單片機(jī)系統(tǒng)組成原理含中斷

1、2.1 MCS-51單片機(jī)組成原理單片機(jī)組成原理2.2 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)2.3 MCS-51存儲(chǔ)器配置存儲(chǔ)器配置2.4 定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2.5 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)的組成單片機(jī)的組成 ：1. 8位位CPU2. 片內(nèi)片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3. 片內(nèi)并行片內(nèi)并行 I/O接口接口4. 片內(nèi)片內(nèi)16位定時(shí)器位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器5. 片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6. 片內(nèi)全雙工串行片內(nèi)全雙工串行I/O口口 不同型號(hào)不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全處理能力和指令系統(tǒng)完全 兼容，只是存儲(chǔ)器和兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的

2、配置有所不同接口的配置有所不同。1I/O口線功能口線功能4個(gè)8位并行 I/O 接口引腳P0.0 P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7 和 P3.0P3.7 為多功能引腳，可自 動(dòng)切換用 作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 和或I/O 接口外部引腳2控制線控制線ALE： 地址鎖存允許信號(hào)端PSEN： 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信 號(hào)端EA/VPP：程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)端 和編程電源輸入端RST/VPD：復(fù)位信號(hào)端和后備電源輸入端。復(fù)位信號(hào)端和后備電源輸入端。 輸入輸入10ms以以上高電平脈沖，單片機(jī)復(fù)位。上高電平脈沖，單片機(jī)復(fù)位。 VPD使用后備電源，可實(shí)使用后備電源，可實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)現(xiàn)掉電保護(hù)。

3、 電源電源 工作電源：工作電源：VCC、VSS、復(fù)位電路：1）上電復(fù)位 2）外部信號(hào)復(fù)位單片機(jī)RSTK+5V2001K30F時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率: 范圍要求在范圍要求在1.2MHz12MHz之間。之間。 一般從外部振蕩器輸入時(shí)鐘信號(hào)。一般從外部振蕩器輸入時(shí)鐘信號(hào)。機(jī)器周期機(jī)器周期: 完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。 一個(gè)機(jī)器周期由一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期組成。個(gè)時(shí)鐘周期組成。指令周期指令周期: 一條指令的執(zhí)行時(shí)間。一條指令的執(zhí)行時(shí)間。 以機(jī)器周期為單位：以機(jī)器周期為單位：?jiǎn)沃芷趩沃芷?、雙周期雙周期和和四周期四周期指令。指令。思考題：思考題：設(shè)應(yīng)用單片機(jī)晶振頻率為設(shè)應(yīng)

4、用單片機(jī)晶振頻率為12MHz，問(wèn)機(jī)器周期為多少？指令周期分別為多少問(wèn)機(jī)器周期為多少？指令周期分別為多少？XTAL1 單片機(jī) XTAL2 0000HFFFFH0000HFFFFHROM內(nèi)RAM外RAM00HFFH寄存器區(qū)位尋址區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SFR20H30H80HE0HA物理上物理上4個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：個(gè)存儲(chǔ)器地址空間： 片內(nèi)片內(nèi)/片外程序存儲(chǔ)器空間片外程序存儲(chǔ)器空間 片內(nèi)片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間邏輯上邏輯上3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間個(gè)存儲(chǔ)器地址空間： 64KB 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 256B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 64KB 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器普林斯頓結(jié)構(gòu)：普林斯頓結(jié)構(gòu)

5、：程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，統(tǒng)一程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)器邏輯空間，統(tǒng)一 編址。編址。哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)： 程序與數(shù)據(jù)分為兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)器邏輯空間，程序與數(shù)據(jù)分為兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)器邏輯空間， 分開編址分開編址。三、三、片內(nèi)片內(nèi)RAM寄存器寄存器 MCS-51的寄存器在片內(nèi)的寄存器在片內(nèi)RAM都有映像地址。使用時(shí)，既都有映像地址。使用時(shí)，既 可用寄存器名，也可用對(duì)應(yīng)單元地址?？捎眉拇嫫髅?，也可用對(duì)應(yīng)單元地址。1. 片內(nèi)片內(nèi)RAM工作寄存器區(qū)：字節(jié)地址：00H1FH位尋址區(qū)：字節(jié)地址：20H2FH位地址為：00H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)：字節(jié)地址：00H7FH一般使用30H7FH2. 特殊功能寄存

