MCS-51单片机内部接口电路

MCS-51单片机内部接口电路4.第四章MCS-51单片机内部接口电路程序设计的基本技术接口基本概念1中断与中断系统2定时/计数器3并行输入输出接口4UART串行输入输出接口5串行通信6第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1接口基本概念接口电路的功能接口控制原理串行接口并行接口第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.1接口电路的功能接口电路是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备之间协调动作的控制电路。简单的说，接口电路是在两个电路或设备之间，使两者动作相配合的连接电路。接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给微处理器，微处理器对数据进行适当加工，再通过接口电路传回外部设备。•地址译码•数据缓存•信息转换•提供命令译码和状态信息•定时和控制第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.2接口控制原理1.数据传送方式并行数据传送并行数据的每一位都对应独立的传输线路速度快线路多只适用于较短距离的数据传送串行数据传送串行数据是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式单向传送只需一根数据线、一个信号线和一根应答线即可（多微机通信时，我们可以自定义3线通信机制）。远距离传输比并行经济，但控制较为复杂第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.2接口控制原理2.传送控制方式查询方式中央处理器随时询问接口，数据传送完否或数据准备好否。（费时）中断方式中断方式下，接口在数据发送数据完毕或接收数据准备好时再通知中央处理器，中央处理器再发送或接收数据。（效率高）DMA方式（DirectMemoryAccess）即数据不经过中央处理器在存储器和外设之间直接传送的操作方式。适合大量数据传送，控制复杂。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.3串行接口1.通用异步接收器和发送器UARTUART是一个能异步传输的数据总线。TXD：发送数据线RXD：接收数据线接收和发送可以单独进行，也可以同时进行。格式严格：每个数据以相同的位串形式传输。每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位组成。从起始到停止位结束时间称为一帧(frame)。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.3串行接口UART格式①起始位：在通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态，当要发送数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑0信号就是起始位。②数据位：起始位后位。数据位的个数可以是5~9位，MSC-51中常采用8位或9位数据传送，从最低有效位开始发送。③奇偶校验位：检测有限差错。偶校验：组成数据位和奇偶位的逻辑1个数必须是偶数。奇校验：逻辑1的个数必须是奇数。④停止位：停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的逻辑1。停止位后，通信线又恢复逻辑1状态。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.3串行接口UART格式波特率异步通信传输的所有位信号必须保持一致的信号持续时间。每一位的宽度由数据的传输速度决定。波特率：每秒传输多少个二进制位波特率=1/信号持续时间接收设备和发射设备需要保持相同的传送波特率。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.3串行接口2.串行外设接口SPI4线全双工串行总线，可以有多个主器件，支持在同一总线上将多个从器件连接到一个主器件。①MOSI：主从输入线，当SPI作为主器件时，该信号是输出，当SPI作为从器件时，该信号是输入。传输时，高位在前，低位在后。②MISO：主从输出线，当SPI作为主器件时，该信号是输入，当SPI作为从器件时，该信号是输出。当SPI未被选中时，MISO为高阻态。③SCK：串行时钟线。主器件产生并输出，作为从器件的输入，用于同步主器件和从器件之间的在MOSI和MISO线上的串行数据传输。④NSS：从选择线。主器件用它来选择处于从方式的SPI器件。第四章MCS-51单片机内部接口电路SPI串行总线在MCS-51系列单片机中的实现第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.3串行接口3.I2C总线双线的半双工串行总线，可以有多个主器件，支持在同一总线上将多个从器件连接到一个主器件。①I2C是一个双线的双向串行总线。I2C上可以有多个主器件，并允许一个主器件同时访问多个从器件。两种数据的传输，都由主器件启动，并提供时钟。2个信号：时钟线：SCL,数据线：SDA.②I2C传输一次数据包括一个起始命令START、一个地址字节、一个或多个数据字节和一个停止命令STOP。③每个地址字节和每个数据字节后面都跟随一个来自接收器的确认位ACKNOWLEDGE。④地址字节包括一个7位的地址和一个方向位R/W(最低位，1为读操作，0为写).第四章MCS-51单片机内部接口电路应用第四章MCS-51单片机内部接口电路4.1.4并行接口第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2中断与中断系统中断和中断处理过程MCS-51中断系统中断扩展第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.1中断和中断处理过程1.中断的概念CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理(中断发生)；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B(中断响应和中断服务)；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A(中断返回)，这一过程称为中断。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.1中断和中断处理过程执行主程序继续执行主程序断点中断请求中断响应执行中断处理程序中断返回主程序第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.1中断和中断处理过程2.中断系统的功能1.能实现中断并返回中断；判断→响应→保护断点和现场→中断服务→恢复现场→返回2.