《微計(jì)算機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用》第9章 80C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

第9章

80C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理本章重點(diǎn)：MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及性能存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及工作原理并行接口的結(jié)構(gòu)串行接口的結(jié)構(gòu)及工作方式定時(shí)器的結(jié)構(gòu)及工作方式中斷系統(tǒng)本章難點(diǎn)：存儲(chǔ)器空間的地址分配、使用特點(diǎn)定時(shí)器的工作方式中斷處理過程9.180C51的基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用模式

9.1.180C51的基本結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)主要由以下幾部分組成：1．CPU系統(tǒng)●8位CPU，含布爾處理器；●時(shí)鐘電路；●總線控制邏輯。2．存儲(chǔ)器系統(tǒng)●4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器；●128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；●21個(gè)特殊功能寄存器SFR。3．I/O口和其它功能單元●4個(gè)并行I/O口；●2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；●1個(gè)全雙工異步串行口；●中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)）。9.1.280C51外部引腳封裝80C51單片機(jī)引腳封裝

1.電源及晶振VCC：電源接入引腳。VSS：接地引腳。XTAL1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地）。XTAL2：晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳（采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端）。2．控制線引腳RST/VPD：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳。EA/VPP：內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/片內(nèi)EPROM（或FlashROM）編程電壓輸入引腳。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳。3.I/O引腳（32個(gè)，分成4個(gè)8位口）

P0.0~P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復(fù)用引腳。

P1.0~P1.7：一般I/O口引腳。

P2.0~P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳。

P3.0~P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳。9.280C51的微處理器80C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)9.2.1運(yùn)算器

1．累加器ACC（簡(jiǎn)稱為A）：用于向ALU提供操作數(shù)和存放運(yùn)算的結(jié)果。

2．寄存器B：在乘、除運(yùn)算時(shí)用來存放一個(gè)操作數(shù)，乘法運(yùn)算時(shí)，B中存放的是乘數(shù)。

3．暫存寄存器：用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)總線或其它寄存器送來的操作數(shù)。

4．程序狀態(tài)字寄存器PSW：是一個(gè)逐位定義的8位寄存器，它用于寄存器程序運(yùn)行的狀態(tài)信息。9.2.2控制器

1.程序計(jì)數(shù)器PC：是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器（注意：PC不屬于SFR）。其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。單片機(jī)開機(jī)或復(fù)位時(shí)，PC自動(dòng)清0，即裝入地址0000H，這就保證了單片機(jī)開機(jī)或復(fù)位后，程序從0000H地址開始執(zhí)行。

2.指令寄存器（IR）及指令譯碼器（ID）：IR保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。指令內(nèi)容含操作碼和地址碼兩部分，操作碼送往ID，并形成相應(yīng)指令的微操作信號(hào)。

3.定時(shí)與控制邏輯電路：它的任務(wù)是控制取指令、執(zhí)行指令、存取操作數(shù)及運(yùn)算結(jié)果等操作，向其它部件發(fā)出各種微操作控制信號(hào)，協(xié)調(diào)各部件的工作。9.3存儲(chǔ)器80C51存儲(chǔ)器配置

在物理上可分為4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在邏輯上，即從用戶使用角度去分，可分為3個(gè)邏輯空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間；片內(nèi)256B或384B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間；片外64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。用戶要采用不同的指令形式和尋址方式，訪問這3個(gè)不同的邏輯空間。9.3.1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩種，二者無論在物理上和邏輯上，其地址空間都是彼此獨(dú)立的。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址范圍為00H～FFH，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間為0000H～FFFFH。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

1.工作寄存器組由32個(gè)RAM單元組成，地址為00H～1FH。共4個(gè)區(qū)，每區(qū)由8個(gè)通用工作寄存器R0～R7組成。工作寄存器區(qū)域的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的RS1和RS0確定，它們可用位操作指令直接修改，從而選擇不同的工作寄存器區(qū)。80C51內(nèi)部RAM功能配置圖工作寄存器選擇

2.位尋址區(qū)

