单片机原理与应用系统设计（第2版）
作者： 马秀丽
出版社：清华大学出版社 2017年09月
简介：
本书在较全面和详细地介绍MCS51单片机的基本原理、系统结构、内部资源、指令系统、常用接口及其外部扩展、应用系统设计等内容的基础上，增加了丰富且能够实际演示的单片机应用实例、嵌入式操作系统在MCS51单片机系统中应用的方法和实例，目的是强化学习者的单片机软、硬件系统的整体设计意识和设计能力，也为嵌入式技术的学习打下良好基础。全书共分11章，内容包括单片机技术概述、基本原理、汇编语言程序设计、C语言程序设计、内部资源及应用、基本外部接口技术、通信接口技术、应用系统设计、嵌入式操作系统的应用、便携式单片机学习板的设计和单片机应用系统开发工具。书中相关应用设计案例的编写具有完整性、系统性和工程性。所有案例均给出可实施的系统级设计资料，包括用Protel绘制的硬件电路原理图、Keil μVision环境下调试通过的软件源程序代码以及Proteus环境下的系统仿真实现结果。除个别章外，每章结束备有相关的习题，以便读者及时巩固所学知识。本书内容全面，概念清晰，结构合理，实例丰富，文字通俗易懂，并配有多媒体教学课件和相关案例，是学习单片机原理与系统设计的理想教材，特别适合作为高等院校电子信息类专业的本科生教材。本书也可作为爱好单片机软、硬件技术和嵌入式技术的初学者及工程设计人员的参考书。
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第5章chapter5
MCS51单片机内部资源及编程1.1微型计算机简介MCS51系列单片机的内部资源主要有并行I/O口、定时器/计数器、串行接口以及中断系统，MCS51系列单片机的大部分功能就是通过对这些资源的利用来实现的。5.1并行输入输出接口MCS51系列单片机有4个8位的并行输入输出接口P0、P1、P2和P3。这4个接口既可以并行输入输出8位数据，也可以按位方式独立地使用每一位作为输入输出接口。其中，P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O接口，在用作通用I/O接口时，P0 口必须外接上拉电阻；此外在连接外存储器使用时，P0口被用作低8位地址及数据总线接口。P1、P2和P3是带内部上拉电阻的8位双向I/O 接口，都具有直接驱动负载能力。此外P2 口在连接外存储器使用时，被用作高8位地址总线接口；而P3口除用作通用I/O接口使用外，还用于实现特殊功能。这里先介绍它们用作通用I/O口的编程。 【例51】利用MCS51单片机的P0口接2个发光二极管，P1口接2个开关，编程实现，当P1.X连接的开关动作时，对应的P0.X连接的发光二极管亮或灭。设计思路: 先把P1口的内容读出，然后把读取的P1口的开关状态通过P0口输出，即可控制发光二极管的亮或灭。电路原理图如图5.1所示。 汇编程序如下: ORG0000HLJMPSTARORG 0100HSTAR: MOV P0,#0FFHLOOP: MOV A,P1MOV P0,ASJMP LOOPEND C51语言程序如下: #include <reg52.h>sbit S1 = P1^0;sbit S2 = P1^1;sbit LED1 = P0^0;sbit LED2 = P0^1;void main(){while(1) {LED1 = S1;LED2 = S2; }}图5.1利用并行接口开关控制LED灯的应用◆单片机原理与应用系统设计(第2版)第◆5章MCS51单片机内部资源及编程5.2定时/计数器接口〖*4/5〗5.2.1定时/计数器的主要特性MCS51系列单片机中，51子系列有两个16位的可编程定时/计数器T0和T1，52子系列有三个16位的可编程定时/计数器T0、T1和T2。它们既可以编程为定时器使用，通过对内部机器周期计数来实现定时功能；也可以编程为计数器使用，通过对外部输入端脉冲信号周期进行计数来实现计数功能。