第五章 中断系统、定时器 / 计数器和串行口 §5-1 MCS-51 的中断系统 §5-2 定时 / 计数器 §5-3 MCS-51 单片机的串行口

1. 第五章 中断系统、定时器/计数器和串行口 • §5-1 MCS-51的中断系统 • §5-2定时/计数器 • §5-3 MCS-51单片机的串行口

2. §5-1 MCS-51的中断系统 • 一、中断概述 • 1、中断源 • 中断源 指引起正在执行的程序中断，转而执行中 • 断服务程序的设备或事件。 • 可分为硬中断、软中断。 • MCS-51单片机的5个中断源： • ①外部中断2个： 、 ，中断请求信号分别由P3.2、P3.1输入,低电平有效、脉冲下降沿有效可选。 • 入口地址：0003H，0013H。 • ②定时/计数溢出中断2个：T0、T1,计数溢出时置“1”TF0、TF1位，从而发出内部中断请求。 • 入口地址：000BH，001BH。

3. ③串行中断1个：串行接收或发送完一帧数据时就产③串行中断1个：串行接收或发送完一帧数据时就产 • 生一个内部中断请求RI或TI。 • 入口地址：0023H。 • 2、中断处理过程 • 包含：中断请求、中断响应、中断服务、中断返 • 回四个阶段. • ①中断请求：中断源将相应请求中断的标志位置 “1”，表示发出请求，并由CPU 查询。 • ②中断响应：在一条指令的最后一个周期按优先级 • 顺序查询中断标志，为“1”并满足响应 • 条件时响应。

4. 响应操作: 断点压栈→撤除中断标志→关闭低同级 • 中断允许→中断入口地址送PC。 • 实际上响应中断的主要操作是有硬件自动产生一 • 条长调用指令LCALL。 • ③中断服务：根据入口地址转中断服务程序，包含 • 保护现场、执行中断主体、恢复现场。 • ④中断返回：断点出栈→开放中断允许→返回原程序。 • 3、中断优先级及其嵌套 • 优先级 2个---高优先级、低优先级，可通过SFR • 寄存器IP设置。 • 中断嵌套 原则为高优先级的中断不能被低优先 • 的中断所中断，同级中断不能相互中断。

5. 4、中断控制的特点 • ① 中断是随机发生的，并且是可编程的。 • ② 通过执行特定功能的程序段而获得预定目的。 • 5、MCS-51中断汇集

6. 二、中断控制 • 通过对特殊功能寄存器TCON、SCON、IE、IP等 • 四个寄存器的设定而实现。 • 1、中断请求控制 • （1）定时中断、外中断请求控制寄存器TCON • 字节地址88H，位地址8FH~88H，与中断请求有关的各位表示如下： • TF1、TF0：T1/T0溢出中断请求标志。 • IE1、IE0：外中断/请求标志。 • IT1、IT0：外中断/触发方式定义位，“1”—后沿触发

7. （2）串行中断请求控制寄存器SCON • 串行中断请求由TI、RI的逻辑“或”得到。即不论 • 是发送标志还是接收标志，都将发生串行中断请求。 • 字节地址98H，位地址9FH~98H，与中断请求有关的各位表示如下： • TI为发送中断 ，RI为接收中断 ，为“1”时，请求中断，响应后必须由用户软件清零。 • （3）中断请求的撤销 • 中断响应后，必须及时清除TCON、SCON中的已响应中断请求标志，否则，会引起中断的重复查询和响应。

8. ①外中断请求的撤销： • 对于边沿触发方式：由于触发信号过后就消失，撤 • 销自然也就是自动的。 • 对于电平触发方式：需通过软硬件结合的方法来实 现撤销。 • ②定时中断请求的撤销：定时中断后，硬件自动清 “0”。 • ③串行中断请求的撤销：不能自动清“0”，须用软件 • 的方法在中断服务子程序中进 • 行清“0”。 • 2、中断允许控制 • 由SFR寄存器IE设置，分二级允许控制。以EA位作为总控，以各中断源的允许位作为分控。

9. IE字节地址A8H，位地址AFH~A8H，与中断允 • 许有关的各位表示如下： • 单片机复位后，（IE）=00H，因此，整个中断系统为禁止状态。 • 3、中断优先级控制 • 由SFR寄存器IP设置，有2个优先级，相应位置 • “1”，为高优先级。相应位置“0”，为低优先级。

