MCS—單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理

1、MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理l 背景知識(shí)背景知識(shí)6.1 定時(shí)和計(jì)數(shù)的基本概定時(shí)和計(jì)數(shù)的基本概念念l 背景知識(shí)背景知識(shí)TH1 TL1TH0 TL0TMODTCON為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)

2、需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間

3、隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)為什么需要定時(shí)為什么需要定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器? ?根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)規(guī)定的時(shí)間間隔完成某項(xiàng)控制功能根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)根據(jù)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)如何實(shí)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)? ?軟件延時(shí)軟件延時(shí)采用延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)固定的硬件延時(shí)采用延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)固定的硬件延時(shí)采用可編程定時(shí)采用可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(Timer/Counter,(Timer/Counter,簡稱簡稱T/C)T/

4、C)正是正是MCS-51MCS-51單片機(jī)的一種重要的功能部件單片機(jī)的一種重要的功能部件可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(T/C)(T/C)工作原理工作原理? ?例例: :往桶里滴水往桶里滴水, ,考察其溢出時(shí)間考察其溢出時(shí)間: :可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(T/C)(T/C)工作原理工作原理? ?例例: :往桶里滴水往桶里滴水, ,考察其溢出時(shí)間考察其溢出時(shí)間: :可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(T/C)(T/C)工作原理工作原理? ?例例: :往桶里滴水往桶里滴水, ,考察其溢出時(shí)間考察其溢出時(shí)間: :可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(T/C)(T/C)工作

5、原理工作原理? ?例例: :往桶里滴水往桶里滴水, ,考察其溢出時(shí)間考察其溢出時(shí)間: :可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(T/C)(T/C)工作原理工作原理? ?例例: :往桶里滴水往桶里滴水, ,考察其溢出時(shí)間考察其溢出時(shí)間: :桶有多大桶有多大?-?-定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)范圍計(jì)數(shù)范圍滴水的速度滴水的速度?-?-時(shí)鐘源頻率時(shí)鐘源頻率原來有多少水原來有多少水?-?-初值問題初值問題如何知道溢出如何知道溢出?-?-溢出時(shí)的反應(yīng)溢出時(shí)的反應(yīng)6.2.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器概述圖6-1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖6-2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制邏輯 6.2.2 單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式定時(shí)器工作方式定時(shí)器工作方式設(shè)

6、置為定時(shí)器工作方式時(shí)，基準(zhǔn)時(shí)間由單片機(jī)設(shè)置為定時(shí)器工作方式時(shí)，基準(zhǔn)時(shí)間由單片機(jī)的晶振經(jīng)過的晶振經(jīng)過12分頻后獲得的一個(gè)脈沖信號(hào)，即機(jī)器周分頻后獲得的一個(gè)脈沖信號(hào)，即機(jī)器周期信號(hào)。機(jī)器周期信號(hào)輸入到加期信號(hào)。機(jī)器周期信號(hào)輸入到加1計(jì)數(shù)器，加計(jì)數(shù)器，加1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)每個(gè)機(jī)器周期使實(shí)現(xiàn)每個(gè)機(jī)器周期使T0或或T1的計(jì)數(shù)寄存器數(shù)值增加的計(jì)數(shù)寄存器數(shù)值增加1，直至計(jì)滿溢出，根據(jù)計(jì)數(shù)機(jī)器周期的次數(shù)可以得到定直至計(jì)滿溢出，根據(jù)計(jì)數(shù)機(jī)器周期的次數(shù)可以得到定時(shí)時(shí)間。時(shí)時(shí)間。計(jì)數(shù)器工作方式計(jì)數(shù)器工作方式設(shè)置為計(jì)數(shù)方式時(shí)，外部脈沖信號(hào)輸入到引腳設(shè)置為計(jì)數(shù)方式時(shí)，外部脈沖信號(hào)輸入到引腳T0（）和（）和T1（），（）

