单片机技术第四章外围模块.ppt

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1、1,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,2,4-1 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P1.2P1.7)多功能复用的准双向口(如89C52的P1.0、P1.1，P3.0P3.7)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),3,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：读修改写操作（读口锁存器状态）例：ANL P0，A；(P0)(P0)(A)ORL

2、P0，#data；(P0)(P0)data DEC P0；(P0)(P0)-1读引脚操作（读口引脚上外部输入信息）例 MOV A，P1,4,5,4-1-1 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。,6,P0口1位结构图,起输出锁存作用，8个锁存器构成了SFRP0,V1、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,7,2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。,8,在访

3、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。,9,3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

4、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。,10,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,11,4-1-2 P1口（准双向口）,12,P1.0、P1.1为多功能双向口，P1.2P1.7为单一功能准双向口。P1口的第一功能是准双向口，每一位可分别定义为输入线或

5、输出线。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。,13,P1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。P1口具有驱动4个LSTTL负载的能力。,14,15,4-1-3 P2口（准双向口）,16,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。,17,1 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

6、统中无外接程序存储器，而扩展有片外RAM的系统中：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。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。,18,4-1-4 P3口（准双向口）,19,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”。,20,2 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 I

7、NT0 P3.7 RD(出)P3.3 INT1 P3.4 T0,3 P3口具有驱动4个LSTTL负载的能力。,21,4-1-5 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”。,22,4-2 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,23,4-2-1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

8、有两个来源：外部的脉冲源系统的时钟振荡器。,TMOD TCON,中断,24,3 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。,25,定时器/计数器T0、T1的结构框图,26,4-2-2 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

9、 T0方式字段,27,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 C/T功能选择位“1”：计数功能“0”：定时功能 M1M0工作方式选择位,28,适于T0，两个8位计数器,29,二 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 D0,30,TF1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

10、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,31,三 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、TL12 对TMOD赋值3 对IE赋值（有中断产生时）4 若用软件启动，则仅把TR0或TR1置“1”；若用外中断引脚电平启动，则还需给外 引脚加启动电平。,32,四 定时器/计数器的4种工作方式1 方式0,33,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,3

11、4,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 RET,35,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 0030HMAIN: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

12、时中断等待,36,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,37,2 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=65536T,38,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

13、 MOV TMOD，#1 MOV IP，#2,39,MOV IE，#82H SETB TR0 MOV 30H，#0AHPTF0：ORL TL0，#0B0H;中断服务程序 MOV TH0，#3CH DJNZ 30H，PTF0R MOV 30H，#0AH CPL P1.0PTF0R:RETI,40,用查询法：MOV 30H,#0AH MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV TMOD,#1 SETB TR0L2:JBC TF0,L1 SJMP L2L1:MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H,41,DJNZ 30H,L2 MOV 30H,#0AH CPL P1.0

14、 SJMP L2,42,3 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=256T,43,定时器/计数器方式2的逻辑结构,44,MOV TMOD,#60H;设置T1为方式2计数 MOV TH1,#9CH；赋初值 MOV TL1,#9CH SETB TR1DE:JBC TF1,RE；查询计数溢出 AJMP DERE: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

15、入，每跳变一次计数器加1100=28-a;a=156=9CH,45,定时器/计数器方式3的逻辑结构,4 方式3,46,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200s，另一个周期为400 s(fosc=9.216MHZ)。,47,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0B3HTH0=28-9.216*106*200*10-6/12=256-153.6=102.4 转换十六进制为66H

16、,48,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH;TL0中断入口 AJMP ITL0 ORG 001BH;TH0中断入口 AJMP ITH0 ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#03H,49,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$,50,ORG 0200HITL0:MOV TL0,#0B3H CPL P1.0;输出方波200s RETIITH0:MO

17、V TH0,#66H CPL P1.1;输出方波400s RETI,51,五 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。,52,MOV TMOD,#09H;T0定时器方式，GATE=1MOV TL0,#00HMOV T

18、H0,#00HMOV R0,#70HJB 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,$；等待P3.2再次变低CLR TR0；停止计数MOV R0,TL0；存放计数低字节INC R0MOV R0,TH0；存放计数高字节SJMP$,53,4-3 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,54,二串行通信传输方式,(a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式,55,三串行通信两种基本方式1异步通信异步通信中数据或字符是一帧一帧传送。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

19、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,56,2 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)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。要求发送端与接收端的波特率必须一致。,57,4-3-1 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。,58,串行口结构框图,59,2 串行口的内部包含,串行数据缓冲寄存器SBUF数

20、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串行口控制寄存器,60,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。串行口控制逻辑,61,二串行口控制1 串行口控制寄存器SCON(98H)SM0和SM1,62,SM2 方式2和方式3的多机通信控制位,方式0，SM2

21、=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。,63,REN 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。TB8 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位的状态表示主机

22、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。,64,RB8 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。TI 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。,65,RI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，

23、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。,66,2 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。,67,4-3-2串行接口的工作原理,一 方式01 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。,68,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T

24、I。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”.,69,二 方式11 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

25、输入。,70,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。,71,三 方式2和方式31 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

26、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,72,4-3-3 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。,73,4-3-4 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

27、，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。,74,1 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。,75,4-3-5 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

28、、TL1、IE、IP、SBUF编程。,76,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,#TSAB,77,LP1:MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR JZ LP6LP3:JBC TI,LP2 SJMP LP3LP2:MOV SBUF,A INC R4 SJMP LP1L

29、P6:JBC RI,LP5 SJMP LP6LP5:MOV A,SBUF,LP8:JBC TI,LP7 SJMP LP8LP7:MOV SBUF,A SJMP LP6TSAB:DB MCS-51 DB 0AH,0DH,0,78,用串行口进行双机异步通信例：将甲机片内RAM50H5FH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3000H300FH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。,79,甲机发送

30、子程序,MOV TMOD,#20H MOV TL1,#0EBH MOV TH1,#0E8H SETB TR1 MOV SCON,#0C0H MOV R0,#50H MOV R7,#10HTRS:MOV A,R0 MOV C,P MOV TB8,C MOV SBUF,A,WAIT:JNB TI,$CLR TI INC R0 DJNZ R7,TRS RET,80,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 RENWAIT:JNB

31、RI，$CLR RI MOV A,SBUF,JNB PSW.0,PZ JNB RB8,ERR SJMP YESPZ:JB RB8,ERRYES:MOVX DPTR,A INC DPTR DJNZ R7,WAIT CLR PSW.5 RETERR: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。,81,4-3-6 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，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。,82,4-5 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,