RAM位尋址區(qū)是布爾處理機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的主要組成部分，全部可以位尋址。3.數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址為30H～7FH，這些RAM單元按字節(jié)尋址。由于80C51單片機(jī)在復(fù)位時(shí)，堆棧指針SP指向07H單元，故當(dāng)用戶使用堆棧時(shí)，應(yīng)該首先設(shè)置堆棧。用戶堆棧一般設(shè)在30H～7FH范圍之內(nèi)。原則上棧深為128個(gè)字節(jié)，即以不超過RAM空間為限。4.專用寄存器（SFR）專用寄存器又稱為特殊功能寄存器。80C51片內(nèi)的I/O端口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口數(shù)據(jù)緩沖器以及各種控制寄存器（除PC外），都以特殊功能寄存器的形式出現(xiàn)，80C51共有21個(gè)特殊功能寄存器，它們離散地分布在片內(nèi)80H～FFH地址空間范圍內(nèi)。另外，在SFR塊中字節(jié)地址能被8整除的單元具有位尋址功能。SFR塊中各個(gè)寄存器：累加器A：參見9.2.1.寄存器B：參見9.2.1.程序狀態(tài)字PSW：PSW狀態(tài)字格式

下面說明各位的含義。（1）CY（PSW.7）：進(jìn)/借位標(biāo)志（2）AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志（3）F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位（4）RS1，RS0（PSW.4，PSW.3）：工作寄存器區(qū)選擇控制位（5）OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位（6）P：（PSW.0）奇偶標(biāo)志位數(shù)據(jù)指針DPTR它是一個(gè)16位專用寄存器，其高字節(jié)寄存器用DPH表示，低字節(jié)寄存器用DPL表示。既可作為16位寄存器（DPTR）使用，又可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器（DPH、DPL）來使用。DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（64KB）時(shí)作地址指針使用。I/O端口P0～P3專用寄存器P0、P1、P2和P3分別是I/O端口P0～P3的鎖存器。

串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)。它由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，一個(gè)是接收緩沖器（兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址）。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器80C51有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1。它們各由2個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成，共分為4個(gè)獨(dú)立的寄存器：TH0、TL0、TH1、TL1。其他控制寄存器IP、IE、TMOD、TCON、SCON和PCON寄存器等。9.3.2程序存儲(chǔ)器

1.80C51內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

80C51內(nèi)部有4KBROM程序存儲(chǔ)器，地址為0000H～0FFFH（如下圖所示）。

2.外部程序存儲(chǔ)器

8031/8032/80C32片內(nèi)無ROM，可擴(kuò)展64KB外部程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器中有7個(gè)地址具有特殊功能，80C51復(fù)位后，（PC）=0000H，故系統(tǒng)程序必須從0000H單元開始，因而0000H是復(fù)位入口地址，也叫做系統(tǒng)程序的啟動(dòng)地址。一般在該單元中存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)地址通常放在初始化程序及主程序中。除0000H單元外，其他6個(gè)特殊單元分別對(duì)應(yīng)于6種中斷入口地址。通常在這些入口地址都放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)中斷服務(wù)程序入口去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。各種中斷服務(wù)子程序入口地址

9.4CPU工作條件及運(yùn)行方式9.4.1時(shí)鐘及工作時(shí)序

1．振蕩器和時(shí)鐘電路

80C51內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，需附加電路。80C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有以下兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTALL2兩端跨接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。80C51時(shí)鐘電路接線方法

外部時(shí)鐘方式80C51單片機(jī)外部時(shí)鐘接入方式2．工作時(shí)序

CPU執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱為指令周期。指令周期是以機(jī)器周期為單位的。80C51典型的指令周期為一個(gè)機(jī)器周期。80C51單片機(jī)規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期包括6個(gè)狀態(tài)S1～S6，每個(gè)狀態(tài)又分兩部分：相位1（P1）和相位2（P2），即每個(gè)狀態(tài)包括2個(gè)振蕩（晶振）周期。因此，有下式成立：1個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)=12個(gè)振蕩周期。80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)

3．80C51的典型時(shí)序單機(jī)器周期指令時(shí)序由于是單字節(jié)指令，因此只需進(jìn)行一次讀指令操作，當(dāng)?shù)诙€(gè)ALE有效時(shí)，由于PC不加1，所以讀出的還是原指令，屬于一次無效操作。雙字節(jié)指令時(shí)，對(duì)應(yīng)于ALE兩次讀操作都是有效的，第一次是讀指令操作碼，第二次是讀指令中的第二字節(jié)。雙機(jī)器周期指令時(shí)序?qū)τ趩巫止?jié)指令，在兩個(gè)機(jī)器周期之內(nèi)要進(jìn)行4次讀操作。只是后3次讀操作無效。單字節(jié)雙周期指令時(shí)序

