單片機課件第6章.ppt

1、第6章,MCS-51單片機內部資源及編程,主要內容： MCS-51單片機內部各功能模塊（并口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串口）的具體結構、組成原理、工作方式的設置及典型應用，為后續(xù)學習單片機應用系統(tǒng)設計、充分利用單片機內部資源解決工程實際問題奠定基礎。 重點：各部件工作方式的設置及靈活應用。 難點：中斷系統(tǒng)和定時器/計數(shù)器的應用。,本章將學習： 6.1 并行輸入/輸出接口 6.2 定時器/計數(shù)器接口 6.3 串行接口 6.4 中斷系統(tǒng),6.1 并行輸入/輸出接口,6.1.1 MCS-51內部并行I/O口 8051有4個8位并行I/O口，分別命名為P0, P1, P2和P3口。 P0P3端口具有

2、雙向I/O功能，各有一個8位數(shù)據輸出鎖存器（與端口P0P3同名）、一個8位數(shù)據輸出驅動器和一個8位數(shù)據輸入緩沖器，此外還有第二功能。,在訪問外部存儲器時，P0口作地址/數(shù)據總線復用口，是一個真正的雙向口，先輸出外部存儲器的低8位地址，同時輸出地址鎖存信號ALE，故應在外部加鎖存器將此地址鎖存，然后，P0口才作為數(shù)據口使用。 作通用I/O口時，P0口只是一個準雙向口， 由于它是漏極開路輸出，內部沒有上拉電阻，因此作I/O口使用時需外部上拉電阻。,1P0口 P0口為雙向三態(tài)輸入/輸出口， P0口既可作為分時復用地址/數(shù)據口，又可作為通用I/O口，可驅動8個TTL輸入。,2P2口,P2口常用做外部存

3、儲器的高8位地址口。當不用做地址口時，P2口也可作為通用I/O口，這時它也是一個準雙向I/O口。不必外接上拉電阻就可以驅動任何MOS驅動電路，且只能驅動4個TTL輸入。,3P1口 P1口常用做通用I/O口，它也是一個標準的準雙向I/O口，不必外接上拉電阻就可以驅動任何MOS驅動電路，且只能驅動4個TTL輸入。P1口的位結構如右圖所示。,4P3口 P3口是一個準雙向I/O口，可用做通用I/O口。另外還具有第二功能。,6.1.2 MCS-51內部并行I/O口的應用,MCS-51的I/O端口有三種數(shù)據操作方式： （1）輸出數(shù)據方式：使用一條數(shù)據傳送指令。 MOV P0, A ANL P0, #dat

4、a ORL P0, A （2）讀端口數(shù)據方式： CPU讀入并非端口引腳線上的數(shù)據，而是端口鎖存器的內容。 MOV A, P1 MOV 20H, P1 MOV R0, P1 MOV R0, P1,（3）讀端口引腳方式：讀端口引腳方式可以從端口引腳上讀入信息。在這種方式下，CPU首先必須使欲讀端口引腳所對應的鎖存器置1，使輸出場效應管截止，然后才能讀端口引腳。,例：讀P1.0引腳: SETB P1.0 MOV C, P1.0 讀P1引腳上的低4位信號: ORL P1, #0FH MOV A, P1 ANL A, #0FH,在I/O口直接用做輸入/輸出時，CPU既可以把它們看做數(shù)據口，也可以看做狀態(tài)

5、口，這是由用戶決定的。,1I/O口直接用于輸入/輸出,【例6-1】MCS-51單片機的P1口接4個發(fā)光二極管，高4位接4個開關，電路如圖，編程實現(xiàn)用發(fā)光二極管亮和暗反映開關的閉合狀態(tài)。,Proteus仿真,解：匯編程序： org 0 sjmp main org 30h main:mov p1,#0ffh;P1口輸入，燈滅 mov a,p1 anl a,#0f0h;低4位清零 swap a mov p1,a lcall del;延時100ms sjmp main del:mov r7,#200;延時子程序 del1:mov r6,#250 del2:djnz r6,del2 djnz r7,de

6、l1 ret end,C程序： #include void main() for(;) P1=0 xFF; /*P1口輸入，燈滅*/ P1=P14; /*高四位狀態(tài)送低四位*/ delay(100); /*延時100ms*/ void delay (unsigned int x) /*延時函數(shù)*/ unsigned char j; while(x-) for(j=0;j125;j+; ,【例】要求將兩個BCD撥碼開關的數(shù)字和，在LED數(shù)碼管上顯示出來。（用CD4511驅動LED） 解：CD4511是BCD鎖存段碼譯碼共陰LED驅動集成電路，其引腳如右圖所示，各引腳功能如下： A, B, C,

7、D：BCD碼輸入腳（A為最低位，D為最高位）； QaQg：段碼輸出腳（共陰），高電平有效， 最大可輸出25mA電流； BI：熄滅，接低電平則QaQg全部輸出低電平； LT：點亮測試，接低電平則QaQg全部輸出高電平； LE：鎖存允許，接高電平鎖存，則輸出不會隨BCD碼 輸入改變。,硬件電路設計：BCD撥碼開關為4位，兩個BCD撥碼開關分別接至P3口的高四位和低四位，由P1口的高四位和低四位通過兩片CD4511分別擴展兩位LED。,十位,個位,ORG 0100H LOOP:MOV P3, #0FFH ; 讀引腳先對其寫1 MOV A, P3; 讀引腳 CPL A ; 取反，取真正的鍵值 MOV

