单片机技术-第四章外围模块

null第四章 51系列单片机 的功能模块及应用第四章 51系列单片机 的功能模块及应用主要掌握并行口、串行口、定时器的结构、工作原理及应用§4-1 并行口及其应用§4-1 并行口及其应用51系列单片机的并行口，按特性可分类为： 单一的准双向口(如89C52的P1.2~P1.7) 多功能复用的准双向口(如89C52的P1.0、P1.1，P3.0~P3.7) 可作地址总线输出口的准双向口(P2) 可作地址/数据总线口的三态双向口(P0)null每个I/O线均由锁存器，输出电路和输入缓冲器组成。 每一条口线可独立用作输入和输出。作输出时可锁存数据，输入时可缓冲数据。 CPU对口的读操作有两种： ①读—修改—写操作（读口锁存器状态） 例：ANL P0，A ；(P0)←(P0)∧(A) ORL P0，#data ；(P0)←(P0)∨data DEC P0 ；(P0)←(P0) -1 ②读引脚操作（读口引脚上外部输入信息） 例 MOV A，P1null§4-1-1 P0 口§4-1-1 P0 口 P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用口，也可作为通用I/O接口。 其1位的结构原理如下图所示。P0口由8个这样的电路组成。nullP0口1位结构图起输出锁存作用，8个锁存器构成了SFR—P0V1、V2组成输出驱动器，以增大带负载能力三态门1是引脚输入缓冲器读锁存器端口null 2．地址/数据分时复用功能 当P0口作为地址/数据分时复用总线时，可分为两种情况：一种是从P0口输出地址或数据，另一种是从P0口输入数据。 null在访问片外存储器而需从P0口输出地址或数据信号时，控制信号应为高电平“1”，使转换开关MUX把反相器4的输出端与V1接通，同时把与门3打开。 1)当地址或数据为“1”时，经反相器4使V1截止，而经与门3使V2导通，P0.x引脚上出现相应的高电平“1”； 2)当地址或数据为"0"时，经反相器4使V1导通而V2截止，引脚上出现相应的低电平"0"。这样就将地址/数据的信号输出。null3．通用I/O接口功能 当P0口作为通用I/O口使用，在CPU向端口输出数据时，对应的控制信号为0，转换开关把输出级与锁存器Q端接通，同时因与门3输出为0使V2截止，此时，输出级是漏极开路电路。当写脉冲加在锁存器时钟端CLK上时，与内部总线相连的D端数据取反后出现在Q端，又经输出V1反相，在P0引脚上出现的数据正好是内部总线的数据。当要从P0口输入数据时，引脚信息仍经输入缓冲器进入内部总线。 null总之： 一 P0口作为一般I/O口使用 1 P0口用作输出口：必须外接上拉电阻，才有高电平输出。 2 P0口作输入口：先向端口锁存器写入“1”。 二 P0口作为地址/数据总线使用 1 以P0口引脚输出低8位地址或数据信息 2 由P0口输入数据 三 P0口可驱动8个LSTTL电路§4-1-2 P1口（准双向口）§4-1-2 P1口（准双向口）①P1.0、P1.1为多功能双向口， P1.2~P1.7为单一功能准双向口。 ②P1口的第一功能是准双向口，每一位可分别定义为输入线或输出线。 ③输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成。当其某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载。①P1.0、P1.1为多功能双向口， P1.2~P1.7为单一功能准双向口。 ②P1口的第一功能是准双向口，每一位可分别定义为输入线或输出线。 ③输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成。当其某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载。④P1的某一位作为输入线时，该位的口锁存器必须保持“1”。使输出场效应管截止。该引脚才可由内部拉高电路拉成高电平，或由外部电路拉成低电平。 ⑤P1口具有驱动4个LSTTL负载的能力。④P1的某一位作为输入线时，该位的口锁存器必须保持“1”。使输出场效应管截止。该引脚才可由内部拉高电路拉成高电平，或由外部电路拉成低电平。 ⑤P1口具有驱动4个LSTTL负载的能力。