7、，CPU對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)，對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)，加加1計(jì)數(shù)器由外部輸入脈沖信號(hào)的下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器由外部輸入脈沖信號(hào)的下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)方式具體工作過程計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣期間采樣T0和和T1引引腳的輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為腳的輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，下一個(gè)，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加，則計(jì)數(shù)器加1。所以檢測一個(gè)從。所以檢測一個(gè)從1到到0的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，即外部輸入信號(hào)的周期的跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，即外部輸入信號(hào)的周期應(yīng)大于或等于兩個(gè)機(jī)器周期，也就是說外部輸入信號(hào)的應(yīng)大于或等于

8、兩個(gè)機(jī)器周期，也就是說外部輸入信號(hào)的頻率必須小于晶振頻率的頻率必須小于晶振頻率的1/24，若頻率超過晶振頻率的，若頻率超過晶振頻率的1/24，則無法準(zhǔn)確計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)。雖然對(duì)外部輸入信號(hào)，則無法準(zhǔn)確計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)。雖然對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比無特殊要求，但是為了確保輸入信號(hào)電平在變的占空比無特殊要求，但是為了確保輸入信號(hào)電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時(shí)間至少是一個(gè)化之前至少被采樣一次，要求電平保持時(shí)間至少是一個(gè)完整的機(jī)器周期。對(duì)輸入脈沖信號(hào)的基本要求如圖完整的機(jī)器周期。對(duì)輸入脈沖信號(hào)的基本要求如圖6-3所所示。示。圖6-3 對(duì)輸入脈沖寬度的要求TMOD用于控制用于控制T0和和T1的工作模

9、式。的工作模式。TMOD不能位尋址，只能用字節(jié)設(shè)置定時(shí)器的不能位尋址，只能用字節(jié)設(shè)置定時(shí)器的工作模式，低半字節(jié)設(shè)置工作模式，低半字節(jié)設(shè)置T0，高半字節(jié)設(shè)置，高半字節(jié)設(shè)置T1。8051系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，TMOD的所有位被清的所有位被清0。TMOD各位的定義格式如圖所示各位的定義格式如圖所示 6.2.3 工作模式寄存器工作模式寄存器 TMODGATE C/ T M1 M0 GATEM1C/ TM0定時(shí)器定時(shí)器T1定時(shí)器定時(shí)器T0TMOD（89H） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0M1和M0操作模式控制位。兩位可形成四種編碼，對(duì)應(yīng)于四種模式。TC /計(jì)數(shù)器/定時(shí)器方式選擇位0/T

10、C設(shè)置為定時(shí)方式。定時(shí)器計(jì)數(shù)8051片內(nèi)脈沖，即對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)1/TC設(shè)置為計(jì)數(shù)方式。計(jì)數(shù)器的輸入來自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖 GATE門控位。 GATE=0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就可以啟動(dòng)定時(shí)器，而不管INT0（或INT1）的電平是高還是低。 GATE=1，只有INT0（或INT1）引腳為高電平且由軟件使TR0（或TR1）置1時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。TCON除可字節(jié)尋址外，各位還可位尋址。8051系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，TCON的所有位被清0。 TCON各位的定義格式如圖所示。6.2.4 啟動(dòng)控制寄存器TCON6.3 定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作模式及其應(yīng)計(jì)數(shù)器工作模式及其應(yīng)

11、用用 模式 0 及其應(yīng)用 模式 1 及其應(yīng)用6.3.3 模式 2 及其應(yīng)用6.3.4 模式 3 及其應(yīng)用6.3.1 工作模式0及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)2 模式模式0的應(yīng)用的應(yīng)用1 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)圖6-7 模式0時(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)圖 例例6.4 用用T0定時(shí)，選擇工作模式定時(shí)，選擇工作模式0，由單片機(jī)輸出占空比為，由單片機(jī)輸出占空比為50、周期為周期為2ms的方波，晶振頻率為的方波，晶振頻率為12M。 (T=2mS=2000uS)源程序如下：源程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_TIME0 ORG 0030HMAIN: MOV TMOD,

