單片機功能單元

單片機功能單元第一頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院2提問并行IO接口作為輸入口時有什么條件？作為輸出口時有什么特點？是否也有條件？讀IO接口指令有兩種什么不同的操作？P0，P1，P2，P3除了可作為基本的輸入輸出接口外，還有什么其它功能嗎？第二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院3復(fù)習(xí)前課IO接口的特點：作為基本的輸入輸出時，結(jié)構(gòu)一致，輸出鎖存，輸入置一。結(jié)構(gòu)不同部分，決定不同的附加功能。負載能力：讀接口的操作：注意“讀-修改-寫”的指令。第三頁，共五十八頁，2022年，8月28日第四章 MCS-51單片機功能單元4.2

MCS-51單片機定時/計數(shù)器第四頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院5在測控技術(shù)中，往往需要定時檢測某個參數(shù)，或按一定的時間間隔來進行某種控制。還有一些控制是按對某種事件的計數(shù)結(jié)果進行的。因此幾乎所有單片機內(nèi)部都設(shè)置了定時/計數(shù)器，以簡化微機測控系統(tǒng)的設(shè)計。第五頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院6

MCS-51系列單片機典型產(chǎn)品8051等有兩個16位定時器/計數(shù)器T0，T1；8052等單片機有三個16位定時器/計數(shù)器T0、T1和T2。它們都可以用作定時器或外部事件計數(shù)器。第六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院7一、工作原理定時器/計數(shù)器實際上是加1計數(shù)器當(dāng)它對外部事件進行計數(shù)時，由于頻率不固定，此時稱之為計數(shù)器；當(dāng)它對內(nèi)部固定頻率的機器周期進行計數(shù)時稱之為定時器。

+1計數(shù)器溢出中斷脈沖控制開關(guān)第七頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院8計數(shù)原理每輸入一個脈沖，計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器各位都為1時，再輸入一個脈沖，計數(shù)器各位全變?yōu)?，溢出，中斷標(biāo)志置1（SFR中TCON的TF0、TF1），從而向CPU申請中斷。8位－256;13位－8192;16位－65536第八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院9

對外部脈沖計數(shù)時，當(dāng)脈沖有一個高電平到低電平“1”－“0”跳變時，計數(shù)器加1，且在每個機器周期的S5P2采樣外部輸入，若前一個機器周期采樣值為1，后一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。第九頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院10

由于識別一個從1到0的負跳變信號需要兩個機器周期（24個振蕩周期），所以最高的計數(shù)頻率為系統(tǒng)時鐘頻率的1/24；兩個輸入脈沖的最小間隔應(yīng)不小于兩個機器周期。又因為一個機器周期對信號采樣一次，因此輸入信號的電平寬度至少應(yīng)持續(xù)一個機器周期。第十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院11定時原理輸入脈沖不是外部脈沖源，而是一個晶體振蕩器的脈沖源。在計數(shù)器由預(yù)置計數(shù)值就可以算出從加1計數(shù)器啟動到計滿溢出所需的時間，即定時時間。第十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院12對于16位計數(shù)器，最大定時時間是216個脈沖的時間。則定時時間:△T=(216－X)*TT：輸入脈沖周期，T=12/fμs(f為晶振頻率1.2～12MHz)如為12MHz，則T＝1μsX：計數(shù)器初值（由程序輸入）第十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院13

定時時間計算公式:△T=(216－X)*T例：對于12MHz晶體，T＝1μs，最大定時△T=65.536ms；對于6MHz晶體，T＝2μs，最大定時△T=131ms當(dāng)要設(shè)置計數(shù)器初值時，使用公式：X=216－△T/T第十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院14例：系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz，要產(chǎn)生1ms定時，求初值XT=12/12=1μs若為16位計數(shù)器

X=216－1000/1=64536=0FC18H若為13位計數(shù)器X=213－1000/1=8192－1000=7192=1C18H不能采用8位計數(shù)器第十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院15二、定時/計數(shù)器T0和T1的SFR與工作方式

它是由6個專用寄存器構(gòu)成的：其中TH0、TL0構(gòu)成16位計數(shù)器T0，TH1、TL1構(gòu)成16位計數(shù)器T1，而TMOD、TCON為兩個定時器共用，用來選擇工作方式和控制啟停。第十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院161、計數(shù)器T0、T1各有2個8位計數(shù)器，構(gòu)成2個16位計數(shù)器T0：TH0、TL0T1：TH1、TL1不可以位尋址，只能按字節(jié)分兩條指令讀寫16位碼，而不能用一條指令讀寫雙字節(jié)。例：X初值為64536＝0FC18HMOVTH0，#0FCHMOVTL0，#18H第十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院17T0與T1有兩種功能：計數(shù)：T0對應(yīng)P3.4/T0管腳送入的脈沖計數(shù)；T1對應(yīng)P3.5/T1管腳送入的脈沖計數(shù)。定時：每個機器周期使之加1，初值的大小決定定時時間的長短。第十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院18復(fù)位值均是00HT0有4種工作方式：

