MCS-單片機結構和基本原理

1、MCS單片機結構和基本原理背景知識6.1 定時和計數(shù)的基本概念MCS單片機結構和基本原理背景知識TH1 TL1TH0 TL0TMODTCONMCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能MCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務MCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)M

2、CS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機結構和基本原理為什么需要定時/計數(shù)器?根據(jù)規(guī)定的時間間隔完成某項控制功能根據(jù)需要的延時啟動某項任務檢測外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機結構和基本原理如何實現(xiàn)?軟件延時采用延時電路實現(xiàn)固定的硬件延時采用可編程定時/計數(shù)器實現(xiàn)可編程定時/計數(shù)器(Timer/Counter,簡稱T/C)正是MCS-51單片機的一種重要的功能部件MC

3、S單片機結構和基本原理可編程定時/計數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時間:MCS單片機結構和基本原理可編程定時/計數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時間:MCS單片機結構和基本原理可編程定時/計數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時間:MCS單片機結構和基本原理可編程定時/計數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時間:MCS單片機結構和基本原理可編程定時/計數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時間:桶有多大?-定時/計數(shù)范圍滴水的速度?-時鐘源頻率原來有多少水?-初值問題如何知道溢出?-溢出時的反應MCS單片機結構和基本

4、原理6.2.1 定時/計數(shù)器概述圖6-1 定時/計數(shù)器結構MCS單片機結構和基本原理圖6-2 定時/計數(shù)器控制邏輯 MCS單片機結構和基本原理6.2.2 單片機定時/計數(shù)器的工作方式定時器工作方式設置為定時器工作方式時，基準時間由單片機的晶振經過12分頻后獲得的一個脈沖信號，即機器周期信號。機器周期信號輸入到加1計數(shù)器，加1計數(shù)器實現(xiàn)每個機器周期使T0或T1的計數(shù)寄存器數(shù)值增加1，直至計滿溢出，根據(jù)計數(shù)機器周期的次數(shù)可以得到定時時間。計數(shù)器工作方式設置為計數(shù)方式時，外部脈沖信號輸入到引腳T0（）和T1（），CPU對外部脈沖信號進行采樣計數(shù)，加1計數(shù)器由外部輸入脈沖信號的下降沿觸發(fā)計數(shù)。MCS單

5、片機結構和基本原理計數(shù)方式具體工作過程計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣T0和T1引腳的輸入電平，若前一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。所以檢測一個從1到0的跳變需要兩個機器周期，即外部輸入信號的周期應大于或等于兩個機器周期，也就是說外部輸入信號的頻率必須小于晶振頻率的1/24，若頻率超過晶振頻率的1/24，則無法準確計數(shù)脈沖個數(shù)。雖然對外部輸入信號的占空比無特殊要求，但是為了確保輸入信號電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時間至少是一個完整的機器周期。對輸入脈沖信號的基本要求如圖6-3所示。MCS單片機結構和基本原理圖6-3 對輸入脈沖寬度的要求MCS

6、單片機結構和基本原理TMOD用于控制T0和T1的工作模式。TMOD不能位尋址，只能用字節(jié)設置定時器的工作模式，低半字節(jié)設置T0，高半字節(jié)設置T1。8051系統(tǒng)復位時，TMOD的所有位被清0。TMOD各位的定義格式如圖所示 6.2.3 工作模式寄存器 TMODGATEC/ TM1M0GATEM1C/ TM0定時器T1定時器T0TMOD（89H） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0MCS單片機結構和基本原理M1和M0操作模式控制位。兩位可形成四種編碼，對應于四種模式。計數(shù)器/定時器方式選擇位設置為定時方式。定時器計數(shù)8051片內脈沖，即對機器周期計數(shù)設置為計數(shù)方式。計數(shù)器的輸入來自T0

7、（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖MCS單片機結構和基本原理 GATE門控位。 GATE=0，只要用軟件使TR0（或TR1）置1就可以啟動定時器，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，才能啟動定時器工作。MCS單片機結構和基本原理TCON除可字節(jié)尋址外，各位還可位尋址。8051系統(tǒng)復位時，TCON的所有位被清0。 TCON各位的定義格式如圖所示。6.2.4 啟動控制寄存器TCONMCS單片機結構和基本原理6.3 定時/計數(shù)器工作模式及其應用 模式 0 及其應用 模式 1 及其應用6.3.3

8、 模式 2 及其應用6.3.4 模式 3 及其應用MCS單片機結構和基本原理6.3.1 工作模式0及其應用 1 邏輯結構2 模式0的應用MCS單片機結構和基本原理1 邏輯結構圖6-7 模式0時的邏輯結構圖 MCS單片機結構和基本原理例6.4 用T0定時，選擇工作模式0，由單片機輸出占空比為50、周期為2ms的方波，晶振頻率為12M。 (T=2mS=2000uS)源程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_TIME0 ORG 0030HMAIN: MOV TMOD, #00H ；設置工作方式 MOV TH0, #0E0H ；設初始值：1110 00

9、00 0001 1000：; 1C18H:7192 MOV TL0, #18H SETB TR0 ；啟動定時器 SETB EA ；開放定時器中斷 SETB ET0 LJMP $INT_TIME0: MOV TH0, #0E0H ；對定時器重新賦值 MOV TL0, #18H RETI2 工作模式0應用MCS單片機結構和基本原理6.3.2 工作模式1及其應用 1 邏輯結構2 模式1的應用MCS單片機結構和基本原理1 模式 1 的邏輯電路結構圖6-8 模式1邏輯結構圖 MCS單片機結構和基本原理2 模式 1 的應用舉例例6.7 用T1定時，選擇工作模式1，由單片機輸出50Hz的方波，晶振頻率12M