10. IP字节地址B8H，位地址BFH~B8H，与中断允许有关的各位表示如下：IP字节地址B8H，位地址BFH~B8H，与中断允许有关的各位表示如下： • 注意：5个中断允许位全部置“1”时，和全部清0效 • 果一样，为同优先级中断，按自然优先级处理，即为 • →T0→ →T1→串行口，优先级依次从高到低。 • 三、中断应用 • 1、中断应用的准备工作

11. （1）中断初始化设置：定义SP、IP、IE和外中断触发（1）中断初始化设置：定义SP、IP、IE和外中断触发 • 方式选择； • （2）中断服务程序：中断入口、现场保护、中断主体 • 程序、恢复现场返回。 • 2、应用举例 • 例5-1通过P1.0~P1.7控制发光二极管，输出两种节 • 日灯，并利用外中断P3.2，在两种状态之间切换。 • 分析：主程序中状态：亮1灯左移循环，中断程序 • 中的状态：以1秒间隔8灯依次亮起，再依次熄灭,循环 • 3次后返回。

12. 主流程图（略），程序如下： • ORG 0000H • LJMP MAIN • ORG 0003H ；中断入口 • LJMP 0100H • ORG 0030H • START： MOV SP， #60H • SETB IT0 ；设定下跳有效 • SETB EX0 ；开中 • SETB EA • MOV IP， #01H MOV A， #01H • LOOP： MOV P1， A • RL A • LCALL DELAY • AJMP LOOP

13. 中断服务程序流程图：

14. 中断服务程序： • ORG 0100H • PUSH ACC • CLR A • MOV R0， #00H • LOOP1： SETB C • RLC A • MOV P1， A • LCALL DELAY • JNB ACC.7， LOOP1 • LOOP2： CLR C • RLC A • MOV P1， A • LCALL DELAY • JB ACC.7， LOOP2 • INC R0 • CJNE R0， #03H， LOOP1 • POP ACC • RET • DELAY： （略） ；1秒延时

15. §5-2定时/计数器 • 一、定时/计数器构成 • 1、定时方法 • 软件延时 通过执行循环而获得延时，短时间延时； • 硬件延时 由硬件电路实现延时，长时间延时； • 可编程定时 通过对系统时钟脉冲的计数而获得延时。 • 2、MCS-51单片机的定时/计数器 • 16位定时/计数器T0、T1，分别由4个8位计数器组成，均属SFR寄存器。 • T0由TH0、TL0构成，字节地址为8CH、8AH； • T1由TH1、TL1构成，字节地址为8DH、8BH；

16. MCS-51单片机定时器结构示意图 • 3、MCS-51单片机定时/计数器的功能 • 归根结底是计数器。 • （1）定时功能 对片内机器周期进行计数，即每 • 个机器周期产生一个计数脉冲，计数加1。

17. （2）计数功能 对片外从T0（P3.4）、T1（P3.5）引脚输入的外部脉冲信号进行计数，下降沿计数加1。 • 二、定时/计数器的控制寄存器 • 与定时/计数器有关的控制寄存器有3个： • 1、定时器控制寄存器TCON（88H） • SFR寄存器TCON既参与定时控制又参与中断控 • 制，有关定时控制的有4位，表示如下：

18. TF1/TF0：当T1/T0的计数器计数溢出时，该位置“1”。 • TR1/TR0：T1/T0运行控制位。软件将其置“1”时，启 • 动T1/T0工作。 • 2、设定定时器工作方式寄存器TMOD（89H） • SFR寄存器TMOD用于2个定时器/计数器T1/T0的工作方式设定，各位的含义表示如下：

19. GATE：门控位，定义T1/T0的启动方式，逻辑如图：GATE：门控位，定义T1/T0的启动方式，逻辑如图： • C/ ：定时/计数功能选择位。 • 为“0”，作定时器用；为“1”，作计数器用。 • M1M0：工作方式选择位。 • 00 方式0 13位计数器 • 01 方式1 16位计数器 • 10 方式2 初值自动重装8位计数器