用来计数的特殊功能寄存器是TH0和TL0(或TH1和TL1)。每个定时/计数器用作定时器方式还是计数器方式，要通过对特殊功能寄存器TMOD的编程来选择。每个定时/计数器都有多种工作模式，其中T0有四种工作模式；T1和T2有三种工作模式。其工作模式的设定是通过对特殊功能寄存器TMOD的编程来选择的。每一个定时/计数器有启动、停止和溢出三种工作状态，启动和停止状态是通过对特殊功能寄存器TCON的编程来控制的；溢出状态是当定时计数时间到时产生溢出，由硬件自动将特殊功能寄存器TCON的溢出标志位置位。溢出状态可以通过查询或中断方式来处理。定时/计数器是MCS51系列单片机的重要功能模块之一，在工业控制、检测、智能仪器等产品中使用非常广泛。这部分内容的学习目标是: (1) 理解定时/计数器T0和T1的工作原理。 (2) 掌握特殊功能寄存器TMOD、TCON、TH0和TL0(或TH1和TL1)的功能和使用，即会设定定时/计数器的工作方式: 定时器方式和计数器方式。 会设定定时/计数器的四种工作模式: 模式0～3。 会控制定时/计数器的启动和停止。会通过查询或中断方式来处理溢出。 (3) 学会定时/计数器的编程和使用。5.2.2定时/计数器T0、T1的工作原理MCS51系列单片机的定时/计数器T0和T1是由加法计数器、方式控制寄存器TMOD和状态控制寄存器TCON等组成，其基本结构如图5.2所示。其中，加法计数器是定时/计数器的核心，其作用是对内部机器周期或外部输入信号的周期进行计数，它是用8位的特殊功能寄存器TH0、TL0及TH1、TL1来表示， TH0和TL0用于表示定时/计数器T0加法计数器的高8位和低8位；TH1和TL1用于表示定时/计数器T1加法计数器的高8位和低8位。方式控制寄存器TMOD用于设定定时/计数器的工作方式和工作模式；状态控制寄存器TCON用于控制定时/计数器的启动、停止和溢出。图5.2定时/计数器T0和T1的结构框图定时/计数器有两种工作方式: 定时器方式和计数器方式。 当用作定时器时，加法计数器在每个机器周期TCY内都做加1计数，即为内部机器周期计数，由于一个机器周期包含12个振荡周期，因此其计数的速率是振荡频率的1/12。当计数值满，产生溢出(即加法计数器*位产生进位)时，便自动将TCON的溢出标志位置“1”(如果预先设置了允许定时器中断，则同时还向CPU请求中断)。 此时，从加法计数器计数开始到产生溢出所经历的计数时间就是定时器的定时时间。例如，定时/计数器T0的加法计数器的初值是X，其*计数值(即满值)是M，当用作定时器时，加法计数器从计数开始到溢出所经历的计数值N为: 计数值N=*计数值M-初值X定时时间 =计数值N×机器周期=计数值N×振荡周期fOSC/12这里需要注意的是，在不同的工作模式下，加法计数器的使用位数不同，因此其*计数值(满值)是不一样。 当用作计数器时，加法计数器对单片机引脚输入端T0(P3.4)或T1(P3.5)上的外部脉冲输入信号进行计数(即检测到一个1→0的跳变时使加法计数器加1)，由于识别一个从1至0的跳变至少要用到两个机器周期(即一个机器周期检测到1，下一个机器周期检测到0)，因此计数的*速率是振荡频率的1/24。当计数值满，产生溢出(即加法计数器*位产生进位)时，便自动将TCON的溢出标志位置1(如果预先设置了允许定时器中断，则同时还向CPU请求中断)。此时，从加法计数器计数开始到产生溢出所经历的时间就是计数器的计数时间。这里需要注意的是，在使用计数器方式时，为了能准确对每一个外部输入脉冲信号进行计数，外部输入脉冲信号的频率应小于振荡频率的1/24。 5.2.3定时/计数器的特殊功能寄存器 与定时/计数器使用相关的特殊功能寄存器有: 方式控制寄存器TMOD、状态控制寄存器TCON、定时/计数器T0(或T1)的加法计数器高8位TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)。