8、20H, A; A中的數(shù)據送20H單元保存 SWAP A ; A中的內容半字節(jié)交換 ANL A, #0FH ; A中得到原高4位的反碼 ANL 20H, #0FH ; 20H單元中得到原低4位的反碼 ADD A, 20H ; A中為原高低4位反碼之和 DA A ; BCD碼調整 MOV P1, A; 輸出到P1口 SJMP LOOP END,Proteus仿真（bcd）,軟件設計思想：讀P3口引腳，得到輸入數(shù)據，將數(shù)據分成2個4位BCD碼，求BCD碼和，調整后輸出到P1口，通過CD4511驅動LED顯示。程序如下：,C51編程： #include void main( ) unsigned c

9、har sum; for(;) P3=0 xFF； sum=P3 ,2I/O口擴展,輸入緩沖：為了提高數(shù)據傳輸速率，MCS-51單片機常常需要使I/O口通過外部鎖存器和輸入設備相連。如下圖所示為8051通過74LS373與輸入設備連接的接口圖。通過中斷方式讀取數(shù)據，8051響應該中斷請求后在中斷服務程序中通過下面的指令讀取輸入數(shù)據： MOV DPTR, #07FFFH ; DPTR指向74LS373端口，地址為7FFFH MOVX A, DPTR ; 讀入數(shù)據到A中,輸出鎖存：每個I/O端口帶有8位鎖存器，只有擴展I/O端口時才需要采用外部鎖存器來鎖存數(shù)據。,6.2 定時器/計數(shù)器,計數(shù)：計數(shù)

10、是指對外部事件的個數(shù)進行計量。其實質就是對外部輸入脈沖的個數(shù)進行計量。 定時：8051單片機中的定時器和計數(shù)器是一個部件，只不過計數(shù)器記錄的是外界發(fā)生的事件，而定時器則是由單片機內部提供一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源進行定時的。這個計數(shù)源是由單片機的晶振經過12分頻后獲得的一個脈沖源。所以定時器計數(shù)脈沖的時間間隔與晶振有關。,定時的實現(xiàn)方法 軟件定時：利用執(zhí)行一個循環(huán)程序進行時間延遲。其特點是定時時間精確，不需外加硬件電路，但占用CPU時間。因此軟件定時的時間不宜過長。 硬件定時：利用硬件電路實現(xiàn)定時。其特點是不占用CPU時間，通過改變電路元器件參數(shù)來調節(jié)定時，但使用不夠靈活方便。對于時間較長的定時，常

11、用硬件電路來實現(xiàn)。 可編程定時器：通過專用的定時器/計數(shù)器芯片實現(xiàn)。其特點是通過對系統(tǒng)時鐘脈沖進行計數(shù)實現(xiàn)定時，定時時間可通過程序設定的方法改變，使用靈活方便。也可實現(xiàn)對外部脈沖的計數(shù)功能。 8051單片機內部集成了2個16位可編程加1定時器/計數(shù)器。,1MCS-51系列中51子系列有2個16位的可編程定時/計數(shù)器T0和T1，52子系列有3個，還有一個定時/計數(shù)器T2。 2T0和T1均有定時器和計數(shù)器2種工作模式。每個定時/計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以對外部信號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能，通過編程設定來實現(xiàn)。 3每個定時/計數(shù)器都有多種工作方式，其中T0有四種工作方式；T1有三種工作方式，

12、T2有三種工作方式。 4它們均是二進制加法計數(shù)器，當計數(shù)器計滿回零時能自動產生溢出中斷請求，使相應的溢出中斷標志置位，表示定時時間已到或計數(shù)已終止，溢出可通過查詢或中斷方式處理。適用于定時控制、延時、外部計數(shù)和檢測等。 計數(shù)器：對引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）輸入的外部脈沖信號計數(shù)，當輸入脈沖信號從1到0的負跳變時，計數(shù)器就自動加1。計數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的1/24。 定時器：對系統(tǒng)晶振振蕩脈沖的12分頻輸出進行計數(shù)。,6.2.1 定時/計數(shù)器的主要特性,定時器/計數(shù)器的結構 組成：16位加法計數(shù)器、定時器工作方式控制寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON。 T0： TL0（低

13、8位）和TH0（高8位） T1： TL1（低8位）和TH1（高8位）,6.2.2 定時/計數(shù)器T0、T1的結構和工作原理,注意： 1）由于它是加法計數(shù)器，每來一個計數(shù)脈沖，加法器中的內容加1個單位，當由全1加到全0時計滿溢出，因而，如果要計N個單位，則首先應向計數(shù)器置初值為X，且有： 初值X=最大計數(shù)值（滿值）M計數(shù)值N 2）當定時/計數(shù)器工作于計數(shù)方式時，對芯片引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）上的輸入脈沖計數(shù)，計數(shù)過程如下：在每一個機器周期的S5P2時刻對T0（P3.4）或T1（P3.5）上信號采樣一次，如果上一個機器周期采樣到高電平，下一個機器周期采樣到低電平，則計數(shù)器在下一個機器周

14、期的S3P2時刻加1計數(shù)一次。因而需要兩個機器周期才能識別一個計數(shù)脈沖，所以外部計數(shù)脈沖的頻率應小于振蕩頻率的1/24。,6.2.3 定時/計數(shù)器的方式和控制寄存器,1. 工作方式寄存器TMOD（89H）,定時器/計數(shù)器T0方式控制邏輯結構圖,2. 控制寄存器TCON (88H),TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,TF0/TF1：T0/T1計數(shù)溢出標志位。硬件自動復位。 =1 ：計數(shù)溢出； =0 ：計數(shù)未滿。 TR0/TR1：T0/T1啟?？刂莆?。 =1 ：啟動計數(shù)； =0： 停止計數(shù)。 IE0/IE1和IT0/IT1：用于管理外部中斷（后面將會介紹）。,6.2.