6、器特殊功能寄存器SFR占用字節(jié)地址：80HFFH位尋址寄存器：其字節(jié)地址可被8整除。l專用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPlI/O接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、 TMOD、TCON、SCON 實(shí)質(zhì)是計(jì)數(shù)器，脈沖每一次下降沿，計(jì)數(shù)寄存器數(shù)值將加1。 計(jì)數(shù)的脈沖如果來(lái)源于單片機(jī)內(nèi)部的晶振,由于其周期極為準(zhǔn)確，這時(shí)稱為定時(shí)器。計(jì)數(shù)的脈沖如果來(lái)源于單片機(jī)外部的引腳，由于其周期一般不準(zhǔn)確，這時(shí)稱為計(jì)數(shù)器。 8031 有2個(gè)可獨(dú)立控制的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：T0、T1。+1計(jì)數(shù)器溢出中斷脈沖控制開關(guān)定時(shí)器控制、狀態(tài)寄存器1)TMOD定時(shí)器方式寄存器（89H）1）功能選擇位C/T：

7、=0，定時(shí)功能，計(jì)數(shù)內(nèi)部機(jī)器周期脈沖； =1，計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)引腳T0(T1)輸入的負(fù)脈沖。2）方式選擇位M1、M0：3）門控方式選擇位GATE 計(jì)數(shù)器啟動(dòng)方式的選擇 確定定時(shí)器工作方式指令： MOV TMOD，#方式字 例：設(shè)T0用方式2非門控定時(shí)，T1用方式1門控計(jì)數(shù)。 MOV TMOD，#0D2H ; 1101 0010 B GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1T0M1 M0方方式式功功能能描描述述0 0013 位位0 1116 位位1 028 位位自自動(dòng)動(dòng)重重裝裝1 13T0 為為兩兩個(gè)個(gè) 8 位位 由方式選擇位M1、M0設(shè)定一、 方式0 13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 THx 8位和

8、TLx低5位組成13位加1 計(jì)數(shù)器，此種方式與MCS48系列兼容，如果不是為了兼容的目的，一般不用方式0. 方式0的全部功能，方式1都可以代替。二、二、 方式方式1 1 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 THx8位和TLx8位組成16位加1計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)：165536(216)，最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間(晶振12MHz T=1s)：1s 65536T= 65.54ms非門控方式：當(dāng)非門控方式：當(dāng)GATE0, 控制權(quán)由控制權(quán)由 TRx 決定決定 TRx1 計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)開始 TRx 0 計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)停止門控方式：當(dāng)門控方式：當(dāng)GATE1、TRx1 控制權(quán)由控制權(quán)由 INTx 決定決定 INTx1 計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)開始

9、 INTx 0 計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)停止啟動(dòng)計(jì)數(shù)方式：?jiǎn)?dòng)計(jì)數(shù)方式： 用于需要重復(fù)定時(shí)和計(jì)數(shù)的場(chǎng)合。 最大計(jì)數(shù)值：256 (28) 最大定時(shí)時(shí)間(晶振12MHz時(shí) T=1s)： 256s 自動(dòng)恢復(fù)初值8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。TLx為8位加1計(jì)數(shù)器，THx為8位初值暫存器。 T0分成2個(gè)8位定時(shí)器：TL0定時(shí)/計(jì)數(shù)器和TH0定時(shí)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 計(jì)數(shù)功能：X= 2n -計(jì)數(shù)值 n：8/13/16 定時(shí)功能：X= 2n - t/T t：定時(shí)時(shí)間（s） T：機(jī)器周期12/晶振頻率 如：晶振為12MHz時(shí)，T12/12 MHz1