12、#00H ；設(shè)置工作方式設(shè)置工作方式 MOV TH0, #0E0H ；設(shè)；設(shè)初始值：初始值：1110 0000 0001 1000：; 1C18H:7192 MOV TL0, #18H SETB TR0 ；啟動(dòng)；啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)器 SETB EA ；開放；開放定時(shí)器中斷定時(shí)器中斷 SETB ET0 LJMP $INT_TIME0: MOV TH0, #0E0H ；對(duì)定時(shí)器重新賦值；對(duì)定時(shí)器重新賦值 MOV TL0, #18H RETI2 工作模式0應(yīng)用6.3.2 工作模式1及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)2 模式模式1的應(yīng)用的應(yīng)用1 模式模式 1 的邏輯電路結(jié)構(gòu)的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-8 模式1邏輯結(jié)

13、構(gòu)圖 2 模式模式 1 的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例例例6.7 用用T1定時(shí)，選擇工作模式定時(shí)，選擇工作模式1，由單片機(jī)輸出，由單片機(jī)輸出50Hz的方的方波，晶振頻率波，晶振頻率12M。(T=20mS=20000uS)源程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN： MOV TMOD,#10H ；設(shè)置T1為模式1 SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)LOOP： MOV TH1,#0D8H ；送初值:55536: MOV TL1,#0F0H JNB TF1，$ ；查詢定時(shí)時(shí)間到否 CLR TF1 ；產(chǎn)生溢出，清標(biāo)志位 CPL P1.1 ；取反 SJMP LOOP ；重復(fù)循環(huán)6.3

14、.3 工作模式2及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)2 模式模式2的應(yīng)用的應(yīng)用1 模式模式 2 的邏輯電路結(jié)構(gòu)的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-9 模式2邏輯結(jié)構(gòu) 2 模式模式 2 的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例例例6-10：利用定時(shí)器：利用定時(shí)器T1的模式的模式2對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)。要求每計(jì)滿對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)。要求每計(jì)滿100次，將次，將 引腳取反。引腳取反。源程序：源程序：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BH LJMP INT_TIME1 ORG 0030HMAIN: MOV TMOD,#60H ；設(shè)置；設(shè)置T1為模式為模式2,外部計(jì)數(shù)方式外部計(jì)數(shù)方式 MOV TL1,#9CH ；T1計(jì)數(shù)器初值計(jì)數(shù)器初

15、值:156 MOV TH1,#9CH SETB EA ；開放定時(shí)器中斷；開放定時(shí)器中斷 SETB ET1 SETB TR1 ；啟動(dòng)；啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)HERE: SJMP HERE ；等待中斷；等待中斷 RETI6.4 綜合應(yīng)用舉例綜合應(yīng)用舉例 由于由于MCS-51單片機(jī)的定時(shí)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是可編程的，因此在使計(jì)數(shù)器是可編程的，因此在使用之前需要進(jìn)行初始化。在編程時(shí)主要注意兩點(diǎn)：第一要能正用之前需要進(jìn)行初始化。在編程時(shí)主要注意兩點(diǎn)：第一要能正確寫入控制字；第二能進(jìn)行計(jì)數(shù)初值的計(jì)算。一般情況下，包確寫入控制字；第二能進(jìn)行計(jì)數(shù)初值的計(jì)算。一般情況下，包括以下幾個(gè)步驟：括以下幾個(gè)步驟：（1）確定

16、工作方式，即對(duì)）確定工作方式，即對(duì)TMOD寄存器進(jìn)行賦值。寄存器進(jìn)行賦值。（2）計(jì)算計(jì)數(shù)初值，并寫入寄存器）計(jì)算計(jì)數(shù)初值，并寫入寄存器TH0、TL0或或TH1、TL1中。中。（3）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式?jīng)Q定是否置位）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式?jīng)Q定是否置位ETx允許允許T/C中斷。中斷。（4）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式?jīng)Q定是否置位）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式?jīng)Q定是否置位EA使使CPU開開中斷。中斷。（5）置位）置位TRx啟動(dòng)計(jì)數(shù)。啟動(dòng)計(jì)數(shù)。例例6-11 試選擇定時(shí)試選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T0測試測試INT0（）引腳上（）引腳上輸輸入的被測脈沖寬度，已經(jīng)晶振頻率入的被測脈沖寬度，已經(jīng)晶振頻率1