20. 11 方式3 2个8位计数器，仅适用于T0 • 3、中断允许控制寄存器IE（A8H） • 三、定时器/计数器工作方式 • 1、工作方式0 M1M0=00 ——13位计数器 • （1）结构 • 由TH0的全部8位和TL0的低5位构成，如下页图。 • 当TL0低5位计数满时直接向TH0进位，并当全部13位 • 计数满溢出时，TF0置“1”。 • （2）TMOD值： • 作定时器：TMOD=0000 0 0 00=00H • 作计数器：TMOD=0000 0 1 00=04H

21. （3）计数初值 • 最大计数值为213=8192 • △T=（213 — 计数初值）× 机器周期（12/fosc） • 计数初值=213 —欲计数脉冲数=213 —△T/ 机器周期

22. 2、工作方式1 M1M0=01——16位计数器 • 方式1时的电路逻辑结构如图所示 • 作定时器，TMOD=01H； • 作计数器，TMOD=05H； • △T=（216 — 计数初值）× 机器周期（12/fosc） • 计数初值=216 —欲计数脉冲数=216 —△T/ 机器周期

23. 例如：定时500us，fosc=6MHz时， • 初值=216—500/2=65536-250=65286=FF 06H • 那么：TH0=FFH，TL0=06H • 3、工作方式2 M1M0=10——自动复位的8位计数器 • 以TL0作计数器，而TH0作为预置寄存器。当计数满溢出时，TF0置“1”，同时TH0将计数初值以硬件方法自动装入TL0。逻辑结构，如图所示：

24. 作定时器，TMOD=02H； • 作计数器，TMOD=06H； • 最大计数值为28=256，若fosc=12MHz，则方式2的最大定时时间为256us。当作为定时器用时，定时时间的计算公式： • △T=（28 — 计数初值）× 机器周期（12/fosc） • 计数初值=28 —欲计数脉冲数=28 —△T/ 机器周期 • 例如：定时500，fosc=6MHz时，初值=28—500/2=6= 06H • 则：TH0=TL0=06H • 4、工作方式3 M1M0=11——2个8 位计数器（仅限于T0） • 在T0方式3下，T0、T1的设置和使用是不同的。 • （1）T0方式3 • TL0：使用T0原有控制资源，功能与方式0、1相同。 • TH0：借用T1的TR1、TF1，只能对片内机器周期脉冲计数， • 作8位定时器。

25. T0方式3时的T0、T1电路逻辑结构，如图所示

26. T0方式3时的T0初值计算完全同方式 2 • （2）T0方式3下的T1 • T0方式3时 ，T1仍然可工作于方式0~方式2，如 • 上页图所示。C/ 控制位仍可使T1工作在定时器或计 • 数器方式，只是由于其TR1、TF1被T0的TH0占用， • 因而没有计数溢出标志可供使用，计数溢出时只能将 • 输出结果送至串行口，即用作串行口波特率发生器。 • T0方式3下的T1方式2，因定时初值能自动恢复，用作波特率发生器更为合适。 • 四、定时/计数器的应用 • 【例5-2】 已知fosc=6MHz，利用T1定时500us，在P1.0 • 口输出周期为1ms的方波脉冲，使用方式0~方式2编程。

27. 解：1）方波波形如图所示： • 2）计数初值： • 方式0：计数初值=213 —欲计数脉冲数=213 —△T/ 机器周期 =213-500/2=1F06H • ∴ TH1=F8H，TL1=06H • 方式1：计数初值=216 —欲计数脉冲数=216 —△T/ 机器周期 =216-500/2=FF06H • ∴ TH1=FFH，TL1=06H • 方式2：计数初值=28 —欲计数脉冲数 =28 —△T/ 机器周期 • =28-500/2=06H • ∴ TH1=TL1=06H • 3）定时到达P1.0的翻转方法：查询方式、中断方式 • 4）流程、程序如下：

28. 方式0：采用查询方式 • 程序： 流程： • ORG 0030H • START： MOV TMOD，#00H • MOV TH1， #0F8H • MOV TL1， #06H • MOV IE， #00H • SETB TR1 • WT： JNB TF1， WT • CPL P1.0 • CLR TF1 • MOV TH1， #0F8H • MOV TL1， #06H • SJMP WT

29. 方式1：采用中断方式 • ORG 0000H • LJMP START • ORG 001BH • LJMP 0100H • ORG 0030H • START： MOV TMOD，#10H • MOV TH1， #0FFH • MOV TL1， #06H • MOV IE， #88H • MOV IP， #0000 1000B • SETB TR1 • SJMP ＄ • 中断服务程序： • ORG 0100H • CPL P1.0 • MOV TH1， #0FFH • MOV TL1， #06H • RETI

