51单片机的基本端口操作.docx
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51单片机的基本端口操作
第一章51单片机的基本端口操作
主要对单片机最简系统在实际应用中的使用方法，从简单到复杂地实现单片机最简系统的基本功能。
“点亮最简单的单片机系统”从单片机原理上介绍单片机的基本组成和最简单系统的典型电路，以及有关单片机C51编程方法和例程。
“更加明亮的小灯”从功能上介绍如何使LED发光稳定，从原理上介绍单片机I/O口的电气特性和使用方法。
“定时亮灭的小灯”介绍如何使LED灯定时亮、灭，从单片机原理上介绍定时器的使用和编程方法。
“小灯亮灭的人工控制”从功能上介绍如何通过按键控制LED灯的亮灭，从单片机原理上介绍单片机中断的使用和编程方法。
先复习下Keil51的操作。
1.1点亮最简单的单片机系统
常用MCS-51系列单片机引脚功能说明
引脚定义
引脚功能
功能说明
Vcc
+5V电源
电源电压
Vss
地
电路接地端
P0.0-P0.7
通道0
8位漏极开路的双向I/O通道
P1.0-P1.7
通道1
8位拟双向I/O通道
P2.0-P2.7
通道2
8位拟双向I/O通道
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
INT0
外部中断0输入口
P3.3
INT1
外部中断1输入口
P3.4
T0
定时器/计数器0外部时间脉冲输入端
P3.5
T1
定时器/计数器1外部时间脉冲输入端
P3.6
WR
外部数据存储器写脉冲
P3.7
RD
外部数据存储器读脉冲
RST/VPD
复位输入信号
该引脚上有2个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下将只给片内RAM供电
ALE/PROG
地址锁存有效信号
主要作用是提供一个适当的定时信号
PSEN
程序选通有效信号
低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上
EA/Vpp
片选使能
当保持TTL高电平时，8051执行内部ROM的指令；当使TTL为低电平时，从外部程序存储器取出所有指令
XTAL1
晶振输入端
内部振荡器外接晶振的一个输入端
XTAL2
晶振输入端
内部振荡器外接晶振的另一个输入端
提问：
什么是单片机系统、
提问：
单片机中晶振有什么作用？
回答：
单片机访问一次存储器的时间，称之为一个及其周期，是一个时间基准。
一个机器周期包括12个时钟周期。
如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12X（1/12us），也就是1us。
若是12MHz的晶振，当单片机中定时/计数器的数值加1时，实际经过的时间就是1us。
提示：
晶振电路，复位电路
基本电路图：
发光二极管导通压降通常为1.7V-1.9V;
为什么要接电阻？
电路原理及器件选择？
89C51:
单片机，控制发光二极管亮灭
OSC：
晶振，在本例中选择12MHz的立式晶振
C3,C2：
晶振电路的起振电容，容值为22pF
L1:
发光二极管
R1:
限流电阻，阻值为1k欧
地址分配和连接？
P1.0：
与发光二极管电路相连，控制LED发光二极管阴极的电平高低
RESET:
复位引脚
X1，X2：
单片机的晶振引脚
程序设计：
延时程序：
我们先不使用单片机的定时器，而是直接采用软件的延时程序定时控制发光二极管的亮灭。
在12M晶振时，一个指令周期为1us，那么1M次就是1s。
程序代码：
#include
sbitgate=P1^0；//位定义
voidmain（void）
{
unsignedinti,j;
while
（1）
{
for（i=1000;i>0;i--）//双重循环，延时约1s
for（j=1000;j>0;j--）;
gate=！
gate;//对P10取反，控制小灯
}
}
补充：
结合第五代开发板电路图可以看到…
1.2更加明亮的小灯
外加与非门做驱动电路，增大电流，当然也有相应的电子驱动芯片。
1.3定时亮灭的小灯
下面我们进入单片机最重要的内容之一，定时和中断。
1.什么是单片机的定时器？
MSC-51单片机一般有两个内部的16位定时器/计数器，分别成为T0和T1.分别有两个8位的RAM单元组成，即每个计数器都是16位的计数器，最大计数量为2的16次方等于65536.
而定时和计数的关系是什么呢？
找个同学告诉我吧。
定时器每完成一个时间的定时，计数器就加1.
