MCS-單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理

1、MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理背景知識(shí)6.1 定時(shí)和計(jì)數(shù)的基本概念MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理背景知識(shí)TH1 TL1TH0 TL0TMODTCONMCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測(cè)外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測(cè)外部事件發(fā)生的次數(shù)M

2、CS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測(cè)外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測(cè)外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理為什么需要定時(shí)/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)需要的延時(shí)啟動(dòng)某項(xiàng)任務(wù)檢測(cè)外部事件發(fā)生的次數(shù)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理如何實(shí)現(xiàn)?軟件延時(shí)采用延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)固定的硬件延時(shí)采用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(Timer/Counter,簡(jiǎn)稱T/C)正是MCS-51單片機(jī)的一種重要的功能部件MC

3、S單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時(shí)間:MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時(shí)間:MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時(shí)間:MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時(shí)間:MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)工作原理?例:往桶里滴水,考察其溢出時(shí)間:桶有多大?-定時(shí)/計(jì)數(shù)范圍滴水的速度?-時(shí)鐘源頻率原來有多少水?-初值問題如何知道溢出?-溢出時(shí)的反應(yīng)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本

4、原理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)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理圖6-2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制邏輯 MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理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12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1計(jì)數(shù)器，加1計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)每個(gè)機(jī)器周期使T0或T1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)可以得到定時(shí)時(shí)間。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T0（）和T1（），CPU對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)，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)。MCS單

5、片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理計(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S5P2期間采樣T0和T1引腳的輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。所以檢測(cè)一個(gè)從1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(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6-3所示。MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理圖6-3 對(duì)輸入脈沖寬度的要求MCS

6、單片機(jī)結(jié)構(gòu)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(shè)置定時(shí)器的工作模式，低半字節(jié)設(shè)置T0，高半字節(jié)設(shè)置T1。8051系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，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(shí)器T1定時(shí)器T0TMOD（89H） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)于四種模式。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器方式選擇位設(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)設(shè)置為計(jì)數(shù)方式。計(jì)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(jī)結(jié)構(gòu)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(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。MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)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(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TCONMCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理6.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作模式及其應(yīng)用 模式 0 及其應(yīng)用 模式 1 及其應(yīng)用6.3.3

8、 模式 2 及其應(yīng)用6.3.4 模式 3 及其應(yīng)用MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理6.3.1 工作模式0及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)2 模式0的應(yīng)用MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理1 邏輯結(jié)構(gòu)圖6-7 模式0時(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)圖 MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理例6.4 用T0定時(shí)，選擇工作模式0，由單片機(jī)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(shè)置工作方式 MOV TH0, #0E0H ；設(shè)初始值：1110 00

9、00 0001 1000：; 1C18H:7192 MOV TL0, #18H SETB TR0 ；啟動(dòng)定時(shí)器 SETB EA ；開放定時(shí)器中斷 SETB ET0 LJMP $INT_TIME0: MOV TH0, #0E0H ；對(duì)定時(shí)器重新賦值 MOV TL0, #18H RETI2 工作模式0應(yīng)用MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理6.3.2 工作模式1及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)2 模式1的應(yīng)用MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理1 模式 1 的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-8 模式1邏輯結(jié)構(gòu)圖 MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理2 模式 1 的應(yīng)用舉例例6.7 用T1定時(shí)，選擇工作模式1，由單片機(jī)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(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)MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理6.3.3 工作模式2及其應(yīng)用 1 邏輯結(jié)構(gòu)2 模式2的應(yīng)用MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理1 模式 2 的邏輯電路結(jié)構(gòu)圖6-9 模式2邏輯結(jié)構(gòu) MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)

11、和基本原理2 模式 2 的應(yīng)用舉例例6-10：利用定時(shí)器T1的模式2對(duì)外部信號(hào)計(jì)數(shù)。要求每計(jì)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(shè)置T1為模式2,外部計(jì)數(shù)方式 MOV TL1,#9CH ；T1計(jì)數(shù)器初值:156 MOV TH1,#9CH SETB EA ；開放定時(shí)器中斷 SETB ET1 SETB TR1 ；啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)HERE: SJMP HERE ；等待中斷 RETIMCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理6.4 綜合應(yīng)用舉例 由于MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/

12、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：（1）確定工作方式，即對(duì)TMOD寄存器進(jìn)行賦值。（2）計(jì)算計(jì)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?jīng)Q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?jīng)Q定是否置位EA使CPU開中斷。（5）置位TRx啟動(dòng)計(jì)數(shù)。MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理例6-11 試選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0測(cè)試INT0（）引腳上輸入的被測(cè)脈沖寬度，已經(jīng)晶振頻率12M分析：定時(shí)器可以用于測(cè)量脈沖寬度程序設(shè)計(jì)，測(cè)量外部脈沖寬度利

13、用TMOD的門控位控制很方便，當(dāng)設(shè)置GATE1時(shí)，僅設(shè)置TR0（TR1）等于“1”，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。測(cè)試過程如圖6-11所示 圖6-11 被測(cè)脈沖波形 MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)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(cè)脈沖寬度太長(zhǎng)，則累計(jì)溢出次數(shù)MOV TMOD,#09H ；設(shè)置T0為模式1，門控方式MOV TL0,#00H ；設(shè)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(huì)啟動(dòng)T0JNB P3.2, $ ；等待高電平到來JB P3.2,$ ；高電平到來，啟動(dòng)T0開始測(cè)量CLR TR0 MOV R0,TH0 ；低電平，測(cè)量結(jié)束，保存結(jié)果MOV R1,TL0 LJMP $INT_TIME0: INC R2MOV TL0,#00HMOV TH0,#00HRETIMCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)結(jié)構(gòu)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(jì)數(shù)器預(yù)清0MOV TMOD,#01H ；定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作于方式1MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H；初值15536，計(jì)50000次SETB EA ；開總中斷允許SETB ET0 ；開定時(shí)/計(jì)數(shù)器0允許SETBTR0 ；定時(shí)/計(jì)數(shù)器0開始運(yùn)行LOOP: AJMP LOOP ；真正工作時(shí),這里可寫任意程序INT_TIME0: INC 30H；定時(shí)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(jì)數(shù)器T_END:MOVTH0,# 3CHMOV TL0,# 0B0H ；重置定時(shí)常數(shù)RETIMCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理例6-13 設(shè)一交通路口設(shè)紅、黃、綠三盞交通燈，當(dāng)紅燈亮2s后，黃燈亮400ms，綠燈亮1s，試用單片機(jī)模擬交通燈控制 分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(gè)發(fā)光二極管。但是這里用到三個(gè)定時(shí)時(shí)間（2s、400ms 、1s），難道每個(gè)定時(shí)時(shí)間都編寫不同的定時(shí)程序，那么如果需要更多的定時(shí)時(shí)間，怎么辦？這里還是采用軟件定時(shí)器的方式，即找到這幾個(gè)定時(shí)的時(shí)間的公約數(shù)，利用軟件計(jì)數(shù)器就可以完成不同的延時(shí)。MCS單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理例6-13源程序如下：NumberOf50ms EQU 30H ；定義軟件定時(shí)器的計(jì)數(shù)次數(shù)ORG 0000HLJMP MAIN ORG 00