1. 定时/计数器的方式控制寄存器TMOD方式控制寄存器TMOD用于设定定时/计数器的工作方式和工作模式，其格式如图5.3所示，它在内存中的字节地址为89H。图5.3定时/计数器的方式控制寄存器TMOD其中: GATE: 门控位，用于控制定时/计数器的计数启动是否受外部中断请求信号(即引脚INTX输入电平)的影响，若GATE=1，则定时/计数器T0(或T1)的计数启动还受外部中断请求信号，即引脚INT0(或INT1)输入电平的控制，只有当外部中断请求信号，即引脚INT0(或INT1)为高电平且TR0(或TR1)置位时，才开始启动定时/计数器T0(或T1)计数；若GATE=0，则定时/计数器的启动与外部中断请求信号无关。 C/T: 定时器或计数器方式选择位，当C/T=1时工作于计数器方式；当C/T=0时工作于定时器方式。 M1、M0: 工作模式选择位，用于对T0的四种工作模式和T1的三种工作模式进行选择，其组合状态与选择情况如表5.1所示。表5.1定时/计数器的四种工作模式M1M0工作模式说明00013位定时/计数器 01116位定时/计数器 1028位自动重置定时/计数器 113两个8位定时/计数器(只有T0有此模式) 2. 定时/计数器的状态控制寄存器TCON状态控制寄存器TCON用于控制定时/计数器的启动、停止和溢出，其格式如图5.4所示，它在内存中的字节地址为88H。图5.4定时/计数器的状态控制寄存器TCON其中: TF1: 定时/计数器T1的溢出标志位，当定时/计数器T1计满(*位产生溢出)时，由硬件自动置TF1为1。例如，若T1中断允许则触发T1中断，进入中断处理后由硬件自动清TF1为0。否则，可由软件编程清TF1为0。TR1: 定时/计数器T1的启动控制位，可由软件置位或清零。当TR1=1时，启动T1开始计数；TR1=0时停止T1计数。TF0: 定时/计数器T0的溢出标志位，当定时/计数器T0计满(*位产生溢出)时，由硬件自动置TF0为1。例如，若T0中断允许则触发T0中断，进入中断处理后由硬件自动清TF0为0。否则，可由软件编程清TF0为0。TR0: 定时/计数器T0的启动控制位，可由软件置位或清零，当TR0=1时，启动T0开始计数；TR0=0时停止T0计数。IE1、IT1、IE0和IT0用于控制外部中断，将在后面的中断系统中介绍。5.2.4定时/计数器的工作模式MCS51系列单片机的定时/计数器T0有四种工作模式，定时/计数器T1有三种工作模式。1. 模式0当M1、M0=00时，定时/计数器工作于模式0，用于计数的16位加法计数器只用其中13位，即高8位的TH0(或TH1)和低8位TL0(或TL1)中的低5位，模式0的结构如图5.5所示。因此在模式0下，计数器T0(或T1)的*计数值(即满值)为213=8192。 图5.5定时/计数器T0/T1工作于模式0的结构计数时，从加法计数器的初值开始计数，当TL0(或TL1)的低5位计满时向TH0(或TH1)进位，当TH0(或TH1)也计满时，则定时/计数器溢出，并使TF0(或TF1)自动置位。如果事先定时/计数器中断被允许，则此时会向CPU提出中断请求。否则，可以通过软件查询TF0(或TF1)的状态来判断是否溢出。当定时/计数器的计数溢出时，除了置位溢出标志位之外，其计数过程仍然继续(即从溢出后的0值开始继续计数)，只要没有清TR0(或TR1)为0停止其计数，则计数过程会循环进行下去。例如，若定时/计数器T0设置为定时器方式，工作于模式0，其初值设为7192，转换成二进制数是1110000011000B，则初值TH0=11100000B=0E0H，TL0=00011000B=18H，则定时器T0从计数开始到溢出时所经历的计数时间(也称为定时时间)等于(8192-7192)×机器周期。如果晶振频率为12MHz，机器周期就是1μs，则定时时间即为1ms。