2．一定要计满65536个数吗？
3.如何使用MCS-51单片机的定时器呢？
定时器有两个特定的寄存器TMOD和TCON，就象定时器的操作界面。
首先介绍定时器/计数器的方式寄存器TMOD。
TMOD的控制字
TMOD.7
TMOD.6
TMOD.5
TMOD.4
TMOD.3
TMOD.2
TMOD.1
TMOD.0
GATE
C/T
M1
M0
GATE
C/T
M1
M0
可以看到，高四位和第四位分别代表两个定时器/计数器，所以我们可以以TMOD第四位来说明各位的定义与功能。
GATE：
分为两种情况，GATE=0时，定时器的起停和INT1无关，在这种情况下，定时器的起停只取决与TR0.GATE=1时，在此种情况下定时器/计数器的开关不仅要由TR0来控制，而且还要受到INT1引脚的控制，只有TR1为1时，且INT1引脚也是高电平，定时器才能开始工作。
C/T：
定时/计数器功能选择。
如果C/T为0就做定时器，如果C/T为1就做计数器。
当然只能二选一。
M1,M0：
用M1,M0来控制定时器/计数器4种工作方式的选择。
工作方式0：
M1=0,M0=0.13位定时.计数方式。
它由TL（1/0）的低五位和TH（0/1）的8位构成13位的计数器，此时TL（1/0）的高3位未用。
工作方式1：
M1=0,M0=1.是16位定时/计数方式，其他特性与工作方式0相同。
工作方式2：
M1=1,M0=0.自动重装初值的8位定时/计数器。
初值放在T（0/1）的高8位。
在工作方式2，只有低8位参与计算，而高8位不参与计算，用作预置数存放，技术范围256。
每当计数溢出，就会打开T（0/1）的高、低8位之间的开关，计预置数进入低8位。
这是由硬件自动完成的。
通常这种方式用于波特率发生器（我们将在串行接口中讲解）
工作方式3：
M1=1,M0=1.这种工作方式下，定时/计数器被拆成2个独立的定时/计数器来用。
其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，儿TH0则只能作为定时器来用。
只有在T1以工作方式2运行时，才让T0以工作方式3运行。
然后，我们介绍控制寄存器TCON
TCON控制寄存器
TCON.7
TCON.6
TCON.5
TCON.4
TCON.3
TCON.2
TCON.1
TCON.0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
TR0:
T0的运行控制位。
启动定时器T0没有专门的指令，而是通过TR0进行控制。
当GATE=0时，T0的运行只取决于TR0的0和1；当门控位GATE=1时，仅当TR0=1,并且外中断0引脚上的输入值为高电平时，T0才开始计数，这两个条件缺一不可
TF0:
T0的溢出和中断申请标志位。
当T0溢出时，硬件置位TF0，表示提出了中断申请。
该标志位可以通过软件查询，也可以用软件清零和置位，在单片机响应中断申请后，硬件自动清零。
TR1:
TF1:
接下来我们来看一个典型的定时器程序。
要求：
定时10ms，P1.0反相。
//定义头文件和位定义
#include
#include
sbitP00=P0^0;
sbitP13=P1^3;
voidmain（void）
{
//初始化端口
P0=0xFF;
P13=0;
//初始化定时器
TMOD=0x01;
TH0=0xD8;
TL0=0xF0;
//启动定时器，开中断
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
//等待循环
while
（1）;
}
//定时器0中断服务子程序
voidtimer0_ISR（void）interrupt1using1
{
//定时器初始重载
TH0=0xD8;
TL0=0xF0;
//操作
P00=!
P00;
}
到这里，大家肯定就会有疑惑，什么叫做中断服务子程序，什么又叫做中断。
我们稍后解释。
这里需要提醒大家的是单片机定时/计数器各种工作方式下的最大计数量。
工作方式0：
13位，2的13次方等于8192次；
工作方式1：
16位，2的16次方等于65536次；
工作方式2和3：
都是8位的，2的8次方等于256次
那么就出现了一个问题，如果我想定时1s的话，该怎么做呢？
大家思考一下，然后我请个同学来回答。
下面我们一起来看看如何实现1s的定时亮灭。
#include
#include
#defineunitunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitP00=P0^0;
sbitP13=P1^3;
uintoverflow_count=0;
voidmain（void）
{
P0=0xFF;
P13=0;
TMOD=0x01;
TH0=0xD8;
TL0=0xF0;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
while
（1）
{
If（overflow_count==100）
{P00=!