10、2（1210-6）（秒）110-61us一、一、 MCS-51MCS-51定時(shí)器的應(yīng)用定時(shí)器的應(yīng)用 定時(shí)器初始化編程：使用定時(shí)器工作之前，先寫入控 制寄存器，確定好定時(shí)器工作方式。 初始化編程格式：MOV TMOD，# 方式字 ；選擇方式MOV THx，#XH ；裝入Tx時(shí)間常數(shù)MOV TLx，#XLSETB EA ；開Tx中斷SETB ETxSETB TRx ；啟動(dòng)Tx定時(shí)器。 例：由P1.0輸出方波信號(hào)，周期為2ms，設(shè)fosc=12MHz。2ms解：每隔1ms改變一次P1.0的輸出狀態(tài)，即形成方波，用T0非門控方式1定時(shí)。 計(jì)算時(shí)間常數(shù)：X = 216 - t/T = 216 (/100

11、0)/10-6 = 65536-1000 = 64536 = FC18H ORG0000HAJMPMAINORG000BH ；T0中斷硬件入口地址AJMPPT0INT ；跳到中斷服務(wù)程序ORG0030H MAIN：MOVTMOD，#01H ；中斷方式MOVTL0，#18H ；計(jì)數(shù)初值MOVTH0，#0FCHSETBEA ；開放總中斷SETBET0 ；開放T0中斷SETBTR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器 HERE：SJMPHERE ；等待中斷，相當(dāng)于執(zhí)行其它任務(wù) PT0INT： MOVTL0，#18H ;中斷服務(wù)程序；置初值MOVTH0，#0FCHCPLP1.0 ；取反，產(chǎn)生方波RETI ；中斷返回 ORG

12、 0000H AJMP MAIN ORG 001BH AJMP PT1INT ORG 0030HSTART：MOV R7,#00H MOV TMOD，#10H MOV TL1， #0F0H MOV TH1， #0D8H SETB EA SETB ET1 SETB TR1HERE： SJMP HEREPT1INT: MOV TL1，#0F0H MOV TH1，#0D8H INC R7 CJNE R7,#10, PEND MOV R7, #00H CPL P1.7PEND: RETISTART： MOV TMOD，#90H MOV TL1，#00H MOV TH1，#00HWAIT1： JBP3.

13、3，WAIT1 SETB TR1WAIT2 ：JNBP3.3，WAIT2 WAIT3 ： JBP3.3，WAIT3CLRTR1MOV R2，TL1MOV R3，TH1TR1=1 T1啟動(dòng) TR1=0 T1停止INT1一、一、中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)重要指標(biāo)重要指標(biāo)日常生活中的中斷與計(jì)算機(jī)中斷的比較：日常生活中的中斷與計(jì)算機(jī)中斷的比較： 某人看書某人看書 執(zhí)行主程序執(zhí)行主程序 日常事務(wù)日常事務(wù)電話鈴響電話鈴響 中斷信號(hào)如中斷信號(hào)如INT=0INT=0 中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求暫?？磿鴷和？磿?暫停執(zhí)行主程序暫停執(zhí)行主程序 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)書中作記號(hào)書中作記號(hào) 當(dāng)前當(dāng)前PCPC入棧入棧 保護(hù)斷點(diǎn)保護(hù)斷點(diǎn)電話談話電

14、話談話 執(zhí)行中斷程序執(zhí)行中斷程序 中斷服務(wù)中斷服務(wù)繼續(xù)看書繼續(xù)看書 返回主程序返回主程序 中斷返回中斷返回日常事務(wù)程序日常事務(wù)程序中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 所謂所謂“中斷中斷”，是指，是指CPU執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)特殊請(qǐng)求，現(xiàn)特殊請(qǐng)求，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去處理更緊暫時(shí)中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去處理更緊急的事件，處理完畢后，急的事件，處理完畢后，CPU返回原程序的過(guò)程。返回原程序的過(guò)程。 中斷與子程序的最主要區(qū)別：中斷與子程序的最主要區(qū)別： 子程序是預(yù)先安排好的；子程序是預(yù)先安排好的； 中斷是隨機(jī)發(fā)生的。中斷是隨機(jī)發(fā)生的。二、二、中斷的定義，與子程序的區(qū)別中斷的