null§4-1-3 P2口（准双向口）§4-1-3 P2口（准双向口）null 当作为准双向通用I/O口使用时： 控制信号使转换开关接向左侧，锁存器Q端经反相器3接V1，其工作原理与P1相同，也具有输入、输出、端口操作三种工作方式，负载能力也与P1相同。 null1 系统中外接程序存储器时：P2口输出程序存储器的高8位地址，不作I/O口使用。 2 系统中无外接程序存储器，而扩展有片外RAM的系统中： ① 片外RAM的容量＜256B：P2口仍做输入/输出口使用。使用R0或R1作地址指针。 ②片外RAM的容量＞256B ： P2口不能做输入/输出口，而做系统扩展的高8位地址总线口使用。使用DPTR、P2R0、P2R1作地址指针。 §4-1-4 P3口（准双向口）§4-1-4 P3口（准双向口）null P3口是一多功能口，既做准双向口又做特殊输入输出口。 1 做通用I/O口使用： P3口做输入使用，应由软件向口锁存器写“1”。null2 做第二功能使用： 某位做第二功能使用该位D锁存器Q应被硬件自动置“1”。 P3.0 RXD P3.5 T1 P3.1 TXD (出) P3.6 WR(出) P3.2 INT0 P3.7 RD(出) P3.3 INT1 P3.4 T03 P3口具有驱动4个LSTTL负载的能力。§4-1-5 并行口的应用§4-1-5 并行口的应用1 外接蜂鸣器 2 利用可控硅控制加热电路 3 BCD码拨码盘的接口 BCD码拨码盘构造—— 一个拨码盘可以输入1位十进制数据。 拨码盘拨到某个位置时，控制线分别与4位数据线中某几位接通。 接通线定义为“1”，不通的线定义为“0”。§4-2 定时器及其应用§4-2 定时器及其应用 定时器功能： 1 定时操作 2 测量外部输入信号 3 定时输出 4 监视系统正常工作§4-2-1定时器的结构和工作原理 §4-2-1定时器的结构和工作原理 1 定时器由一个N位计数器、计数时钟源控制电路、状态和控制寄存器等组成。 2 计数脉冲有两个来源：①外部的脉冲源②系统的时钟振荡器。TMOD TCON 中断null3 用作定时器时，每经过一个机器周期，计数器自动加1，直到计数溢出；用作计数器时，外部时钟脉冲加在定时器的外输入端T0(P3.4)或T1(P3.5)，每出现一次负跳变，计数器加1。 4 两个模拟开关，左边决定定时/计数器的工作状态，右边决定脉冲源是否加在计数器的输入端。 5 16位的计数器由两个8位SFR TH和TL组成。null定时器/计数器T0、T1的结构框图§4-2-2 定时器/计数器T0和T1§4-2-2 定时器/计数器T0和T1一方式寄存器TMOD(89H) 1 不能进行位寻址，只能用字节寻址。复位时，TMOD所有位为0 熟悉各位功能 T1方式字段 T0方式字段null① GATE——门控位 “1”：定时器的计数受外部引脚输入电平的控制 “0”：定时器的计数不受外部引脚输入电平的控制 ② C/T——功能选择位 “1”：计数功能 “ 0”：定时功能 ③ M1M0——工作方式选择位 null 适于T0，两个8位计数器null二 控制寄存器TCON(88H) 1 既可字节寻址又可位寻址。复位时，TCON各位为0 例：SETB TR1 ；启动定时器T1工作 熟悉各位功能 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 nullTF1——定时器/计数器T1的溢出标志位 TR1——定时器/计数器T1的运行控制位 TF0——定时器/计数器T0的溢出标志位 TR0——定时器/计数器T0的运行控制位 IE1——外部中断1下降沿触发标志位 IE0——外部中断0下降沿触发标志位 IT1——外部中断1触发类型选择位 IT0——外部中断0触发类型选择位null三 定时器/计数器的初始化 初始化即将控制字写入定时器/计数器的过程。初始化一般步骤： 1 写入初值TH0、TL0或TH1、TL1 2 对TMOD赋值 3 对IE赋值（有中断产生时） 4 ①若用软件启动，则仅把TR0或TR1置“1”； ②若用外中断引脚电平启动，则还需给外 引脚加启动电平。null四 定时器/计数器的4种工作方式 1 方式0null　 方式0是一个13位的定时器/计数器，由TL0的低5位和TH0的8位组成。 定时时间为T=12*(213-a)/fosc s 　　最大定时时间：M=213=8192T null例7：已知晶振频率fosc=6MHZ，若使用T0方式0产生10ms定时中断，试对T0进行初始化编程。 