为下降沿触发。时,设置为下降沿触发。uI E0(或(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),外中断请求标志位,硬件置位。有外中断请求时,由硬件置位。位。CPU响应中断后,由硬件自动清响应中断后,由
10、硬件自动清0。uTR0(或(或1),定时器),定时器0(或(或1)启停标志位,由软件置位。为)启停标志位,由软件置位。为1时,启动定时,启动定时器;为时器;为0时,停止定时器。时,停止定时器。uTF0(或(或1),定时器),定时器0(或(或1)溢出中断标志位,硬件置位。定时器溢出)溢出中断标志位,硬件置位。定时器溢出(由全(由全1变为全变为全0)时,由硬件自动置)时,由硬件自动置1,CPU响应中断后,由硬件自动置响应中断后,由硬件自动置0。3.2 中断系统中断系统3.2.2 中断控制寄存器中断控制寄存器2.串行口控制寄存器(串行口控制寄存器(SCON)各位的位地址及位名称如下所示:)各位的位地
11、址及位名称如下所示:第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源u与中断有关的只有两位:与中断有关的只有两位:TI和和RI。串行通信时,由硬件自动置位。串行通信时,由硬件自动置位。u串行通信时,每发送完一帧串行数据后,由硬件置串行通信时,每发送完一帧串行数据后,由硬件置TI=1。CPU响应中断后,响应中断后,TI必须在中断服务子程序里由软件清除必须在中断服务子程序里由软件清除TI=0。u串行通信时,每接收完一帧串行数据后,由硬件置串行通信时,每接收完一帧串行数据后,由硬件置RI=1。CPU响应中断后,响应中断后,RI必须在中断服务子程序里由软件清除必须在中断服务子程序里由软件清除RI=0。
12、uTI和和RI共用一个中断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(服务子程序中判断到底是发送中断(TI=1)还是接收中断()还是接收中断(RI=1)。)。u串行发送和串行接收共用一个数据缓冲器(串行发送和串行接收共用一个数据缓冲器(SBUF)3.2 中断系统中断系统3.2.2 中断控制寄存器中断控制寄存器3.中断允许控制寄存器(中断允许控制寄存器(IE)各位的位地址及位名称如下所示:)各位的位地址及位名称如下所示:第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源uEA,中断允许控制位,软件置位。为,中断允许
13、控制位,软件置位。为1,允许中断;为,允许中断;为0,禁止中断,禁止中断uES,串行通信中断允许控制位,软件置位。为,串行通信中断允许控制位,软件置位。为1,允许中断。,允许中断。uET0(或(或1),定时器),定时器0(或(或1)中断允许位,软件置位。为)中断允许位,软件置位。为1,允许中断;为,允许中断;为0,禁止中断。,禁止中断。uEX0(或(或1),外中断),外中断0(或(或1)中断允许位,软件置位。为了,允许中断;)中断允许位,软件置位。为了,允许中断;为为0,禁止中断。,禁止中断。3.2 中断系统中断系统3.2.2 中断控制寄存器中断控制寄存器4.中断优先级控制器(中断优先级控制器
14、(IP)各位的位地址及位名称如下所示:)各位的位地址及位名称如下所示:第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源u8051单片机只有两级中断优先级单片机只有两级中断优先级高优先级和低优先级高优先级和低优先级u对应位置对应位置1表示高优先级,置表示高优先级,置0表示低优先级。表示低优先级。u同一优先级别,按同一优先级别,按PX0、PT0、PX1、PT1、PS的顺序决定的顺序决定中断响应的顺序。中断响应的顺序。3.2 中断系统中断系统3.2.3 C51编写中断服务程序编写中断服务程序 C51编编译译器器支支持持在在C语语言言源源程程序序中中直直接接编编写写51单单片片机机的的。中中断断服服务
15、务函函数数程程序序中中断断服服务务程程序序定定义义为为函函数数,函函数数定定义一般形式如下:义一般形式如下:函数类型函数类型 函数名函数名(形式参数表形式参数表)interrupt n using m (Interrupt n表示将函数声明为中断服务函数,n是中断编号,n的取031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。)第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.2 中断系统中断系统 例例3-1 3-1 首首先先通通过过Pl.7Pl.7口口点点亮亮发发光光二二极极管管,然然后后由由外外部部输输入入一一脉脉冲冲,启动发光二极管亮、暗交替
16、。电路如图启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-23-2所示,请编写程序。所示,请编写程序。图图3-2 发光二极管实验电路发光二极管实验电路第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.2 中断系统中断系统 例例3-1 3-1 首首先先通通过过Pl.7Pl.7口口点点亮亮发发光光二二极极管管,然然后后由由外外部部输输入入一一脉脉冲冲,启动发光二极管亮、暗交替。电路如图启动发光二极管亮、暗交替。电路如图3-23-2所示,编写程序如下。所示,编写程序如下。#include#include sbit P1_7=P17;sbit P1_7=P17;void interrupt0()interru
17、pt 0 using 2 /void interrupt0()interrupt 0 using 2 /定义外中断定义外中断0 0 P1_7=!P1_7;P1_7=!P1_7;void main()void main()EA=0;/EA=0;/禁止中断禁止中断 ITO=1;/ITO=1;/设置外中断为脉冲触发方式设置外中断为脉冲触发方式 EX0=1;/EX0=1;/允许外部中断允许外部中断 EA=1 /EA=1 /开中断开中断 P1_7=0;P1_7=0;while(1);/while(1);/进入循环,等待中断进入循环,等待中断 第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.2 中断系
18、统中断系统3.2.4 外部中断的扩充外部中断的扩充 8051单单片片机机只只有有两两个个外外部部中中断断,若若外外部部要要求求检检测测的的事事件件很很多多,就就需需要要对对外外部部中中断断进进行行扩扩充充。51系系列列单单片片机机扩扩充充外外部部中中断断的的方方法法一一般般有有两两种种:利利用用定定时时器器的的计计数数方方式式对对外外部部事事件件进进行行计计 数数(最最多多可可扩扩充充两两个个外外部部中中断断);利利用用逻逻辑辑电电路路,通通过过逻逻辑辑运运算算,以以查查询询的的方方式式扩扩展展外外部部中中断断(可可以以扩扩充充多多个个外外中中断断)。下下页页图图是是用用查查询询的的方方式式扩
19、扩展展外外部部中中断断的的一个例子。一个例子。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源查询方式扩展外部中断查询方式扩展外部中断3.3 定时器定时器/计数器计数器u 8051单片机内部有单片机内部有2个具有定时和计数功能的个具有定时和计数功能的16位定位定时器(时器(T0和和T1)。)。u 每个定时器都由每个定时器都由2个个8位特殊功能寄存器位特殊功能寄存器TH0(高高8位位)和和TL0(低低8位位)组成。组成。u 每个定时器都有不同的工作方式,可以工作在定时或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。计数的模式下。u 定
20、时器的工作方式和工作模式由工作方式寄存器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。)的相应位决定。第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源第第3章章 51单片机的内部资源单片机的内部资源3.3 定时器定时器/计数器计数器3.3.1 定时器定时器/计时器控制寄存器计时器控制寄存器 1定时控制寄存器定时控制寄存器(TCON)与定时器有关的有与定时器有关的有TF0、TF1、TR0、TR1等四位,另四位对外等四位,另四位对外部中断进行设置。部中断进行设置。2.定时器工作方式选择寄存器定时器工作方式选择寄存器(TMOD)u TMOD寄寄存存器器是是4位位一一组组的的结结
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