1、第2章 单片机系统组成原理,2.1 MCS-51单片机组成原理 2.2 单片机复位电路设计 2.3 MCS-51存储器配置 2.4 定时器/计数器 2.5 中断系统,2.1 MCS-51单片机组成原理,MCS-51单片机的组成 ： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口,不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全 兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,MCS-51单片机结构,2.2 MCS-51单片机引脚,1I/O口线功能 4个8位并行 I/O
2、接口引脚P0.0 P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7 和 P3.0P3.7为多功能引脚，可自 动切换用 作数据总线、地址总线、控制总线 和或I/O 接口外部引脚2控制线 ALE： 地址锁存允许信号端 PSEN： 外部程序存储器读选通信 号端 EA/VPP：程序存储器选择信号端和编程电源输入端,复位：,RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。,电源工作电源：VCC、VSS、,复位电路：1）上电复位 2）外部信号复位,时钟,时钟频率: 范围要求在1.2MHz12MHz之间。一般从外部振荡器输入时钟信号
3、。,机器周期: 完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由12个时钟周期组成。 指令周期: 一条指令的执行时间。以机器周期为单位：单周期、双周期和四周期指令。 思考题：设应用单片机晶振频率为12MHz， 问机器周期为多少？指令周期分别为多少？,2.3 MCS-51寄存器配置,物理上4个存储器地址空间：片内/片外程序存储器空间片内/片外数据存储器空间 逻辑上3个存储器地址空间：64KB 程序存储器256B 片内数据存储器64KB 片外数据存储器,一、物理空间与地址,二、程序和数据存储器逻辑空间,普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址。 哈佛结构： 程序与数据分为两个独立存储器
4、逻辑空间，分开编址。,三、片内RAM寄存器,MCS-51的寄存器在片内RAM都有映像地址。使用时，既 可用寄存器名，也可用对应单元地址。,1. 片内RAM 工作寄存器区： 字节地址：00H1FH 位寻址区： 字节地址：20H2FH 位地址为：00H7FH 数据缓冲区/堆栈区： 字节地址：00H7FH 一般使用30H7FH,2. 特殊功能寄存器SFR 占用字节地址：80HFFH 位寻址寄存器： 其字节地址可被8整除。 专用寄存器： A、B、PSW、DPTR、SP I/O接口寄存器：P0、P1、P2、P3、SBUF、 TMOD、TCON、SCON ,实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数寄存器数值将
5、加1。 计数的脉冲如果来源于单片机内部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。计数的脉冲如果来源于单片机外部的引脚，由于其周期一般不准确，这时称为计数器。,8031 有2个可独立控制的16位定时器/计数器：T0、T1。,2.4 MCS-51定时器/计数器 2.4.1 MCS-51 计数/定时器的原理,定时器控制、状态寄存器 1)TMOD定时器方式寄存器（89H）,1）功能选择位C/T：=0，定时功能，计数内部机器周期脉冲；=1，计数功能，计数引脚T0(T1)输入的负脉冲。 2）方式选择位M1、M0： 3）门控方式选择位GATE计数器启动方式的选择确定定时器工作方式指令：MOV TMOD，#