方式0、方式1、方式2、方式3T1有3種工作方式：

方式0、方式1、方式2前3種工作方式完全相同其功能及工作方式由TMOD和TCON來決定第十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院192、方式寄存器TMOD8位SFR，地址為89H不可位尋址低4位用于控制T0，高4位用于控制T1，含義相同。T1T0第十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院20M1、M0：工作方式選擇位C/T：定時或計數(shù)功能選擇位=1：外部計數(shù)工作方式，對P3.4、P3.5脈沖計數(shù)=0：定時方式，每一個機器周期加1T1T0GTAE：門控位

=0：T0、T1的運行與否只取決于TCON中TCON.4(TR0)、TCON.6(TR1)=1：借用P3.2、P3.3參與啟動和停止T0、T1，只有該引腳與TCON中TCON.4(TR0)、TCON.6(TR1)都為高電平，才啟動T0、T1第二十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院213、定時/計數(shù)器控制寄存器TCON8位寄存器，可位尋址低4位用于外部中斷INT0、INT1控制高4位用于T0、T1控制TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8F8E8D8C8B8A8988第二十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院22TR0(TCON.4)：T0的運行控制位當(dāng)GATE=0時，TR0=0則T0停止運行；TR0=1時T0允許運行TF0(TCON.5)：T0溢出兼中斷申請標(biāo)志T0溢出時，TF0=1并提出中斷申請，CPU響應(yīng)中斷申請后，TF0自動清零TR1、TF1同TR0、TF0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8F8E8D8C8B8A8988第二十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院23三、定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式定時器T0有四種工作方式：

方式0、方式1、方式2和方式3。定時器T1有三種工作方式：

方式0、方式1、方式2。兩者前3種工作方式相同。以T0為例講解。第二十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院24方式0：13位定時/計數(shù)器TMOD的M1、M0都寫入0TH0的8位和TL0的低5位組成13位加1計數(shù)器，TL0的低5位向TH0進位溢出值：213=8192=1FFFH+1溢出后，TF0=1，中斷申請

第二十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院25控制T0的啟動和停止：

GATE=0時，定時器的啟停僅由TRx控制GATE=1時，定時器的啟停還受到INT引腳電平的控制。第二十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院26例：f=12MHz，要產(chǎn)生1ms定時，求計數(shù)初值。T=12/f=1μs

X=213-1000/1=7192=1C18H=0001110000011000B取13位，低5位送TL0:18H；高8位送TH0：0EOHMOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18H第二十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院27方式1：16位定時/計數(shù)器TH0的8位和TL0的8位組成16位加1計數(shù)器最大計數(shù)脈沖個數(shù)：1～65536(216)最長定時時間(晶振12MHz，T=1s)：

1s～65536×T=65.54ms溢出值：216＝65536＝0FFFFH+1方式1和方式0唯一不同的就是位數(shù)，其他控制方式和用法均相同。第二十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院28例：f=12MHz，要產(chǎn)生1ms定時，求計數(shù)初值。T=12/f=1μs

X=216-1000/1=64536=0FC18H低8位送TL0：18H；高8位送TH0：0FCH

MOVTH0，#0FCHMOVTL0，#18H第二十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院29方式2：可自動重裝初值的8位定時/計數(shù)器與方式0和方式1不同處：只使用TL0做8位計數(shù)器，最大計數(shù)值255；最大定時時間(晶振12MHz時)：256sTH0為初值寄存器。當(dāng)TL0計滿溢出時，置位TF0，并將TH0的內(nèi)容（即時間常數(shù)初值）重新裝入TL0中。TH0中自身初值不變。用于需要重復(fù)定時和計數(shù)的場合。第二十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院30方式3：只適用于T0M0=M1=1，TL0、TH0各自是一個8位計數(shù)器。TL0：定時或計數(shù)，使用T0的控制位TF0、TR0TH0：只能定時，借用T1的控制位TF1、TR1第三十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院31如果企圖將T1置為方式3（M1=M0=1)，則將使T1停止計數(shù)，與清“0”TR1的效果相同。但此時T1仍可工作于方式0、1或2定時或計數(shù)，但TR1、TF1被TH0占用，一般T1作為串口的波特率發(fā)生器，或不需要中斷的場合。第三十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院32例1：由P1.0輸出方波信號，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。計算時間常數(shù)：X=216-t/T =216–(1/1000)/10-6