30. 方式2：采用中断方式 • ORG 0000H • LJMP START • ORG 001BH • LJMP 0100H • ORG 0030H • START： MOV TMOD，#20H • MOV TH1， #06H • MOV TL1， #06H • MOV IE， #88H • MOV IP， #08H • SETB TR1 • SJMP ＄ • 中断服务程序： • ORG 0100H • CPL P1.0 • RETI

31. 【例5-3】 用软件延时和定时器中断方式、查询方式 • 定时的方法编程，试设计控制六盏LED灯的程序， • 设晶振fosc=12MHZ，要求： • 1）K合上后，L1 ~ L6轮流点亮1秒，如此循环 • 2）K断开后，全灭，等待下次启动 • 3）要求用T0定时器、软件程序延时两种方案实现 • 解：（1）硬件原理图及I/O分配，如图所示； • （2）用定时器T0方式1实现延时： • ①定时器T0初值： • 定时时间：tmax=65536×1us=65.536ms，取50ms • 1秒延时实现：50ms延时20次 • T0 的 初值：=216-50000us/1us =15536 =3CB0H • TMOD =（0000 0001）B =01H

32. ②控制流程 • 查询方式：通过对TF0的查询，获得50ms延时，并循环20次，获得1S延时 • 中断方式：通过T0溢出中断，获得50ms延时，并循环20次，获得1S延时

34. ③指令代码（略） • （3）用软件程序延时 • ORG 0000H • LJMP START • ORG 0030H • START：MOV P3，#04H • MOV A， #01H • LOOP1：MOV P1， #00H • WT ：JB P3.2，WT • LOOP2：MOV P1，A • MOV R7，#10 • DL3：MOV R6，#200 • DL2：MOV R5，#125

35. DL1：JNB P3.2，LOOP1 • DJNZ R5，DL1 • DJNZ R6，DL2 • DJNZ R7，DL3 • JB ACC.5，JP1 • RL A • AJMP LOOP2 • JP1 ：MOV A，#01H • AJMP LOOP2

36. §5-3 MCS-51单片机的串行口 • 一、串行通信基本概念 • 1、并行通信和串行通信 • 通信的基本方式： • 并行通信：数据的各位同时送出。传送距离：小于30米。 • 串行通信：数据的各位逐位送出，只需一对传送线即可完成传送。传送距离：几米~几千公里。

37. 2、串行通信 • （1）串行通信的数据传送方向。 • 单工、半双工、全双工三种方式 • （2）串行通信的工作方式 • 同步方式：数据按块传送，包括同步字符、数据块。 • 异步方式：数据按字符传送，每一个字符均按固定的字符格 • 式传送，又被称为帧，如图。 • 包含字符的起始位、数据位、校验位、停止位四个部分。

38. 3、串行通信的波特率（Baud rate） • （1）波特率：传送数据位的速率，一般指每秒种传送二进 • 制代码的位数。单位：bps。 • （2）通用异步接收/发送器（UART）：用于数据串、并转 换的串行接口电路。 • 包括串行化电路（发送器）、并行化电路（接收器）、控制电路3部分。 • 二、MCS-51单片机的串行口 • 全双工的串行口（P3.0、P3.1）：能同时进行发送和接 • 收。既可作UART用，也可作同步移位寄存器使用，还可用 • 于网络通信，其帧格式可有8位、10位和11位，并能设置各种 • 波特率。

39. 1、串行口的结构 • MCS-51单片机的串 • 行口主要由2个物理上独 • 立的串行数据缓冲器SBUF • 、输入移位寄存器和控制 • 器等组成。 • 还有2个SFR寄存器 • SCON和PCON，用于串行 • 口的初始化编程。 • 结构如图所示。

40. 串行口的发送和接收是以SBUF的名义进行读或写，它串行口的发送和接收是以SBUF的名义进行读或写，它 • 们共用一个地址99H。 • 发送：执行写命令MOV SBUF，A指令，发送完后使中断标志TI置“1”。 • 接收：当RI=0时，置“1”允许接收位时，即启动接收， • 并时使RI=1。执行读命令MOV A，SBUF时，即可从接收 • SBUF取出信息并由内部总线送CPU。 • 2、串行口控制寄存器 • SCON用于存放串行口的控制和状态信息，PCON用于改变串行口的通信波特率，波特率发生器可由定时器T1方式2构成。 • （1）串行控制寄存器SCON • 单元地址98H，位地址9FH~98H。寄存器及位地址表示如下：