訪問外部RAM的雙周期指令時(shí)序

9.4.2復(fù)位及初始狀態(tài)

復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。同時(shí)復(fù)位還對(duì)其它一些特殊功能寄存器有影響。P0~P3為FFH，SP為07H，SBUF不定，IP、IE和PCON的有效位為0，其余的特殊功能寄存器的狀態(tài)均為00H。相應(yīng)的意義為：（1）P0~P3=FFH，相當(dāng)于各接口鎖存器已寫入1，此時(shí)不但可用于輸出，也可以用于輸入；（2）SP=07H，堆棧指針指向片內(nèi)RAM的07H單元；（3）IP、IE和PCON的有效位為0，各中斷源處于低優(yōu)先級(jí)且均被關(guān)斷，串行通信的波特率不加倍；（4）PSW=00H，當(dāng)前工作寄存器為0組。1.復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路

9.4.3運(yùn)行方式

80C51單片機(jī)具有低功耗運(yùn)行方式。對(duì)于CHMOS型單片機(jī)有兩種低功耗方式：待機(jī)方式與掉電方式。HMOS型單片機(jī)僅有一種低功耗方式，即掉電方式。

1.HMOS型單片機(jī)的掉電運(yùn)行方式正常運(yùn)行時(shí)，HMOS型單片機(jī)由VCC供電。當(dāng)VCC掉電時(shí)，在VCC下降到操作允許極限之前，RST/VPD接上備用電源，向內(nèi)部RAM供電。當(dāng)VCC恢復(fù)時(shí)，備用電源仍要保持一段時(shí)間，以便完成復(fù)位操作，然后重新開始工作。低功耗掉電方式

2.CHMOS型單片機(jī)的掉電運(yùn)行方式與待機(jī)方式在CHMOS型單片機(jī)中，待機(jī)方式與掉電方式均由特殊功能寄存器PCON的有關(guān)位控制，該控制字格式如下圖所示。PCON控制字格式

下面說明其中各位含義：SMOD（PCON.7）：波特率加倍位。當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口方式1、2、3的波特率提高一倍。PCON.6，PCON.5，PCON.4：保留位，無定義。GF1（PCON.3）：通用標(biāo)志位，供用戶使用。GF0（PCON.2）：通用標(biāo)志位，供用戶使用。PD（PCON.1）：掉電方式位。當(dāng)PD=1時(shí)，機(jī)器進(jìn)入掉電工作方式。IDL（PCON.0）：待機(jī)方式位。當(dāng)IDL=1時(shí)，機(jī)器進(jìn)入待機(jī)工作方式。(1)掉電運(yùn)行方式當(dāng)80C51檢測(cè)到電源故障時(shí)，PD=1，片內(nèi)振蕩器停止工作，只有片內(nèi)RAM內(nèi)容被保持。單片機(jī)進(jìn)入掉電運(yùn)行方式。退出掉電方式的惟一途徑是硬件復(fù)位，復(fù)位信號(hào)維持10ms。

(2)待機(jī)方式當(dāng)執(zhí)行了使PCON寄存器中IDL位為“1”的指令后，單片機(jī)就進(jìn)入了待機(jī)方式。當(dāng)IDL=1，CPU處于凍結(jié)狀態(tài)。然而，時(shí)鐘信號(hào)仍能提供給中斷邏輯、串行口和定時(shí)器。在待機(jī)期間CPU狀態(tài)被完整保存，如程序計(jì)數(shù)器PC，堆棧指針SP，程序狀態(tài)字PSW，累加器A及所有的工作寄存器等。而ALE和PSEN變?yōu)闊o效狀態(tài)。有兩種方法退出待機(jī)方式：任何一個(gè)允許的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)時(shí)，內(nèi)部硬件電路將IDL位清零，結(jié)束待機(jī)狀態(tài)，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。硬件復(fù)位:由于時(shí)鐘振蕩器仍在工作，只要復(fù)位信號(hào)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上，便可完成復(fù)位，結(jié)束待機(jī)狀態(tài)。9.5并行接口

80C51單片機(jī)有4個(gè)8位I/O端口P0～P3：P0口為三態(tài)雙向口；P1～P3為準(zhǔn)雙向口。在單片機(jī)中口是一個(gè)集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)及鎖存等功能為一體的I/O電路。9.5.1并口的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器

1.P0口（P0.0～P0.7，39～32腳）為三態(tài)雙向口P0口位結(jié)構(gòu)