=65536-1000 =64536=0FC18H第三十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院33

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 000BH

；T0中斷硬件入口地址

AJMP PT0INT

；跳到中斷服務(wù)程序

ORG 0030HMAIN：

MOV TMOD，#01H

；中斷方式

MOV TL0，#18H

；計數(shù)初值

MOV TH0，#0FCH

SETB EA

；開放總中斷

SETB ET0

；開放T0中斷

SETB TR0

；啟動定時器

HERE： SJMP HERE

；等待中斷，相當(dāng)于執(zhí)行其它任務(wù)

PT0INT： MOV TL0，#18H

；中斷服務(wù)程序；置初值

MOV TH0，#0FCH

CPL P1.0

；取反，產(chǎn)生方波

RETI

；中斷返回第三十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院34例2：利用定時器方式2對外部脈沖計數(shù)，要求每計滿110次，將P1.0端取反解：外部信號由T1引腳輸入，每發(fā)生一次負跳變計數(shù)器加1，每輸入110個脈沖，計數(shù)器發(fā)生溢出中斷，中斷服務(wù)程序?qū)1.0取反一次。T1計數(shù)方式2的方式字為：TMOD=60H。T0不用時，TMOD的低4位可任意，但不能使T0進入方式3，一般取0。

計算T1的計數(shù)初值：X=28-110=146=92H則TL1的初值為92H，重裝初值寄存器TH1=92H。第三十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院35程序清單：ORG0000HMAI：MOVTMOD，#60H

；置T1方式2計數(shù)MOVTL1，#92H；賦初值MOVTH1，#92HMOVIE，#88H；定時器T1開中斷SETBTR1；啟動計數(shù)器HERE：SJMPHERE；等待中斷ORG001BH；中斷服務(wù)程序入口CPLP1.0；對P1.0取反RET1；中斷返回第三十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院36例3：利用T0門控位測試引腳上出現(xiàn)的正脈沖的寬度，并以機器周期數(shù)的形式顯示在顯示器上。解：根據(jù)要求可這樣設(shè)計程序，將T0定為定時器方式1，計數(shù)初值為0，GATE程控為1，置TR0為1。一旦（P3.2）引腳出現(xiàn)高電平即開始計數(shù)，直到出現(xiàn)低電平，然后讀取T0的計數(shù)值并顯示。測試過程如下圖所示：第三十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院37程序清單：START:MOVTMOD,#09H；T0工作于定時器方式1，

MOVTL0,#00H

MOVTH0,#00HSETBTR0；啟動定時器計數(shù)WAIT1:JBP3.2,WAIT1；等待INT0變低CLRTR0；停止T0計數(shù)MOVR0,#DISBUF；顯示緩沖器首地址送R0MOVA,TL0；機器周期數(shù)的存放格式為WAIT2:JNBP3.2,WAIT2；等待INT0升高WAIT3:JBP3.2,WAIT3；等待INTO變低第三十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院38XCHDA,@R0；高位占高地址。連續(xù)存放INCR0SWAPAXCHDA,@R0INCR0MOVA,TH0XCHDA,@R0INCR0SWAPAXCHDA,@R0DIS:LCALLDISUP

；長調(diào)用顯示子程序AJMPDIS．．．

；重復(fù)顯示脈沖寬度第三十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院39

三、定時器/計數(shù)器T2

T2內(nèi)部除了兩個8位計數(shù)器TH2，TL2和控制寄存器T2CON及T2MOD外，還設(shè)置了捕捉寄存器RCAP2L（低字節(jié)）和RCAP2H（高字節(jié)）。概述

80C52中有一個功能較強的定時器/計數(shù)器T2，它是一個16位的、具有自動重裝載和捕捉能力的定時器/計數(shù)器。

T2的計數(shù)脈沖源有兩個：內(nèi)部機器周期和外部計數(shù)脈沖（從T2即P1.0端輸入）第三十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院401、T2中的特殊功能寄存器