15、4 定時/計數(shù)器的工作方式,1工作方式0（ M1M0=00 ，13位加1定時器/計數(shù)器） 由TH0的全部8位和TL0的低5位（ TL0的高3位未用）構成13位加1計數(shù)器。,定時/計數(shù)器T1工作方式0 等效框圖（T0類同）,2工作方式1 （ M1M0=01 ，16位加1定時器/計數(shù)器）,定時/計數(shù)器T1工作方式1（T0類同）,3工作方式2（ M1M0=10，自動重裝計數(shù)初值的8位加1定時器/計數(shù)器） 16位定時器/計數(shù)器被拆成兩個8位寄存器TH0和TL0，初始化時必須裝入相同的定時器/計數(shù)器初值。以TL0作計數(shù)器，而TH0作為預置寄存器。當計數(shù)滿溢出時，TF0置“1”，同時TH0將計數(shù)初值自動裝

16、入TL0。這種工作方式很適合于那些重復計數(shù)的應用場合（如串行數(shù)據通信的波特率發(fā)生器）。,定時/計數(shù)器T1工作方式2 （T0類同）,4工作方式3（ M1M0=11 ） T0工作于方式3時分為2個獨立的8位計數(shù)器： TL0：8位定時器/計數(shù)器，使用T0原有控制資源TR0和TF0，其功能和操作與方式0或方式1完全相同。 TH0：只能作為8位定時器，借用T1的控制位TR1和TF1，只能對片內機器周期脈沖計數(shù)。,T1在方式3下停止計數(shù) 當T0工作于方式3時，T1只能按不需要中斷的方式2工作（自動重裝初值的8位加1計數(shù)器），一般用作串口可變波特率發(fā)生器。,TL0做8位加1定時器/計數(shù)器,6.2.5 定時/

17、計數(shù)器的初始化編程及應用,1. 定時/計數(shù)器的編程 在使用定時器/計數(shù)器之前必須先通過程序對定時/計數(shù)器的工作方式及工作過程進行設定。 定時器/計數(shù)器初始化的步驟如下：,寫TMOD，設定工作方式,計數(shù)初值送TH、TL,寫IP、IE，設定中斷優(yōu)先級，開中斷,寫TCON ，啟動計數(shù),計數(shù)器初值的計算,方法：用最大計數(shù)量減去需要的計數(shù)次數(shù)。即： TC=MC 其中：TC計數(shù)器需要預置的初值； M計數(shù)器的模值（最大計數(shù)值）； 方式0時，M=213；方式1時，M=216；方式2, 3時，M=28； C計數(shù)器計滿回0所需的計數(shù)值，即設計任務要求的計數(shù)值。 例如：流水線上一個包裝是12盒，要求每到12盒就產生

18、一個動作，用單片機的工作方式0來控制，則應當預置的初值為：,TC = M C = 213 12=8180=1FF4H,思考：TH、TL分別送什么？,定時器初值的計算,定時時間的計算公式為： T=（MTC）T0 （或TC=MT/T0 ） 其中：T定時器的定時時間，即設計任務要求的定時時間； T0計數(shù)器計數(shù)脈沖的周期，即單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍； M計數(shù)器的模值； TC定時器需要預置的初值。,若設初值TC=0，則定時器定時時間為最大。若設單片機系統(tǒng)主頻為12MHz，則各種工作方式定時器的最大定時時間為： 工作方式0： Tmax=2131s=8.192ms 工作方式1： Tmax=2161s=65

19、.536ms 工作方式2和3：Tmax=281s=0.256ms,2. 定時/計數(shù)器的應用,【例6-2】 設系統(tǒng)時鐘頻率為12MHZ，用定時/計數(shù)器T0編程實現(xiàn)從P1.0輸出周期為500s的方波。,分析：從P1.0輸出周期為500s的方波，只須P1.0每250s取反一次則可。當系統(tǒng)時鐘為12MHZ，定時/計數(shù)器T0工作于方式2（自動重裝初值8位定時/計數(shù)器方式）時，最大的定時時間為256s，滿足250s的定時要求，方式控制字TMOD應設定為00000010B（02H）。 計算初值：TC=MT/T0 =28-250s/1s=06H，則TH0=TL0=06H。,匯編程序： ORG 0000H LJ

20、MP MAIN ORG 000BH ；中斷處理程序 CPL P1.0 RETI ORG 0100H ；主程序MAIN:MOV TMOD，#02H MOV TH0，#06H MOV TL0，#06H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SJMP $ END,C語言程序： # include /包含特殊功能寄存器庫 sbit P1_0=P10; void main() TMOD=0 x02; TH0=0 x06;TL0=0 x06; EA=1;ET0=1; TR0=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /中斷服務程序 P1_0=