MOV TH0，#63H MOV TL0，#18H SETB TR0 MOV IE ，#82H RETnull例：T0工作于方式0，要求在P1.0引脚上产生周期为2ms的方波输出(fosc=6MHZ) ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP INQP ORG 0030H MAIN: MOV TMOD, #00H MOV TH0, #0F0H MOV TL0, #0CH SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB EA ；开放CPU中断 AJMP $ ；定时中断等待null ORG 4000H ；中断服务程序 INQP: MOV TH0, #0F0H ；重写定时常数 MOV TL0, #0CH CPL P1.0 ；P1.0变反输出 RETI null2 方式1 方式1是一个16位定时器/计数器，结构和操作方式与方式0基本相同。定时时间为T=12*(216-a)/fosc s 最大定时时间：M=216=65536Tnull例：设fosc=12MHz,T0工作于方式1，产生50ms定时中断，TF0为高级中断源。试编写主程序中的初试化程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1秒的方波。 MAIN：MOV SP， #EFH MOV TH0， #3CH MOV TL0， #0B0H MOV TMOD ， #1 MOV IP， #2 null MOV IE， #82H SETB TR0 MOV 30H， #0AH PTF0：ORL TL0， #0B0H;中断服务程序 MOV TH0， #3CH DJNZ 30H， PTF0R MOV 30H， #0AH CPL P1.0 PTF0R:RETInull用查询法： MOV 30H, #0AH MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TMOD, #1 SETB TR0 L2: JBC TF0, L1 SJMP L2 L1: MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H null DJNZ 30H, L2 MOV 30H, #0AH CPL P1.0 SJMP L2 null3 方式2 方式2是能重置初值的8位定时器/计数器，TL0作为8位计数器，TH0作为计数初值寄存器。适于用做较精确的定时脉冲信号发生器。 定时时间 T=12*(28-a)/fosc s 最大定时时间：M=28=256Tnull定时器/计数器方式2的逻辑结构null MOV TMOD, #60H ; 设置T1为方式2计数 MOV TH1, #9CH ；赋初值 MOV TL1, #9CH SETB TR1 DE:JBC TF1, RE ；查询计数溢出 AJMP DE RE: CPL P1.0 AJMP DE例：用定时器1在方式2计数，要求每计满100次，将P1.0端取反。 外部计数信号由P3.5引入，每跳变一次计数器加1 100=28-a ; a=156=9CHnull定时器/计数器方式3的逻辑结构 4 方式3null 方式3只适用于T0，T0分为两个独立的8位计数器TL0和TH0。一般T1用作串行口波特率发生器。 最大定时时间：M=28=256T 例 用定时器T0，分别产生两个方波，一个周期为200s，另一个周期为400 s (fosc =9.216MHZ)。 null解：定时初值计算 TL0=28-9.216*106*100*10-6/12 =256-76.8 =179.2 转换十六进制为0B3H TH0=28-9.216*106*200*10-6/12 =256-153.6 =102.4 转换十六进制为66Hnull ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ;TL0中断入口 AJMP ITL0 ORG 001BH ;TH0中断入口 AJMP ITH0 ORG 0100H MAIN:MOV SP, #60H MOV TMOD, #03H null MOV TL0, #0B3H MOV TH0, #66H SETB TR0 ；启动TL0初值 SETB TR1 ；启动TH0初值 SETB ET0 ;允许TL0中断 SETB ET1 ;允许TH0中断 SETB EA ;CPU中断开放 AJMP $ null ORG 0200H ITL0:MOV TL0, #0B3H CPL P1.0 ;输出方波200s RETI ITH0:MOV TH0, #66H CPL P1.1 ;输出方波400s RETI 五 门控位的应用五 门控位的应用GATE位是控制外部输入脉冲对定时计数器的控制。