能实现中断优先级；3.能实现中断嵌套(高中断低)；第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.1中断和中断处理过程4.中断的处理过程关闭中断保存断点转入中断服务子程序恢复现场中断服务保护现场打开中断中断返回硬件完成第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统中断向量高级中断请求查询硬件中断优先级寄存器全局中断允许中断允许寄存器IE0TF0IE1TF1RI/TI11IT0IT1≥1PX0PT0PX1PT1PSEAEX0ET0EX1ET1ES1111100000中断源中断向量高级中断请求中断源INT0INT1T0T1TIRI第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统1.特点5个中断源，3个在片内，2个在片外;固定的中断入口地址；两级中断优先级，可以形成嵌套；通过SFR进行中断控制和设置编程。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统2.中断源外部中断(2个)外部中断0和外部中断1定时/计数器中断(2个)定时/计数器中断0和定时/计数器中断1串行口中断(1个)第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统3.中断控制(寄存器)定时器控制寄存器--TCON串行口控制寄存器--SCON中断允许寄存器--IE中断优先级寄存器--IP第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统定时器控制寄存器--TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定时器溢出中断请求标志1：有请求0：无请求外部中断请求标志1：有请求0：无请求外部中断触发方式控制位1：边沿触发0：电平触发T1、T0的运行控制位标志1：启动定时器T1、T0工作0：停止定时器T1、T0工作第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统串行口控制寄存器--SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI串行口的发送中断标志串行口接收中断标志第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统中断允许寄存器—IEEANANAESET1EX1ET0EX0串行口中断控制位定时器1中断控制位外中断1中断控制位定时器0中断控制位外中断0中断控制位全局中断控制位说明：复位后IE被清0，禁止一切中断第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统中断优先级寄存器--IPNANANAPSPT1PX1PT0PX0串行口中断优先级控制位定时器1中断优先级控制位外中断1中断优先级控制位定时器0中断优先级控制位外中断0中断优先级控制位1：对应的中断声明为高优先级，0：对应的中断定义为低优先级中断第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统4.中断响应同级或高优先级的中断已在进行中;当前的机器周期还不是正在执行指令的最后一个机器周期(换言之,正在执行的指令完成前,任何中断请求都得不到响应);正在执行的是一条RETI或者访问特殊功能寄存器IE或IP的指令(换言之,在RETI或读写IE或IP之后,不会马上响应中断请求,而至少执行一条其它指令之后才会响应)。(1)中断不响应的条件第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统单片机一旦响应中断请求,就由硬件完成以下功能:根据响应的中断源的中断优先级，使相应的优先级状态触发器置1执行硬件中断服务子程序调用，并把当前程序计数器PC的内容压入堆栈；把被响应的中断源所对应的中断服务程序的入口地址(中断矢量)送入PC，从而转入相应的中断服务程序。关中断允许位EA;响应中断程序处理后，清除相应的中断请求标志位(串行口中断请求标志RI和TI除外)；(2)中断响应过程第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.2MCS-51单片机中断系统(3)中断服务程序入口地址表中断源入口地址外部中断00003H定时器0000BH外部中断10013H定时器1001BH串行口0023H第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.3中断扩展1.中断与查询结合MCS-51单片机有两个外部中断输入端，当有2个以上中断源时，它的中断输入端就不够了。此时，可以采用中断与查询相结合的方法来实现。可以使每个中断源都接在同一个外部中断输入端上，同时利用输入口线作为多中断源情况下各中断源的识别线。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.3中断扩展INT0INT1P1.3P1.2P1.1P1.0+5VINT2INT3INT4INT5OC门第四章MCS-51单片机内部接口电路4.2.3中断扩展ORG0013HLJMPINT1......INT1:PUSHPSWPUSHACCJBP1.0,INT2JBP1.1,INT3JBP1.2,INT4JBP1.3,INT5GOBACK:POPACCPOPPSWRETIINT2:;INT2中断服务程序......AJMPGOBACKINT3:;INT3中断服务程序......AJMPGOBACKINT4:;INT4中断服务程序......AJMPGOBACKINT5:;INT5中断服务程序......AJMPGOBACK第四章MCS-51单片机内部接口电路4.3定时/计数器定时器的结构定时器的工作方式定时器应用举例第四章MCS-51单片机内部接口电路4.3.1定时器的结构1.定时/计数器的概念主要作用包括产生各种时标间隔，记录外部事件的数量等等。8031有两个16位的定时器/计数器。作定时器时，每个机器周期定时寄存器自动加1，因此定时器也可以看作是计量机器周期的计数器。作计数器时，计量单片机外部引脚从1到0的负跳变，每个跳变计数器自动加1。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.3.1定时器的结构2.定时/计数器的结构处理器TH1TL1TH0TL0TCONTMOD第四章MCS-51单片机内部接口电路4.3.2定时器的工作方式T0和T1无论是用作定时器或者计数器都有4种工作方式：方式0方式1方式2方式3除了方式3，T0和T1有完全相同的工作方式。第四章MCS-51单片机内部接口电路4.3.2定时器的工作方式方式0—(13位工作方式)中断请求T1引脚TL1(D0~4)TR1GATEINT1引脚T1C/T=0C/T=1fosc控制(高有效)&÷12振荡器≥11TH1(