21、!P1_0; ,(1)采用中斷處理方式的程序,（2）采用查詢方式處理的程序,匯編程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H ；主程序MAIN：MOV TMOD,#02H MOV TH0,#06H MOV TL0,#06H SETB TR0 LOOP:JBC TF0,NEXT ；查詢計數(shù)溢出 SJMP LOOP NEXT:CPL P1.0 SJMP LOOP SJMP $ END,C語言程序： # include /包含特殊功能寄存器庫 sbit P1_0=P10; void main() char i; TMOD=0 x02; TH0=0 x06;TL0=0 x06;

22、TR0=1; for(;) if (TF0) TF0=0;P1_0=! P1_0; /查詢計數(shù)溢出 ,思考：若要輸出60ms的方波程序該如何修改？,若輸出60ms方波，則定時時間為30ms，工作方式選擇方式1（16位加1定時器/計數(shù)器方式）。 TC=M-T/ T計數(shù)=216-30ms/1s=65536-30000=8AD0H,匯編程序如下： ORG 0 AJMP START ORG 0BH LJMP TIMER0 ORG 30H START: MOV P1, #0FFH MOV TMOD, #01H MOV TH0, #8AH MOV TL0, #0D0H SETB ET0 SETB EA S

23、ETB TR0 LOOP: AJMP LOOP,TIMER0: PUSH ACC PUSH PSW CPL P1.0 MOV TH0, #8AH MOV TL0, #0D0H POP PSW POP ACC RETI END,重裝計數(shù)初值，啟動下一次定時,C51程序如下： #include sbit flash_led=P10; void main(void) TMOD=0 x01; TH0=0 x8A; TL0=0 xD0; IE=0 x82; TR0=1; while(1); ,void timer0(void) interrupt 1 TH0=0 x8A; TL0=0 xD0; flas

24、h_led= !flash_led; ,【例6-3】 設系統(tǒng)時鐘頻率為12MHZ，用定時/計數(shù)器T0編程實現(xiàn)從P1.0輸出周期為1s的方波。,分析：系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz時，定時器/計數(shù)器的最長的定時是方式2（16位加1定時器/計數(shù)器）下的65.536ms，500ms的定時無法直接實現(xiàn)，可以結合軟件計數(shù)器來進行設計。 如：用定時/可計數(shù)器T0產生周期性為10ms的定時，然后用一個寄存器R2對10ms計數(shù)50次或用定時/計數(shù)器T1對10ms計數(shù)50次實現(xiàn)。 初值計算： TC=MT/T0 =216-10ms/1s=65536-10000=D8F0H,（1）用寄存器R2作計數(shù)器軟件計數(shù)，中斷處理方

25、式。 匯編程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 ORG 0100H MAIN：MOV TMOD，#01H MOV TH0，#0D8H MOV TL0，#0F0H MOV R2，#00H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 SJMP $ INTT0：MOV TH0，#0D8H,MOV TL0，#0F0H INC R2 CJNE R2，#32H，NEXT CPL P1.1 MOV R2，#00H NEXT：RETI END,C語言程序： # include /包含特殊功能寄存器庫 sbit P1_1=P11; char i; vo

26、id main() TMOD=0 x01; TH0=0 xD8;TL0=0 xf0; EA=1;ET0=1; i=0; TR0=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /中斷服務程序 TH0=0 xD8;TL0=0 xf0; i+; if (i=50) P1_1=! P1_1; i=0; ,（2） 用定時/計數(shù)器T1計數(shù)實現(xiàn)，定時/計數(shù)器T1工作于計數(shù)方式時，計數(shù)脈沖通過T1（P3.5）輸入，設定時/計數(shù)器T0定時時間到對T1（P3.5）取反一次，則T1（P3.5）每20ms產生一個計數(shù)脈沖，那么定時500ms只須計數(shù)25次，設定時/計數(shù)器T

27、1工作于方式2，初值X=256-25=231= 11100111B=E7H，TH1=TL1=E7H。因為定時/計數(shù)器T0工作于方式1，定時，則這時方式控制字為01100001B（61H）。定時/計數(shù)器T0和T1都采用中斷方式工作。,匯編程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH MOV TH0，#0D8H MOV TL0，#0F0H CPL P3.5 RETI ORG 001BH CPL P1.1 RETI,ORG 0100H MAIN：MOV TMOD，#61H MOV TH0，#0D8H MOV TL0，#0F0H MOV R2，#00H MOV TH1，#0E

28、7H MOV TL1，#0E7H SETB EA SETB ET0 SETB ET1 SETB TR0 SETB TR1 SJMP $ END,C語言程序如下： # include /包含特殊功能寄存器庫 sbit P1_1=P11; sbit P3_5=P35; void main() TMOD=0 x61; TH0=0 xD8;TL0=0 xf0; TH1=0 xE7; TL1=0 xE7; EA=1; ET0=1;ET1=1; TR0=1;TR1=1; while(1); void time0_int(void) interrupt 1 /T0中斷服務程序 TH0=0 xD8;TL0=0