当为“1”时，允许外部输入电平控制启、停定时器。利用这个特性可测量外部输入脉冲的宽度。 例：利用T0门控位测试INT0引脚上出现的正脉冲的宽度，将所测得值高位存入片内71H单元，低位存入片内70H单元。(fosc=12MHz) 测试时，应在/INT0为低电平时，设TR0为1；当/INT0变高时，启动计数；当/INT0再变低时，停止计数。该计数值即被测正脉冲宽度。nullMOV TMOD , #09H;T0定时器方式，GATE=1 MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H MOV R0, #70H JB P3.2, $ ；等待P3.2变低 SETB TR0 ；启动T0准备工作 JNB P3.2, $ ；等待P3.2变高 JB P3.2, $ ；等待P3.2再次变低 CLR TR0 ；停止计数 MOV @R0, TL0 ；存放计数低字节 INC R0 MOV @R0, TH0 ；存放计数高字节 SJMP $ §4-3 串行接口UART§4-3 串行接口UART一 两种基本的通信方式(a) 并行通信；(b) 串行通信二串行通信传输方式二串行通信传输方式 (a) 单工方式；(b) 半双工方式；(c) 全双工方式null三串行通信两种基本方式 1异步通信 ①异步通信中数据或字符是一帧一帧传送。 ②帧即为一个字符的完整通信格式，又称帧格式。在帧格式中，一个字符由4部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。 串行异步传送的字符格式null2 同步通信 数据或字符开始处是由一同步字符来指示，并由时钟实现发送端和接收端同步。 四 波特率(Baud rate) ①波特率就是数据的传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。 ②要求发送端与接收端的波特率必须一致。§4-3-1 串行接口的组成和特性 §4-3-1 串行接口的组成和特性 51系列单片机的串行口是全双工异步串行通信接口。 一 串行口结构 1 波特率发生器 主要由T1、T2及内部的一些控制开关和分频器组成。提供串行口的时钟信号即TCLK、RCLK。 null串行口结构框图2 串行口的内部包含——2 串行口的内部包含——①串行数据缓冲寄存器SBUF 数据接收缓冲器(只读出不写入)和数据发送缓冲器(只写入不读出)。物理上隔离，共用一个地址( 99H )。 串行发送时，从片内总线向发送缓冲器写入数据； 即MOV SBUF，A 串行接收时，从接收缓冲器读出数据到片内总线。 即MOV A，SBUF ②串行口控制寄存器null③串行数据输入/输出引脚 接收方式下，串行数据从RXD(P3.0)输入。串行口内部在接收缓冲器之前还有移位寄存器，构成串行接收双缓冲结构。避免数据接收重叠。 发送方式下，串行数据从TXD(P3.1)输出。 ④串行口控制逻辑 null二串行口控制 1 串行口控制寄存器SCON(98H) ①SM0和SM1 ②SM2 方式2和方式3的多机通信控制位 ②SM2 方式2和方式3的多机通信控制位 方式0，SM2=0。 方式1，若SM2=1，只有接收到有效停止位，接收中断RI才置1。 方式2和方式3中，如SM2=1，则接收到的第9位数据(RB8)为0时不启动接收中断标志RI(即RI=0)，并且将接收到的前8位数据丢弃；RB8为1时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI，产生中断请求。当SM2=0时，则不论第9位数据为0或1，都将前8位数据装入SBUF中，并产生中断请求。该功能用于多机通信中。null③REN 允许串行接收位 1—允许接收；0—禁止接收 由软件置1或清0，相当于串行接收的开关。 ④TB8 发送数据D8位 在方式2和方式3时，TB8为所要发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状态 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示主机发送的是地址还是数据：TB8=0为数据，TB8=1为地址；也可用作数据的奇偶校验位。该位由软件置位或复位。null⑤RB8 接收数据D8位 在方式2和方式3时，接收到的第9位数据，可作为奇偶校验位或地址帧或数据帧的标志。方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。在方式0时，不使用RB8位。 ⑥TI 发送中断标志 在方式0时，当发送数据第8位结束后，或在其它方式发送停止位后，由内部硬件使TI置位，向CPU请求中断。CPU在响应中断后，必须用软件清零。此外，TI也可供查询使用。null⑦RI接收中断标志位 在方式0时，当接收数据的第8位结束后，或在其它方式接收到停止位的中间时由内部硬件使RI置位，向CPU请求中断。在CPU响应中断后，也必须用软件清零。RI也可供查询使用。2 特殊功能寄存器PCON 2 特殊功能寄存器PCON SMOD位是串行口波特率系数控制位，为1时使波特率加倍。 其余位是掉电方式控制位，与串行口无关。§4-3-2串行接口的工作原理§4-3-2串行接口的工作原理一 方式0 1 方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展并行I/O口。 2 数据由RXD串行输入/输出，TXD输出移位脉冲。 3 数据传输波特率固定为fosc/12。 4 接收/发送的是8位数据，传输时低位在前。null输出： 当执行写SBUF的指令时(MOV SBUF，A),启动串行数据发送。从低位开始串行输出。当完成一个字节的输出后就停止移位，并置位TI。 输入： 在REN=1，RI=0时启动串行口接收。当外部移位寄存器内容移入内部移位寄存器，并写入SBUF，则置位RI，停止移位，完成一个字节的输入。 注意：每当发送或接收完8位数据时，由硬件将发送中断TI或接收中断RI标志置“1”；CPU响应TI或RI中断请求时，不会清除标志，必须由软件清“0”.null二 方式1 1 方式1时，串行口为10位通用异步接口。 2 数据传输波特率由定时/计数器T1和T2的溢出决定，由程序设定。 当T2CON中RCLK和TCLK置位时，由T2作接收/发送的波特率发生器；当RCLK和TCLK都为0时，由T1作接收/发送的波特率发生器。 3 数据从引脚TXD端输出，从引脚RXD输入。null发送 当数据写入发送缓冲器时，启动发送器开始发送。8位数据发送完，置位TI=1，并申请中断，通知CPU可发送下一个数据。 接收 在REN=1的前提下，确认是真正起始位“0”后，开始接收一帧数据。当RI=0且SM2=0时，数据被接收。null三 方式2和方式3 1 CPU向发送缓冲器写入数据就启动串行口发送。发送完毕，使TI=1。 2 接收时，先置REN为“1”，将RI清“0”。再根据SM2状态和所接收到RB8状态决定串口在信息到来后是否会使RI=1，申请中断，接收数据。 当SM2=0,不管RB8状态，将RI置1—串口接收 当SM2=1, RB8=1时，多机通信，接收信息为地 址，将RI置1—串口接收 RB8=0时，接收信息为数据，但不发给本从机，此时RI不置1—数据丢失null§4-3-3 波特率 一 方式0： 波特率=振荡器频率/12 二 方式2： 波特率=2SMOD*振荡器频率/64 三 方式1、3(T1产生波特率)： 波特率=2SMOD*振荡器频率/[32*12(256-(TH1))] 注：记住当振荡器频率选用11.0592MHZ时，对于常用波特率，能正确计算T1的初值。 §4-3-4 多机通信原理§4-3-4 多机通信原理在主从式多机系统中： 1主机发出的信息有两类。一类为地址，用来确定需要和主机通信的从机，特征是串行传送的第9位数据为1；另一类是数据，特征是串行传送的第9位数据为0。2对从机来说，在接收时，若RI=0，则只要SM2=0，接收总能实现；而若SM2=1，则发送的第9位TB8必须为1接收才能进行。null1 主机首先发出要求通信的从机地址信号。此时，所有从机的SM2都为“1”，所有从机均收到地址信号。 2 从机判断主机发出的地址信号是否与本从机号相符。相符的从机SM2“0”，反之为“1”。 