41. SCON： • （2）电源控制寄存器PCON • 字节地址87H，不可位寻址。它的D7位SMOD为串行口波特率控制位，可由软件置位或清零。若SMOD=1，则使工作在方式1、2、3时的波特率加倍。 • 3、串行工作方式0 —— 同步移位寄存器方式 • 方式设定：SM0SM1=00，通过执行MOV SCON，#00H。 • 此时： RXD（P3.0）：数据的发送或接收口。 • TXD（P3.1）：输出同步移位脉冲。 • 发送、接收的是8位数据，不设起始位和停止位，低位在前，波特率固定为fosc/12。。 • 在串行方式0时，是将串行口变成并行口使用。并要有串并转换芯片74LS164、74LS165转换。

42. 三、MCS-51串行口方式0驱动数码管 • 1、LED数码管 • （1）结构 • COM：显示器位选线 a~dp：显示器段选线

43. 发光管驱动额定电流：10~40mA，静态取下限。 • （2）静态显示及其段码 • 静态显示：利用8位锁存功能的I/O口线驱动一个数码管，多 • 个数码管同时显示，需增加I/O口线。 • 段码形成：在COM送入低电平或高电平，然后控制个各笔 段引脚电平，即可形成相应段码。 • 【例5-4】：利用P1口并行输出控制八段数码管，设小数点暗， • 采用共阳顺序、共阴顺序、共阴逆序确定0~9的显示程序为： • 解：1）共阳顺序显示硬件结构如图： • 2）共阳顺序、共阴顺序、共阴逆序的段码如下：

44. 共阳顺序段码：C0H，F9H，A4H，B0H，99H，92H，82H，F8H，80H，90H共阳顺序段码：C0H，F9H，A4H，B0H，99H，92H，82H，F8H，80H，90H • 共阴顺序段码：3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH（Dp→a） • 共阴逆序段码：FCH，60H，DAH，F2H，66H，B6H，BEH，E0H，FEH，F6H（a→Dp）

45. 2）并行输出，循环显示0~9秒的显示程序： • DIR： MOV R0，#0 • MOV DPTR，#TAB • LOOP：MOV A，R0 • MOVC A，＠A+DPTR • MOV P1，A • LCALL DELAY • INC R0 • CJNE R0，#0AH，LOOP • AJMP DIR • TAB：DB C0H，F9H，A4H • DB B0H，99H，92H • DB 82H，F8H，80H，90H

46. 2、串行口方式0驱动数码管 • （1）串行口与并行口转换控制 • ①串入并出移位寄存器74LS164 图（a） • ②并入串出移位寄存器74LS165 图（b）

47. （2）利用74LS164驱动共阴数码管 • 【例5-5】：利用8031串行口控制八段数码管，设小数点暗， • 采用共阴逆序，设计循环显示0~9秒的程序。 • 解：1）硬件结构图（共阴逆序、小数点暗） • 2）控制流程、程序

48. START：MOV SCON，#00H • MOV R0， #00H • CLR ES ；禁止中断 • MOV DPTR， #TABLE • LOOP：MOV A， R0 • MOVC A， ＠A+DPTR • CLR TI • MOV SBUF， A • LCALL DELAY • INC R0 • CJNE R0， #10， LOOP • MOV R0， #00H • AJMP LOOP • TABLE：DB 0FCH，60H，0DAH，0F2H，66H • DB 0B6H，0BEH，0E0H，0FEH，0F6H • ORG 0100H • DELAY：1秒延时程序（略） • RET

49. 本章小结 • 1、定时器/计数器的工作方式和初值设定、方式0～方式2应用和定时编程举例 • 2、中断及中断请求源、特殊功能寄存器IP，IE、简单应用 • 3、串行口的组成和功能、串行口的工作方式及波特率方式0 应用及简单编程举例 • 重点：掌握定时器/计数器的初值计算及定时程序编制，串行口 • 工作于方式0的发送/接收数据。 • 难点：对TMOD、SCON等特殊功能寄存器参数设定，中断系 • 统现场保护。