29、 xf0; P3_5=!P3_5; void time1_int(void) interrupt 3 /T1中斷服務程序 P1_1=! P1_1; ,【例】（計數(shù)器模式應用）：設外部有一個計數(shù)源。編制程序，對外部計數(shù)源進行計數(shù)并顯示。,解：將外部計數(shù)源連到定時器/計數(shù)器1的外部引腳T1上，可用LED將計數(shù)的值顯示出來，我們用P1口連接的8個LED來顯示計到的數(shù)據。,proteus仿真 (counter),匯編程序： ORG 0000H AJMP START; 轉入主程序 ORG 0030H START: MOV SP, #60H; 設置堆棧指針 MOV TMOD, #60H; T1作計數(shù)器，工

30、作方式2；自動重裝初值的8位加1計數(shù)器 SETB TR1 ; 啟動T1開始運行 LOOP: MOV A, TL1 ; 讀T1的計數(shù)值送A CPL A MOV P1, A ; 輸出到P1口，驅動LED顯示 AJMP LOOP ; 轉回LOOP END,C51程序： #include void main(void) TMOD=0 x60; TR1=1; while(1) P1= TL1; ,解：P3.4（T0）作為外部中斷的輸入引腳，設定T0工作方式2（自動重裝初值的8位計數(shù)方式），同時計數(shù)初值設為0FFH，這樣，只要P3.4輸入一個負脈沖，計數(shù)器加1，產生溢出中斷請求。 初始化程序： MOV T

31、MOD,#62H MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH MOV IE,#82H SETB TR0,【例】利用定時器T0擴展一個外部中斷。,6.3 串行接口,1. 并行通信和串行通信 通信：單片機與外界進行信息交換。 8051單片機的通信方式有兩種： 并行通信：數(shù)據的各位同時發(fā)送或接收。特點是傳送速度快、效率高，但成本高。適用于短距離傳送數(shù)據。計算機內部的數(shù)據傳送一般均采用并行方式。 串行通信：數(shù)據一位一位順序發(fā)送或接收。特點是傳送速度慢，但成本低。適用于較長距離傳送數(shù)據。計算機與外界的數(shù)據傳送一般均采用串行方式。,6.3.1 通信的基本概念,根據信息傳送的方向，串行通信有如下

32、3種制式： 單工方式（simplex）：數(shù)據僅按一個固定方向傳送； 半雙工方式（half duplex） ：數(shù)據可實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進行； 全雙工方式（full duplex） ：允許雙方同時進行數(shù)據雙向傳送,2. 同步通信和異步通信 串行通信按數(shù)據傳送方式分為： 異步通信方式（asynchronous communication）：以字符（或字節(jié)）為傳送單位，用起始位和停止位標識每個字符的開始和結束字符，間隔不固定，只需字符傳送時同步。優(yōu)點是不需要傳送同步脈沖，可靠性高，所需設備簡單；缺點是字符幀中因包含有起始位和停止位而降低了有效數(shù)據的傳輸速率。 同步通信方式（synchronous

33、 communication）：以一串字符為一個傳送單位，包括同步字符、數(shù)據塊和校驗字符CRC，字符間不加標識位，在一串字符開始用同步字符標識，優(yōu)點是數(shù)據傳輸速率較高，缺點是硬件要求高，通信雙方須嚴格同步。,3. 波特率 波特率：每秒鐘傳送信號的數(shù)量，單位為波特（Baud）。 比特率：每秒鐘傳送二進制數(shù)的信號數(shù)（即二進制數(shù)的位數(shù)），單位是bps（bit per second）或寫成b/s（位/秒）。 在單片機串行通信中，傳送的信號是二進制信號，波特率與比特率數(shù)值上相等。單位采用bps。 波特率（bps）=字符的位數(shù)字符/秒（Bps） 例如，異步串行通信的數(shù)據傳送的速率是120字符/秒，而每個字

34、符規(guī)定包含10位數(shù)字，則傳輸波特率為： 120字符/秒 10位/字符=1200位/秒= 1200bps,1. 功能 MCS-51內部有一個功能強大的可編程全雙工異步串行通信接口SIO（P3.0RxD、P3.1TxD），具有UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的全部功能。 主要功能：既可作UART（通用異步接收/發(fā)送器）用，也可作同步移位寄存器使用，還可用于網絡通信，其幀格式可有8位、10位和11位，并能設置各種波特率。 有四種工作方式分別是方式0、方式1、方式2和方式3。,6.3.2 MCS-51單片機串行口功能與結構,2. 結構

35、MCS-51單片機串行口主要由發(fā)送SBUF、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收SBUF、接收控制器、輸入移位寄存器等組成。,SBUF（發(fā)）,SBUF（收）,發(fā)送控制器 TI,接收控制器 RI,移位寄存器,T1 溢出率,1,A累加器,(門)移位寄存器,RxD (P3.0),TxD (P3.1),去CPU申請中斷,引腳,引腳,CPU內部,2,16,SMOD,“0”,“1”,1到0跳 變檢測,從用戶使用的角度，它由三個特殊功能寄存器組成：特殊功能寄存器SBUF（串行口數(shù)據寄存器），串行口控制寄存器SCON和電源控制寄存器PCON。,3. 串行口控制寄存器SCON （ 98H）,工作方式選擇,多機通信 接收