（1）T2控制寄存器T2CON（字節(jié)地址C8H）：第四十頁，共五十八頁，2022年，8月28日TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL2捕捉/重裝載選擇1,選擇捕捉0.選擇重裝載1,計數(shù)0,定時運行控制位1,啟動T20,關(guān)閉T2允許/禁止外部信號觸發(fā)捕捉或重裝載1,允許0,禁止計數(shù)定時方式選擇第四十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL2串行口發(fā)送波特率發(fā)生器選擇1,選擇T20,選擇T1串行口接收波特率發(fā)生器選擇1,選擇T20,選擇T1T2外部標(biāo)志1,T2EX引腳上出現(xiàn)，造成捕捉/重裝載，該位置1，0,CPU響應(yīng)中斷，應(yīng)由軟件清除該標(biāo)志。（EXEN2=1）T2溢出標(biāo)志，T2溢出時置位（波特率發(fā)生器方式下不置位）并申請中斷，只能靠軟件清除。申請中斷第四十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院43（2）T2方式控制寄存器T2MOD：T2OEDCEN1,向下計數(shù)向下計數(shù)允許位0,向上計數(shù)T2輸出允許位（僅對80C54/58）1,允許時鐘輸出0,不允許輸出第四十三頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院44（3）數(shù)據(jù)寄存器：TH2，TL2兩個8位寄存器構(gòu)成16位計數(shù)器，可供CPU以字節(jié)方式讀寫。（4）捕捉寄存器：TCAP2H、RCAP2L用于捕捉計數(shù)器TH2、TL2的計數(shù)狀態(tài)或預(yù)置計數(shù)初值。第四十四頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院452、T2的功能選擇：定時/計數(shù)

（1）C/T2=0，選擇定時，每個機器周期，T2的內(nèi)容增1。

（2）C/T2=1，選擇計數(shù)，當(dāng)T2（P1.0）引腳有一個負跳變T2內(nèi)容增1，計數(shù)脈沖頻率不超過振蕩器頻率的1/24。第四十五頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院463、T2的工作方工作方式選擇

包括捕捉、自動裝載和波特率發(fā)生器三種。由T2CON中的CP/RL2和RCLK＋TCLK來選擇，具體用下表表示：第四十六頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院47捕捉方式（CP/RL2=1）：即在一定條件下，自動將計數(shù)器TH2和TL2中的數(shù)據(jù)讀入RCAP2H和RCAP2L。捕捉方式的原理圖如下：第四十七頁，共五十八頁，2022年，8月28日

當(dāng)EXEN2=1，且引腳T2EX(P1.0)出現(xiàn)負跳變時，發(fā)生捕捉，同時標(biāo)志EXF2置1，申請中斷。

如果T2的中斷開放，CPU響應(yīng)后轉(zhuǎn)到002BH執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷返回之前，必須用軟件清除TF2/EXF2。第四十八頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院49自動重裝載方式（CP/RL2=0）：即在一定條件下，自動將RCAP2H和RCAP2L中的數(shù)據(jù)裝入計數(shù)器TH2和TL2中。一般RCAP2H和RCAP2L用來預(yù)置計數(shù)初值。自動重裝載方式的原理圖如下：第四十九頁，共五十八頁，2022年，8月28日①T2溢出時，打開重裝載三態(tài)緩沖器，發(fā)生重裝載操作，同時置位TF2，申請中斷。②當(dāng)EXEN2=1，且引腳T2EX(P1.0)有負跳變時，發(fā)生重裝載操作，同時，置位EXF2標(biāo)志，申請中斷。

如果T2中斷允許，CPU響應(yīng)后轉(zhuǎn)到002BH執(zhí)行中斷服序，在返回之前，應(yīng)用軟件清除TF2/EXF2標(biāo)志。第五十頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院51波特率發(fā)生器方式：

當(dāng)T2CON中RCLK+TCLK=1時，T2作為串行口的波特率發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示：第五十一頁，共五十八頁，2022年，8月28日

計數(shù)時鐘可以是內(nèi)部，也可以是外部，由C/T狀態(tài)決定，波特率的值決定于RCAP2H和RCAP2L裝載的初值。當(dāng)T2用作波特率發(fā)生器時，TH2的溢出不使TF2置位，不產(chǎn)生中斷，所以此時T2不必禁止中斷。

在波特率發(fā)生器工作方式下，在T2計數(shù)過程中，不能再讀寫TH2和TL2，RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容可以讀出，但不能改寫，如果要訪問RCAP2H和RCAP2L，應(yīng)先關(guān)閉定時器。

由上圖可見，當(dāng)T2用作波特率發(fā)生器時，若EXEN2置1，引腳T2EX可作為一個外部中斷源。第五十二頁，共五十八頁，2022年，8月28日2023/3/14福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院53

四、看門狗(WTD)概述