P00;
Overflow_count=0;
};
}
voidtimer0_ISR（void）interrupt1using1
{
TH0=0xD8;
TL0=0xF0;
Overflow_count++;
}
完成了小灯定时亮灭，我们就基本学会了如何使用单片机定时器/计数器的使用方法。
下面，就让我们来看看前面留下的问题----“中断”。
定义：
中断属于一种对事件的实时处理过程，中断源可能随时停止CPU当前的工作，转而去处理中断服务程序，待中断服务程序完成后，再返回原来工作的断点处，继续原来的工作。
再者，我们需要知道，单片机内部有多个中断，分别是
定时/计数器0中断----T0中断
定时/计数器1中断----T1中断
外中断0----INT0中断
外中断1----INT1中断
串口中断----串口中断
那么，当不同的中断同时发出终端申请，自然就会有一个中断优先级的问题。
优先级的问题不仅仅发生在两个中断同时产生的情况，也发生在一个中断已经产生而未结束，又有一个中断产生的情况。
最后，就是中断的响应过程。
具体来说可以分为以下几个步骤。
保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈；
寻找中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查找5个不同的入口地址；
执行中断服务程序，用中断服务程序处理需要改变的变量或者事件；
中断返回，执行完中断服务程序后，从中断断点处返回主程序，继续执行主程序。
上面分什么是中断，中断优先级，中断的响应三个部分简单介绍了中断，下面我们来看看单片机中断系统有何作用。
简单的说，单片机在自动控制中所起到的作用就两个，一个是定时/计数，另一个就是中断的使用。
中断的作用如下：
第一、实现高速CPU和低速外设之间的配合，利用中断方式进行I/O口操作，在宏观上可以看成CPU和外设的并行工作；
第二、可以实现实时控制。
实时处理是控制系统对单片机提出的要求，各个设备可以随时向CPU发出中断申请，而CPU也必须做出快速响应和及时处理。
第三、实现故障的紧急处理。
当外设发生故障时，可以利用中断系统请求CPU及时处理这些故障。
第四、便于人机联系。
操作人员可以利用键盘等实现中断，完成人工介入。
接下来我们学习中断的使用！
中断系统主要包括5个中断请求源和4个控制寄存器IE,IP,TCON和SCON来控制中断申请，中断开关和中断优先级。
1.中断方式和标志位TCON
TCON的低四位用于外部中断的控制，高4位用于T0,T1的控制。
TCON中的控制字
TCON.7
TCON.6
TCON.5
TCON.4
TCON.3
TCON.2
TCON.1
TCON.0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
外部中断请求源
IT0:
INT0触发方式控制位，可由软件进行置位和复位。
IT0=0,INT0为低电平触发方式；IT0=1,INT0为负跳变触发方式。
IE0:
INT0中断请求标志位。
当有外部中断的请求时，这位就会置1；在CPU响应中断后，IE0置0；
IT1:
IE1:
2.中断允许寄存器IE
中断允许寄存器IE
IE.7
IE.6
IE.5
IE.4
IE.3
IE.2
IE.1
IE.0
EA
X
X
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
其中：
EA:
总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许
ES:
串行口中断允许
ET1:
定时器1中断允许
EX1:
外中断1中断允许
ET0:
定时器0中断允许
EX0:
外中断0中断允许
5个中断的自然优先级为：
外中断0----INT0中断----EX0
定时器0----T0中断----ET0
外中断1----INT1中断----EX1
定时器1----T1中断----ET1
串口中断----串口中断----ES
中断优先级寄存器
-
-
-
IP.4
IP.3
IP.2
IP.1
IP.0
EA
X
X
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
其中某位为1，那么就为高优先级。
了解了中断的控制，最后我们回到开始程序中的中断服务子程序。
函数格式为
返回值函数名称（【参数】）【模式】【重入】interruptn【usingn】
其中interruptn对应的是中断源的编号，而usingn决定了使用寄存器的组号。
而51系统中有四个寄存器组，取决与PSW的两位RS0和RS1的设置。
为了方便大家理解，我们给出不同中断服务程序的C51写法如下：
外中断INT0
voidintsvr0（void）interrupt0using1
定时/计数器T0
voidtimer0（void）interrupt1using1
外中断INT1
voidintsvr1（void）interrupt2using1
定时/计数器T1
voidtimer1（void）interrupt3using1
串口中断
voidserial0（void）interrupt4using1
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