36、 發(fā)送數(shù)據 接收數(shù) 發(fā)送中 接收中 控制位 控制 第9位 據第9位 斷標志 斷標志,4. 電源控制寄存器PCON（87H）,SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL,SMOD：串行口波特率倍增位 =1：串行口波特率加倍。 =0：串行口波特率不變，系統(tǒng)復位時默認為SMOD=0。,6.3.3 串行口的工作方式,1. 工作方式0（ 8位移位寄存器I/O方式） 發(fā)送過程： 當TI=0，執(zhí)行指令MOV SBUF,A，即啟動發(fā)送。 SBUF中的串行數(shù)據由RxD逐位移出（低位在先，高位在后）； TxD輸出移位時鐘，頻率=fosc/12； 每送出8位數(shù)據TI自動置1；需要用軟件清零 TI。,接收過程

37、： 當REN=1，且RI=0，SBUF中的串行數(shù)據由RxD逐位移入（低位在先，高位在后）； TxD輸出移位時鐘，頻率=fosc/12； 每接收8位數(shù)據RI自動置1，這時可執(zhí)行MOV A,SBUF讀取數(shù)據，需要用軟件清零RI。,接收條件：RI=0，且 REN=1 （允許接收數(shù)據）。 發(fā)送條件：TI=0。,注意：串行口在方式0下的工作并非是一種同步通信方式，經常配合“串入并出”“并入串出”移位寄存器一起使用，以達到擴展一個并行口的目的。 擴展電路如下圖所示。,2. 方式1 （波特率可變的10位異步通信方式 ） 發(fā)送/接收數(shù)據的格式：一幀信息包括1個起始位0，8個數(shù)據位（低位在前）和1個停止位1。

38、發(fā)送過程：當TI=0，執(zhí)行MOV SBUF，A，啟動發(fā)送，發(fā)送電路自動給8位待發(fā)送數(shù)據添加一個起始位和一個停止位，數(shù)據從TxD引腳送出，每送出8位數(shù)據 TI自動置1；需要用軟件清零 TI。 接收過程：當REN=0，接收電路自動采樣RxD上信號，檢測到1到0的跳變時，開始接收數(shù)據，接收端自動去掉一個起始位和一個停止位，當RI=0時接收到的數(shù)據才裝入SBUF 。每接收8位數(shù)據 RI自動置1；這時可執(zhí)行指令MOV A，SBUF，需要用軟件清零 RI 。 發(fā)送/接收數(shù)據頻率波特率= T1溢出率 2SMOD/32 發(fā)送/接收條件：同方式0。,3. 方式2（固定波特率的11位異步接收/發(fā)送方式）和方式3（

39、可變波特率的11位異步接收/發(fā)送方式）,發(fā)送/接收過程：類似于方式1，所不同的是它比方式1增加了一位“第9位”數(shù)據(TB8/RB8)，通常用于奇偶校驗或多機通信。 發(fā)送/接收條件：同方式0。 通信波特率：方式3和方式2唯一的區(qū)別是波特率機制不同， 方式2的波特率 = fosc 2SMOD/64 方式3的波特率=T1的溢出率 2SMOD/32,奇偶校驗：奇偶校驗是檢驗串行通信雙方傳輸?shù)臄?shù)據正確與否的一個措施，并不能保證通信數(shù)據的傳輸一定正確。即如果奇偶校驗發(fā)生錯誤，表明數(shù)據傳輸一定出錯了；如果奇偶校驗沒有出錯，絕不等于數(shù)據傳輸完全正確。 奇校驗規(guī)定：8位有效數(shù)據連同1位附加位中，二進制“1”的個

40、數(shù)為奇數(shù)。 偶校驗規(guī)定：8位有效數(shù)據連同1位附加位中，二進制“1”的個數(shù)為偶數(shù)。 若約定采用奇校驗，則 發(fā)送：若發(fā)送的8位有效數(shù)據中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則要人為在附加位中添加一個“1”一起發(fā)送；若發(fā)送的8位有效數(shù)據中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則要人為在附加位中添加一個“0”一起發(fā)送。 接收：若接收到的9位數(shù)據中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則表明接收正確，取出8位有效數(shù)據即可；若接收到的9位數(shù)據中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則表明接收出錯！應當進行出錯處理。采用偶校驗時，處理方法與奇校驗類似。,1. 初始化編程 寫SCON。根據工作方式確定SM0、SM1位；對于方式2和方式3還要確定SM2位；如果是接收端，則置允許接

41、收位REN為1；如果方式2和方式3發(fā)送數(shù)據，則應將發(fā)送數(shù)據的第9位寫入TB8中。 設置波特率。寫PCON，若波特率可變，則通過對T1編程設置波特率。 寫IP、IE。設置中斷優(yōu)先級，開中斷。,6.3.4 串行口的編程及應用,波特率的計算： 方式0：B=fosc/12。 方式2：波特率由PCON中的選擇位SMOD來決定，可由下式表示： B= fosc 2SMOD/64 方式1和方式3：波特率是可變的，由定時器T1的溢出率控制。波特率為： B=（2SMOD/32）定時器T1溢出率 T1溢出率=T1計數(shù)率/產生溢出所需的周期 = （fosc/12）/（2KTC） 其中：K定時器T1的位數(shù)，定時器T1用