15、定義，與子程序的區(qū)別 1.中斷標(biāo)志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI 登記各中斷源請(qǐng)求信號(hào)：=1，有中斷請(qǐng)求；= 0，無(wú)中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后,該中斷標(biāo)志自動(dòng)清零。TI，RI標(biāo)志必須軟件清零。 2.外部中斷觸發(fā)方式選擇位：IT0、IT1 =1：負(fù)邊沿觸發(fā)中斷請(qǐng)求；= 0：低電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求。寄存器名稱D7D6D5D4D3D2D1D0TCON(88H) TF1TF0IE1IT1IE0IT0定時(shí)器控制寄存器位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HSCON(98H)TIRI串行口控制寄存器位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HIE(A8H)EAESE

16、T1EX1ET0EX0中斷允許寄存器位地址AFHACHABHAAHA9HA8HIP(B8H)PSPT1PX1PT0PX0中斷優(yōu)先級(jí)寄存器位地址BCHBBHBAHB9HB8H 中斷允許控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0 =1開中斷；= 0關(guān)中斷。 例：允許CPU響應(yīng)INT0的中斷請(qǐng)求 SETB EX0 SETB EA寄存器名稱D7D6D5D4D3D2D1D0TCON(88H) TF1TF0IE1IT1IE0IT0定時(shí)器控制寄存器位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HSCON(98H)TIRI串行口控制寄存器位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HIE

17、(A8H)EAESET1EX1ET0EX0中斷允許寄存器位地址AFHACHABHAAHA9HA8HIP(B8H)PSPT1PX1PT0PX0中斷優(yōu)先級(jí)寄存器位地址BCHBBHBAHB9HB8H 中斷優(yōu)先級(jí)控制位：PS、PT1、PX1、PT0、PX0 2級(jí)優(yōu)先級(jí)：=1為高優(yōu)先級(jí)，= 0為低優(yōu)先級(jí)。 同一優(yōu)先級(jí)別按內(nèi)部查詢順序排列優(yōu)先級(jí)： 高 INT0、T0、INT1、T1、SIO 低。 一、一、中斷響應(yīng)周期時(shí)序中斷響應(yīng)周期時(shí)序 每個(gè)機(jī)器周期采樣中斷標(biāo)志位，若有中斷請(qǐng)求，將在下一 個(gè)機(jī)器周期按優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行中斷查詢。 二、二、各中斷源中斷服務(wù)程序的入口地址各中斷源中斷服務(wù)程序的入口地址中斷源 中斷

18、入口地址INT00003HT0000BHINT10013HT1001BHSIO0023H 三、三、中斷響應(yīng)阻斷中斷響應(yīng)阻斷 1 . 當(dāng)CPU未執(zhí)行完一條指令。 2當(dāng)有同級(jí)或高級(jí)中斷服務(wù)。 3執(zhí)行RETI指令或訪問(wèn)IE、IP 的指令后，不能立即響應(yīng)中斷。 四、四、中斷返回中斷返回 中斷返回指令： RETI= RET指令 + 通知CPU中斷服務(wù)已 結(jié)束。 中斷響應(yīng)時(shí)間： 正常中斷響應(yīng)時(shí)間至少為38個(gè)機(jī)器周期，如果有同級(jí) 或高級(jí)中斷服務(wù)，將延長(zhǎng)中斷響應(yīng)時(shí)間。一、一、中斷響應(yīng)條件中斷響應(yīng)條件1有中斷請(qǐng)求信號(hào)2. 系統(tǒng)處于開中斷狀態(tài)二、二、中斷響應(yīng)過(guò)程中斷響應(yīng)過(guò)程1保護(hù)斷點(diǎn)：將斷點(diǎn)地址壓入堆棧保存，即當(dāng)前PC值入 棧。2尋找中斷源：中斷服務(wù)程序硬件入口PC，轉(zhuǎn)入中斷 服務(wù)。3中斷處理：執(zhí)行中斷源所要求的程序處理段。4中斷返回：執(zhí)行RETI指令，棧頂內(nèi)容PC，程序跳轉(zhuǎn) 回?cái)帱c(diǎn)處。當(dāng)外部中斷源多于中斷輸入引腳時(shí)，可采取以下措施：1.用定