3 主机发送数据帧。仅SM2=0的从机可收到。 §4-3-5 串行口的应用和编程§4-3-5 串行口的应用和编程一串行口应用 同一印板内，两个单片机串行口可直接通信。 单片机与PC机之间利用串行口通信，必须进行电平转换。 二串行口编程 串行口初始化编程： 选择串行口工作方式，波特率，允许串行口中断。即对SCON、PCON、TMOD、TCON、TH1、TL1、IE、IP、SBUF编程。null例：编写程序，功能为对串行口初始化为方式1输入/输出，fosc=11.0592MHZ,波特率为9600，先在串行口上输出字符串“MCS-51”，接着读串行口上输入的字符,又将该字符从串行口上输出。 MOV TMOD, #20H MOV TH1, #0FDH MOV TL1, #0FDH SETB TR1 MOV SCON, #52H MOV R4, #0 MOV DPTR, #TSABnullLP1: MOV A, R4 MOVC A, @A+DPTR JZ LP6 LP3: JBC TI, LP2 SJMP LP3 LP2: MOV SBUF, A INC R4 SJMP LP1 LP6: JBC RI, LP5 SJMP LP6 LP5: MOV A, SBUFLP8:JBC TI, LP7 SJMP LP8 LP7:MOV SBUF, A SJMP LP6 TSAB:DB ‘MCS-51’ DB 0AH,0DH,0 用串行口进行双机异步通信—— 例：将甲机片内RAM50H—5FH单元中的数据块从串行口输出。定义在方式3下发送，TB8作奇偶校验位。采用定时器1方式2作波特率发生器，波特率为1200，fosc=11.0592MHz。用串行口进行双机异步通信—— 例：将甲机片内RAM50H—5FH单元中的数据块从串行口输出。定义在方式3下发送，TB8作奇偶校验位。采用定时器1方式2作波特率发生器，波特率为1200，fosc=11.0592MHz。 使乙机从甲机接收16个字节数据块，并存入片外3000H—300FH单元。接收过程中要求判奇偶标志RB8。若出错则置F0标志为1，反之为0，然后返回。甲机发送子程序——甲机发送子程序—— MOV TMOD,#20H MOV TL1, #0EBH MOV TH1, #0E8H SETB TR1 MOV SCON,#0C0H MOV R0, #50H MOV R7, #10H TRS:MOV A, @R0 MOV C, P MOV TB8, C MOV SBUF, AWAIT:JNB TI,$ CLR TI INC R0 DJNZ R7,TRS RET乙机接收子程序——乙机接收子程序—— MOV TMOD,#20H MOV TL1,#0EBH MOV TH1,#0E8H SETB TR1 MOV SCON,#0C0H MOV DPTR,#3000H MOV R7,#10H SETB REN WAIT:JNB RI，$ CLR RI MOV A,SBUF JNB PSW.0, PZ JNB RB8, ERR SJMP YES PZ: JB RB8,ERR YES:MOVX @DPTR,A INC DPTR DJNZ R7,WAIT CLR PSW.5 RET ERR:SETB PSW.5 RET注意：双机通信时，两机应用相同的工作方式和波特率。§4-3-6 RS232C总线和电平转换器§4-3-6 RS232C总线和电平转换器RS232C是美国电气工业协会推广使用的一种串行通信总线 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，是DCE（数据通信设备）和DTE（数据终端设备）间传输串行数据的接口总线。 RS232C最大传输距离15m，最高传输速率约20kbps，信号“0”为+3~+15V, “1”为-3~-15V。null§4-5 节电方式 一 电源控制寄存器PCON 二 空闲方式 1当PCON.0置“1”，进入空闲方式。 2振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，但CPU停止工作。 3退出空闲的方式：产生中断请求和硬件复位 三 掉电方式 1当PCON.1置“1”，进入掉电方式。 2振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。 3硬件复位方式退出