42、作波特率發(fā)生器時，通常工作在方式2， 所以T1的溢出所需的周期數(shù)= 28TC。 TC定時器T1的預置初值。 波特率B=(2SMOD /32)fosc/12(28-TC),定時器T1的初值：TC=256-2SMOD fosc/(384 B),下表列出了定時器T1工作于方式2的常用波特率及初值。,TC=256-2SMOD*fosc/(384*B),2. 串行口的應用,通常用于三種情況：利用方式0擴展并行I/O口；利用方式1實現(xiàn)點對點的雙機通信；利用方式2或方式3實現(xiàn)多機通信。,1）利用方式0擴展并行I/O口,【例5-4】用8051單片機的串行口外接串入并出的芯片CD4094擴展并行輸出口控制一組發(fā)

43、光二極管，使發(fā)光二極管從左至右延時輪流顯示。,Proteus仿真(3.8),CD4094是一塊8位的串入并出的芯片，帶有一個控制端STB，當STB=0時，打開串行輸入控制門，在時鐘信號CLK的控制下，數(shù)據從串行輸入端DATA一個時鐘周期一位依次輸入；當STB=1，打開并行輸出控制門，CD4094中的8位數(shù)據并行輸出。,查詢方式：通過查詢TI的狀態(tài)，來決定是否發(fā)送下一幀數(shù)據。在串行接收時，通過對RI查詢來確定何時接收下一幀數(shù)據。程序如下： STB BIT P1.0 ORG 0100H START: MOV SCON, #00H; 置串行口工作方式0 MOV A, #01H ; 最低位燈先亮 CL

44、R STB ; 關閉并行輸出 OUT: MOV SBUF, A ; 開始串行輸出 WATI: JNB TI, WAIT; 輸出完否？未完，等待；完了，繼續(xù)執(zhí)行 CLR TI ; 完了，清TI標志，以備下次發(fā)送 SETB STB; 打開并行口輸出 ACALL DELAY; 延時一段時間 RL A ; 循環(huán)左移 CLR STB; 關閉并行輸出 SJMP OUT ; 循環(huán) DELAY: . ; 延時子程序 END,C51編程： #include /*包含特殊功能寄存器庫*/ #include sbit STB=P10; void main( ) unsigned char j=0 x01; /*最低

45、位燈先點亮*/ SCON=0 x00; /*串口工作方式0*/ for(;) STB=0; /*關并行輸出，開串行輸入*/ SBUF=j;/*串口輸出*/ while(!TI); /*等待串口輸出完成*/ TI=0;/*清發(fā)送標志*/ j=_crol_(j,1); /*循環(huán)左移1位*/ STB=1; /*開并行輸出，關串行輸入*/ delay( ); void delay( );/*延時函數(shù)*/ ,中斷方式： ORG 0 SJMP MAIN ORG 0023H;串口中斷入口地址 AJMP SBY ORG 30H MAIN: MOV SCON, #00H;方式0 MOV IE, #90H CLR

46、 P1.0;禁止CD4094并行輸出 MOV A, #01H;第一盞燈亮 MOV SBUF, A;串口輸出 LOOP: SJMP LOOP;等待串口輸出完 SBY:SETB P1.0;點亮發(fā)光二極管 ACALL DELAY;點亮一段時間 CLR TI;清發(fā)送中斷標志 RL A;下一盞燈 CLR P1.0;關并行輸出，燈滅，開串行輸入 NEXT: MOV SBUF, A;串行口輸出 RETI;中斷返回 DELAY: ;延時子程序 END,C51編程： #include /*包含特殊功能寄存器庫*/ #include sbit STB=P10; unsigned char j=0 x01; /*最

47、低位燈先點亮*/ void main( ) SCON=0 x00; /*串口工作方式0*/ IE=0 x90; /*開串口中斷*/ STB=0; /*關并行輸出*/ SBUF=j;/*串口輸出*/ while(1); void sioint(void) interrupt 4/*串口中斷函數(shù)*/ j=_crol_(j,1); /*循環(huán)左移1位*/ STB=1; /*開并行輸出*/ TI=0; /*清發(fā)送標志*/ delay( ); STB=0; SBUF=j; void delay( );/*延時函數(shù)*/ ,CD4014是一塊8位的并入串出的芯片，帶有一個控制端P/S，當P/S=1時，8位并行

48、數(shù)據置入到內部的寄存器；當P/S=0時，在時鐘信號CLK的控制下，內部寄存器的內容按低位在前從QB串行輸出端依次輸出；使用時，8051串行口工作于方式0，8051的TXD接CD4094的CLK，RXD接QB，P/S用P1.0控制，另外，用P1.1控制8并行數(shù)據的置入。,【例6-5】 用8051單片機的串行口外接并入串出的芯片CD4014擴展并行輸入口，輸入一組開關的信息。,串行口方式0數(shù)據的接收，用SCON寄存器中的REN位來控制，采用查詢RI的方式來判斷數(shù)據是否輸入。程序如下： 匯編程序： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN：SETB P1.1 START：

49、JB P1.1，START SETB P1.0 MOV SCON，#10H CLR P1.0 LOOP：JNB RI，LOOP CLR RI MOV A，SBUF ,C語言程序： # include /包含特殊功能寄存器庫 sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; void main() unsigned char i; P1_1=1; while (P1_1= =1) ; P1_0=1; P1_0=0; SCON=0 x10; while (!RI) ; RI=0; i=SBUF; ,2）利用方式1實現(xiàn)點對點的雙機通信,【例6-6】 用匯編語言編程通過串行實現(xiàn)將甲機的片內R