17、2M分析：定時(shí)器可以用于測量脈沖寬度程序設(shè)計(jì)，測量外分析：定時(shí)器可以用于測量脈沖寬度程序設(shè)計(jì)，測量外部脈沖寬度利用部脈沖寬度利用TMOD的門控位控制很方便，當(dāng)設(shè)置的門控位控制很方便，當(dāng)設(shè)置GATE1時(shí)，僅設(shè)置時(shí)，僅設(shè)置TR0（TR1）等于）等于“1”，定時(shí)器不能被啟動(dòng)，還必，定時(shí)器不能被啟動(dòng)，還必須等外部脈沖高電平時(shí)，定時(shí)器才開始工作。須等外部脈沖高電平時(shí)，定時(shí)器才開始工作。測試過程如圖測試過程如圖6-11所示所示 圖6-11 被測脈沖波形 例例6-11 源程序如下：源程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BHLJMP INT_TIME0ORG 0030HMAIN:M

18、OV R2,#00H ；如果被測；如果被測脈沖寬度太長，則累計(jì)溢出次數(shù)脈沖寬度太長，則累計(jì)溢出次數(shù)MOV TMOD,#09H ；設(shè)置；設(shè)置T0為模為模式式1，門控方式，門控方式MOV TL0,#00H ；設(shè)置初值；設(shè)置初值MOV TH0,#00HSETB EA ；開放；開放T0中斷中斷SETB ET0SETB TR0 ；INT0引腳高電平引腳高電平到來才會(huì)啟動(dòng)到來才會(huì)啟動(dòng)T0JNB P3.2, $ ；等待高電平到來；等待高電平到來JB P3.2,$ ；高電平到來，啟動(dòng)；高電平到來，啟動(dòng)T0開始測量開始測量CLR TR0 MOV R0,TH0 ；低電平，測量結(jié)；低電平，測量結(jié)束，保存結(jié)果束，保存

19、結(jié)果MOV R1,TL0 LJMP $INT_TIME0: INC R2MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HRETI例例6-12： 電路如圖電路如圖6-12所示，引腳外接發(fā)光二極管所示，引腳外接發(fā)光二極管D0，要求要求D0以以1s的間隔閃爍。已知晶振頻率的間隔閃爍。已知晶振頻率12M 圖6-12 例6-12電路原理圖 例例6-12源程序代碼：源程序代碼：1S=1000000uS=20*50000ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BHLJMP INT_TIME0ORG 0030HMAIN: MOV P1,#0FFH ；燈的初態(tài)；燈的初態(tài)MOV 30H,#00H ；

20、軟件計(jì)數(shù)器預(yù)清；軟件計(jì)數(shù)器預(yù)清0MOV TMOD,#01H ；定時(shí)；定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0工作于方式工作于方式1MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H；初值；初值15536，計(jì)，計(jì)50000次次SETB EA ；開總中斷允許；開總中斷允許SETB ET0 ；開定時(shí)；開定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0允許允許SETBTR0 ；定時(shí)；定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0開始運(yùn)行開始運(yùn)行LOOP: AJMP LOOP ；真正工作時(shí)；真正工作時(shí),這里可寫任意程序這里可寫任意程序INT_TIME0: INC 30H ；定時(shí)器；定時(shí)器0的中斷處理程序的中斷處理程序MOVA,30HCJNE A, #20,T_END ；30H單元中的值到了單元中的值到了20了嗎了嗎?CPL P1.0 ；到了；到了,取反取反P10MOV 30H, #00H ；清軟件計(jì)數(shù)器；清軟件計(jì)數(shù)器T_END:MOVTH0,# 3CHMOV TL0,# 0B0H ；重置定時(shí)常數(shù)；重置定時(shí)常數(shù)RETI例例6-13 設(shè)一交通路口設(shè)紅、黃、綠三盞交通燈，當(dāng)紅燈亮設(shè)一交通路口設(shè)紅、黃、綠三盞交通燈，當(dāng)紅燈亮2s后，后，黃燈亮黃燈亮400ms，綠