6、方式字例：设T0用方式2非门控定时，T1用方式1门控计数。MOV TMOD，#0D2H ; 1101 0010 B,2.4.2 定时器工作方式,由方式选择位M1、M0设定 一、 方式013位定时/计数器。 THx 8位和TLx低5位组成13位加1 计数器，此种方式与MCS48系列兼容，如果不是为了兼容 的目的，一般不用方式0.方式0的全部功能，方式1都可以代替。,二、 方式1,16位定时/计数器。 THx8位和TLx8位组成16位加1计数器 最大计数脉冲个数：165536(216)，最长定时时间(晶振12MHz T=1s)：1s 65536T= 65.54ms,非门控方式：当GATE0, 控制
7、权由 TRx 决定TRx1 计数开始TRx 0 计数停止,门控方式：当GATE1、TRx1 控制权由 INTx 决定INTx1 计数开始INTx 0 计数停止,启动计数方式：,三、 方式2,用于需要重复定时和计数的场合。最大计数值：256 (28)最大定时时间(晶振12MHz时 T=1s)： 256s自动恢复初值8位定时/计数器。TLx为8位加1计数器， THx为8位初值暂存器。,四、方式3,T0分成2个8位定时器：TL0定时/计数器和TH0定时器TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE；TH0占用T1控制 位：TR1。T1不能使用方式3工作,2.4.3 计算时间常数X(计算初值),计数
8、功能：X= 2n -计数值 n：8/13/16 定时功能：X= 2n - t/T t：定时时间（s） T：机器周期 12/晶振频率如：晶振为12MHz时，T12/12 MHz12（1210-6） （秒）110-61us 一、 MCS-51定时器的应用定时器初始化编程：使用定时器工作之前，先写入控 制寄存器，确定好定时器工作方式。初始化编程格式：,MOV TMOD，# 方式字 ；选择方式 MOV THx，#XH ；装入Tx时间常数 MOV TLx，#XL SETB EA ；开Tx中断 SETB ETx SETB TRx ；启动Tx定时器。,例：由P1.0输出方波信号，周期为2ms，设fosc=1
9、2MHz。,解：每隔1ms改变一次P1.0的输出状态，即形成方波，用T0非门控方式1定时。计算时间常数：X = 216 - t/T = 216 (/1000)/10-6 = 65536-1000 = 64536 = FC18H,ORG 0000HAJMP MAINORG 000BH ；T0中断硬件入口地址AJMP PT0INT ；跳到中断服务程序ORG 0030HMAIN： MOV TMOD，#01H ；中断方式MOV TL0，#18H ；计数初值MOV TH0，#0FCHSETB EA ；开放总中断SETB ET0 ；开放T0中断SETB TR0 ；启动定时器HERE： SJMP HERE
10、；等待中断，相当于执行其它任务PT0INT： MOV TL0，#18H ;中断服务程序；置初值MOV TH0，#0FCHCPL P1.0 ；取反，产生方波RETI ；中断返回,例 P1.7驱动LED亮1秒灭1秒地闪烁，设时钟频率为12MHz。 长定时方法：增加一个软件计数器（如R7)， 记录中断次数，计满n个中断为1秒。,ORG 0000HAJMP MAINORG 001BH AJMP PT1INTORG 0030H START：MOV R7,#00HMOV TMOD，#10HMOV TL1， #0F0HMOV TH1， #0D8HSETB EASETB ET1SETB TR1 HERE： S
11、JMP HERE PT1INT: MOV TL1，#0F0HMOV TH1，#0D8HINC R7CJNE R7,#10, PENDMOV R7, #00HCPL P1.7 PEND: RETI,例 定时器外部引脚T0(T1)用作外部中断信号输入端。外部负脉冲引起中断请求，选计数方式，时间常数为FFH。 例：门控方式测量正脉冲宽度 解：INT1引脚输入被检测信号，记录在正脉冲的时间内包含机器脉冲个数。 设脉宽小于65.5ms 等待查询INT0，正脉冲过后，读出TH1TL1。,START： MOV TMOD，#90HMOV TL1，#00HMOV TH1，#00H WAIT1： JB P3.3，