（1）P0口作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用（2）P0口作通用I/O端口使用（3）P0口線上的“讀—修改—寫”功能

2.P1口（P1.0～P1.7、1～8腳）準(zhǔn)雙向口P1口位結(jié)構(gòu)

3.P2口（P2.0～P2.7，21～28腳）準(zhǔn)雙口（1）P2口作通用I/O端口使用（2）P2口作地址總線口使用P2口位結(jié)構(gòu)

4.P3口（P3.0～P3.7、10～17腳）雙功口（1）P3口作第一功能口（通用I/O端口）使用（2）P3口作第二功能口使用

P3口位結(jié)構(gòu)

9.5.2并口的驅(qū)動(dòng)能力

P0口的輸出級(jí)與P1～P3口的輸出級(jí)在結(jié)構(gòu)上是不同的，因此它們的負(fù)載能力與接口要求也不相同。P0口的每個(gè)位口線可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門輸入，當(dāng)把它當(dāng)作通用I/O端口使用時(shí)，輸出級(jí)是漏級(jí)開路，故用它去驅(qū)動(dòng)NMOS輸入時(shí)需外接上拉電阻；把它當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)總線口使用時(shí)，它為三態(tài)雙向口，無需外界再加上拉電阻。P1～P3口輸出級(jí)接有內(nèi)部上拉電阻，它的每個(gè)位口線可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門輸入，輸入端都可以被集電極開路或漏級(jí)開路電路所驅(qū)動(dòng)，無需再外接上拉電阻。9.6串行接口

9.6.1串口的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器80C51串行口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.80C51串行口的控制寄存器單片機(jī)串行口是可編程的，對(duì)它初始化編程只需將兩個(gè)控制字分別寫入特殊功能寄存器SCON（98H）和電源控制寄存器PCON（97H）即可。串行控制寄存器SCON是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。字節(jié)地址為98H，可進(jìn)行位尋址，其格式為:（1）SM0和SM1（SCON.7和SCON.6）：串行口工作方式選擇位。串行口的工作方式（2）SM2（SCON.5）：多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。在方式0時(shí)，SM2必須是0。在方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。（3）REN（SCON.4）：允許串行接收位。若軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。（4）TB8（SCON.3）：在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，在多機(jī)通信中，TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1為地址，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式0和方式1中，該位未用。（5）RB8（SCON.2）：在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。（6）TI（SCON.1）：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。（7）RI（SCON.0）：接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的一半時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。2.電源控制寄存器為PCON（97H）在PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)，其格式為:（1）SMOD（PCON.7）：波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。9.6.2串口的工作方式

1.方式0

方式0時(shí)，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。（1）方式0輸出方式0輸出時(shí)序

(2)方式0輸入方式0輸出時(shí)，串行口可以外接串行輸入行輸出的移位寄存器，如74LS164、CD4094等。方式0輸入時(shí)序

方式0發(fā)送電路

方式0接收電路

2.方式1

串行口定義為方式1時(shí)，是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。串口幀數(shù)據(jù)格式

(1)方式1輸出方式1的發(fā)送時(shí)序

(2)方式1輸入方式1的接收時(shí)序3.方式2和方式3串行口方式2和方式3的數(shù)據(jù)格式

(1)方式2和方式3輸出

CPU向SBUF寫入數(shù)據(jù)時(shí)，就啟動(dòng)了串行口的發(fā)送過程。SCON中的TB8寫入輸出移位寄存器的第9位，8位數(shù)據(jù)裝入SBUF。方式2和方式3的發(fā)送時(shí)序

(2)方式2和方式3輸入軟件使接收允許位REN為1后，接收器就以所選頻率的16倍速率開始取樣RXD引腳的電平狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到RXD引腳發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，開始接收這一幀數(shù)據(jù)。方式2和方式3的接收時(shí)序4.波特率的計(jì)算方式0的波特率=fosc/12方式2的波特率=（2/64）·fosc方式1的波特率=（2/32）·（T1溢出率）方式3的波特率=（2/32）·（T1溢出率）當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。T1溢出率=fosc/{12×[256–（TH1）]}在使用串行口之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器①、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1；啟動(dòng)T1（編程TCON中的TR1位）；確定串行口控制（編程SCON寄存器）；串行口在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）。9.7定時(shí)/計(jì)數(shù)器9.7.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器

1.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖

2.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能

(1)計(jì)數(shù)功能：計(jì)數(shù)是對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。