10、。(T=20mS=20000uS)源程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0030HMAIN： MOV TMOD,#10H ；設置T1為模式1 SETB TR1 ；啟動定時LOOP： MOV TH1,#0D8H ；送初值:55536: MOV TL1,#0F0H JNB TF1，$ ；查詢定時時間到否 CLR TF1 ；產生溢出，清標志位 CPL P1.1 ；取反 SJMP LOOP ；重復循環(huán)MCS單片機結構和基本原理6.3.3 工作模式2及其應用 1 邏輯結構2 模式2的應用MCS單片機結構和基本原理1 模式 2 的邏輯電路結構圖6-9 模式2邏輯結構 MCS單片機結構

11、和基本原理2 模式 2 的應用舉例例6-10：利用定時器T1的模式2對外部信號計數(shù)。要求每計滿100次，將 引腳取反。源程序：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 001BH LJMP INT_TIME1 ORG 0030HMAIN: MOV TMOD,#60H ；設置T1為模式2,外部計數(shù)方式 MOV TL1,#9CH ；T1計數(shù)器初值:156 MOV TH1,#9CH SETB EA ；開放定時器中斷 SETB ET1 SETB TR1 ；啟動T1計數(shù)HERE: SJMP HERE ；等待中斷 RETIMCS單片機結構和基本原理6.4 綜合應用舉例 由于MCS-51單片機的定時/

12、計數(shù)器是可編程的，因此在使用之前需要進行初始化。在編程時主要注意兩點：第一要能正確寫入控制字；第二能進行計數(shù)初值的計算。一般情況下，包括以下幾個步驟：（1）確定工作方式，即對TMOD寄存器進行賦值。（2）計算計數(shù)初值，并寫入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中。（3）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式決定是否置位ETx允許T/C中斷。（4）根據(jù)是采用中斷還是查詢方式決定是否置位EA使CPU開中斷。（5）置位TRx啟動計數(shù)。MCS單片機結構和基本原理例6-11 試選擇定時/計數(shù)器T0測試INT0（）引腳上輸入的被測脈沖寬度，已經晶振頻率12M分析：定時器可以用于測量脈沖寬度程序設計，測量外部脈沖寬度利

13、用TMOD的門控位控制很方便，當設置GATE1時，僅設置TR0（TR1）等于“1”，定時器不能被啟動，還必須等外部脈沖高電平時，定時器才開始工作。測試過程如圖6-11所示 圖6-11 被測脈沖波形 MCS單片機結構和基本原理例6-11 源程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BHLJMP INT_TIME0ORG 0030HMAIN:MOV R2,#00H ；如果被測脈沖寬度太長，則累計溢出次數(shù)MOV TMOD,#09H ；設置T0為模式1，門控方式MOV TL0,#00H ；設置初值MOV TH0,#00HSETB EA ；開放T0中斷SETB ET0SETB TR

14、0 ；INT0引腳高電平到來才會啟動T0JNB P3.2, $ ；等待高電平到來JB P3.2,$ ；高電平到來，啟動T0開始測量CLR TR0 MOV R0,TH0 ；低電平，測量結束，保存結果MOV R1,TL0 LJMP $INT_TIME0: INC R2MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HRETIMCS單片機結構和基本原理例6-12： 電路如圖6-12所示，引腳外接發(fā)光二極管D0，要求D0以1s的間隔閃爍。已知晶振頻率12M 圖6-12 例6-12電路原理圖 MCS單片機結構和基本原理例6-12源程序代碼：1S=1000000uS=20*50000ORG 0000H LJ

15、MP MAIN ORG 000BHLJMP INT_TIME0ORG 0030HMAIN: MOV P1,#0FFH ；燈的初態(tài)MOV 30H,#00H ；軟件計數(shù)器預清0MOV TMOD,#01H ；定時/計數(shù)器0工作于方式1MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H；初值15536，計50000次SETB EA ；開總中斷允許SETB ET0 ；開定時/計數(shù)器0允許SETBTR0 ；定時/計數(shù)器0開始運行LOOP: AJMP LOOP ；真正工作時,這里可寫任意程序INT_TIME0: INC 30H；定時器0的中斷處理程序MOVA,30HCJNE A, #20,T_END ；3

16、0H單元中的值到了20了嗎?CPL P1.0 ；到了,取反P10MOV 30H, #00H ；清軟件計數(shù)器T_END:MOVTH0,# 3CHMOV TL0,# 0B0H ；重置定時常數(shù)RETIMCS單片機結構和基本原理例6-13 設一交通路口設紅、黃、綠三盞交通燈，當紅燈亮2s后，黃燈亮400ms，綠燈亮1s，試用單片機模擬交通燈控制 分析：單片機采用發(fā)光二極管模擬交通燈控制，即利用分別接紅、黃、綠三個發(fā)光二極管。但是這里用到三個定時時間（2s、400ms 、1s），難道每個定時時間都編寫不同的定時程序，那么如果需要更多的定時時間，怎么辦？這里還是采用軟件定時器的方式，即找到這幾個定時的時間的公約數(shù)，利用軟件計數(shù)器就可以完成不同的延時。MCS單片機結構和基本原理例6-13源程序如下：NumberOf50ms EQU 30H ；定義軟件定時器的計數(shù)次數(shù)ORG 0000HLJMP MAIN ORG 00