12、WAIT1SETB TR1 WAIT2 ：JNB P3.3，WAIT2 WAIT3 ： JB P3.3，WAIT3CLR TR1MOV R2，TL1MOV R3，TH1,一、中断系统重要指标,日常生活中的中断与计算机中断的比较： 某人看书 执行主程序 日常事务 电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求 暂停看书 暂停执行主程序 中断响应 书中作记号 当前PC入栈 保护断点 电话谈话 执行中断程序 中断服务 继续看书 返回主程序 中断返回,2.5 中断系统 2.5.1 中断概念,所谓“中断”，是指CPU执行正常程序时，系统中出现特殊请求，CPU暂时中止当前的程序，转去处理更紧急的事件，处理完毕后
13、，CPU返回原程序的过程。中断与子程序的最主要区别：子程序是预先安排好的；中断是随机发生的。,二、中断的定义，与子程序的区别,三、MCS-51中断系统内部结构,2.5.2 中断系统控制 一、中断控制寄存器,1.中断标志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI登记各中断源请求信号：=1，有中断请求；= 0，无中断请求。 CPU响应中断后,该中断标志自动清零。TI，RI标志必须软件清零。2.外部中断触发方式选择位：IT0、IT1=1：负边沿触发中断请求；= 0：低电平触发中断请求。,二、 中断允许寄存器,中断允许控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0=1开中断；= 0关中断。
14、例：允许CPU响应INT0的中断请求SETB EX0 SETB EA,三、 中断优先寄存器,中断优先级控制位：PS、PT1、PX1、PT0、PX02级优先级：=1为高优先级，= 0为低优先级。同一优先级别按内部查询顺序排列优先级：高 INT0、T0、INT1、T1、SIO 低。,2.5.3 中断响应和中断返回,一、中断响应周期时序每个机器周期采样中断标志位，若有中断请求，将在下一个机器周期按优先级顺序进行中断查询。二、各中断源中断服务程序的入口地址,三、中断响应阻断1 . 当CPU未执行完一条指令。2当有同级或高级中断服务。3执行RETI指令或访问IE、IP的指令后，不能立即响应中断。,四、中
15、断返回中断返回指令： RETI= RET指令 + 通知CPU中断服务已 结束。中断响应时间：正常中断响应时间至少为38个机器周期，如果有同级或高级中断服务，将延长中断响应时间。,2.5.4 中断处理过程（基本理解的要求）,一、中断响应条件 1有中断请求信号 2. 系统处于开中断状态 二、中断响应过程 1保护断点：将断点地址压入堆栈保存，即当前PC值入 栈。 2寻找中断源：中断服务程序硬件入口PC，转入中断服务。 3中断处理：执行中断源所要求的程序处理段。 4中断返回：执行RETI指令，栈顶内容PC，程序跳转回断点处。,2.5.5 多中断源系统,当外部中断源多于中断输入引脚时，可采取以下措施：
16、1.用定时器计数输入信号端T0、T1作外部中断入口引脚 2.用串行口接收端RXD作外部中断入口引脚 3.用一个中断入口接受多个外部中断源，并加入中断查询电路。,2.5.6 处理外部中断举例,要求每次按动按键，使外接发光二极管LED改变一次亮灭状态。解：INT0输入按键信号，P1.0输出改变LED状态。 一、跳变触发：每次跳变引起一次中断请求,ORG 0000HAJMP MAINORG 0003H ；中断入口 AJMP PINT0ORG 0100H ；主程序MAIN：SETB EA ；开总允许开关SETB EX0 ；开INT0中断SETB IT0 ；负跳变触发中断Here：SJMP Here ；
17、相当于执行其 它任务ORG 0200H ；中断服务程序PINT0：CPL P1.0 ；改变LEDRETI ；返回主程序,1软件等待按键释放。 2硬件清除中断信号。,二、电平触发：避免一次按键引起多次中断响应。,ORG 0000H； AJMP MAINORG 0003H ；中断入口 AJMP PINT0ORG 0100H ；主程序MAIN：SETB EA ；开总允许开关SETB EX0 ；开INT0中断CLR IT0 ；低电平触发中断Here：SJMP Here ；相当于执行其它任务ORG 0200H；中断服务程序PINT0：CPL P1.0 ；改变LEDWAIT：JNB P3.2，WAIT；等按键释放RETI ；返回主程序,