(2)定時(shí)功能：通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，不過這時(shí)計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期，因此計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。

3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低4位用于T0，高4位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳INT0或INT1也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。C/T：定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。C/T＝0為定時(shí)模式；C/T=1為計(jì)數(shù)模式。M1、M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，由M1、M0進(jìn)行設(shè)置。(2)控制寄存器TCONTCON的低4位用于控制外部中斷，將在下節(jié)中介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：TF1（TCON.7）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1開始工作；TR1置0時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（TCON.5）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。9.7.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3），T1有3種工作方式（方式0、1、2）。

1.方式0

這里要說明一下門控位GATE具有的特殊作用。方式0的邏輯結(jié)構(gòu)

通常，在定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用中要根據(jù)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)求出送入TH1、TL1和TH0、TL0中的計(jì)數(shù)初值。當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)范圍為1～8192。按照計(jì)數(shù)初值的計(jì)算公式：式中，X為計(jì)數(shù)初值，N為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù).當(dāng)計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為1時(shí)，初值X為8191；計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)為8192時(shí)，初值X為0。即初值在8191～0范圍時(shí)，計(jì)數(shù)范圍為1～8192。當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間t的計(jì)算公式為:t=N*Tcy式中t為定時(shí)時(shí)間，N為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，Tcy

為時(shí)鐘周期。2.方式1

方式1的邏輯結(jié)構(gòu)

當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)范圍為1～65536。當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間t計(jì)算公式為：t=N*Tcy式中t為定時(shí)時(shí)間，N為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)，Tcy

為時(shí)鐘周期。例：若要求定時(shí)器T0工作于方式1，定時(shí)時(shí)間為1ms，當(dāng)晶振頻率為6MHz時(shí)，求送入TH0和TL0的計(jì)數(shù)初值各為多少？解：由于晶振頻率為6MHz，所以機(jī)器周期Tcy

為2μs。所以N＝t/Tcy＝1×10–3/2×10–6＝500X＝216–N＝65536–500＝65036＝FE0CH即應(yīng)將FEH送入TH0中，0CH送入TL0中。3.方式2方式2的邏輯結(jié)構(gòu)工作方式0和工作方式1的特點(diǎn)是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為0。4.方式3T0方式3的邏輯結(jié)構(gòu)

9.8中斷系統(tǒng)

9.8.1中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器80C51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.中斷源80C51單片機(jī)的有三類共五個(gè)中斷源，分別為外部中斷（2個(gè)）、定時(shí)中斷（2個(gè)）、串行中斷（1個(gè)）：外部中斷類：由外部原因引起，包括外部中斷0和外部中斷1，對(duì)應(yīng)引腳為INT0（P3.2）和INT1（P3.3）。定時(shí)中斷類：定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置。為此單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。以對(duì)其中的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。串行中斷類：串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設(shè)置的，當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。因此這種中斷也是在單片機(jī)內(nèi)部自動(dòng)發(fā)生，無需在芯片上設(shè)置引腳。2.中斷控制

(1)TCON的中斷標(biāo)志其中與中斷有關(guān)的有6位，定義如下：IT0（TCON.0）：外部中斷INT0觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT0=0時(shí)，INT0為電平觸發(fā)方式（低電平有效）。當(dāng)IT0=1時(shí)，INT0為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1）：外部中斷INT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)CPU采樣到INT0端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)，由硬件置IE0=1，在中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時(shí)，再由硬件自動(dòng)清0。IT1（TCON.2）：外部中斷INT1觸發(fā)方式控制位。其操作功能與IT0類同。IE1（TCON.3）：外部中斷INT1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。其操作功能與IE0類同。TF0（TCON.5)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。在T0啟動(dòng)后就開始由初值加1計(jì)數(shù)，直至最高位產(chǎn)生溢出由硬件置TF0=1，CPU響應(yīng)中斷時(shí)，TF0由硬件自動(dòng)清0。TF1（TCON.7）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。其操作功能與TF0類同。(2)SCON的中斷標(biāo)志

a)RI（SCON.0）：串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收一個(gè)串行幀，由硬件置位RI。RI必須由軟件清除。TI（SCON.1）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動(dòng)了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，TI必須由軟件清除。單片機(jī)復(fù)位后，TCON和SCON各位清0。另外，所有能產(chǎn)生中斷的標(biāo)志位均可由軟件置1或清0。(3)中斷允許控制寄存器IEEX0（IE.0）：外部INT0中斷允許位。ET0（IE