50、AM中30H3FH單元的內容傳送到乙機的片內RAM的40H4FH單元中。,甲、乙兩機都選擇方式1：8位異步通信方式，波特率為1200bps，甲機發(fā)送，乙機接收，因此甲機的串口控制字為40H，乙機的串口控制字為50H。,設SMOD=0，甲、乙兩機的振蕩頻率為12MHZ，由于波特率為1200。定時/計數(shù)器T1選擇為方式2，則初值為： TC=256-2SMOD*fosc/(384*B)=256-12000000/(3841200)230=E6H,甲機發(fā)送子程序： TSTART:MOV TMOD, #20H;設定定時器T1工作方式2 MOV TL1, #0E6H;送初值 MOV TH1, #0E6H

51、MOV PCON, #00H;SMOD=0 MOV SCON, #40H;串口工作方式2，10位異步收發(fā) MOV R0, #30H;R0指向發(fā)送緩沖區(qū)首地址 MOV R7, #10H;共16個待發(fā)送數(shù)據 SETB TR1 LOOP:MOV A, R0;待發(fā)送數(shù)據送A MOV SBUF, A;啟動發(fā)送 WAIT:JNB TI, WAIT;等待發(fā)送完成 CLR TI;清發(fā)送中斷標志 INC R0;R0指向下一個待發(fā)送數(shù)據 DJINZ R7, LOOP;16個數(shù)據發(fā)送完？未完則轉 RET,乙機接收子程序： RSTART：MOV TMOD，#20H MOV TL1，#0E6H MOV TH1，#0E6

52、H MOV PCON，#00H MOV R0，#40H MOV R7，#10H SETB TR1 LOOP：MOV SCON，#50H WAIT：JNB RI，WAIT MOV A，SBUF MOV R0，A INC R0 DJINZ R7，LOOP RET,3）多機通信,（1）硬件連接 單片機構成的多機系統(tǒng)常使串行口工作在方式2和方式3，采用總線型主從式結構（一個是主機，其余的是從機，從機要服從主機的調度、支配）。有時還要對信號進行光電隔離、電平轉換等。在實際的多機應用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標準總線進行數(shù)據傳輸。簡單的硬件連接如下圖所示（圖中沒有畫出RS-485接口）。,通信原理：,

53、將通信雙方分為主機（其SM2=0）和從機（其SM2=1 ）； 將通信數(shù)據分為地址幀（以TB8/RB8=1標識）和數(shù)據幀（以TB8/RB8=0標識）。,方式2/3，接收,正常接收數(shù)據,若接收數(shù)據的RB8=1,若接收數(shù)據的RB8=0,接收數(shù)據,丟棄,（2）通信協(xié)議 主機置SM2位0，所有從機的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)。 主機先發(fā)送一地址幀，其中，8位是地址，第9位TB8為1表示該幀為地址幀，否則為數(shù)據幀。 所有從機SM2位置1，只有當接收的數(shù)據RB8=1（地址幀）時才接收，否則丟棄，接收地址幀后，都將接收的地址與本機的地址比較，對于地址相符的從機，使自己的SM2位置0（以接收主機隨后發(fā)來的

54、數(shù)據幀），并把本站地址發(fā)回主機作為應答；對于地址不符的從機，仍保持SM2=1，對主機隨后發(fā)來的數(shù)據幀不予理睬。 完成主機和被尋址從機之間的數(shù)據通信，被尋址從機在通信完成后重新使SM2=1監(jiān)聽地址狀態(tài)，并退出中斷服務程序，等待下次通信。,（3）應用程序設計 設主機發(fā)送的地址聯(lián)絡信號為：00H，01H，02H，（即從機設備地址），地址FFH為命令各從機復位，即恢復SM2=1。 主機命令編碼為：01H，主機命令從機接收數(shù)據；02H，主機命令從機發(fā)送數(shù)據。其他都按02H對待。 程序分為主機程序和從機程序。約定一次傳遞數(shù)據為16個字節(jié)。 程序清單略。,6.4 中斷系統(tǒng),所謂“中斷”，是指CPU執(zhí)行正常程

55、序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)特殊請求，CPU暫時中止當前的程序，轉去處理更緊急的事件（執(zhí)行中斷服務程序），處理完畢（中斷服務完成）后，CPU自動返回原程序的過程。,6.4.1 中斷系統(tǒng)的基本概念,中斷處理過程： 某人看書執(zhí)行某程序（日常事務） 客人拜訪中斷信號INT=0（中斷請求） 暫?？磿鴷和?zhí)行當前程序（中斷響應） 書中作記號當前PC入棧（保護斷點） 接待客人執(zhí)行I/O程序（中斷服務） 繼續(xù)看書返回原程序（中斷返回）,中斷作用： 采用中斷技術可以提高CPU效率、解決速度矛盾、實現(xiàn)并行工作、分時操作、實時處理、故障處理、應付突發(fā)事件，可使多項任務共享一個資源（CPU）。 中斷與子程序的最主要區(qū)別： 子程

56、序是預先安排好的，中斷是隨機發(fā)生的。 中斷涉及的幾個環(huán)節(jié)： 中斷源、中斷申請、中斷優(yōu)先權、中斷允許和屏蔽、中斷響應、保護現(xiàn)場、中斷服務、恢復現(xiàn)場、中斷返回。,1. 中斷源和中斷請求 中斷源是指引起中斷的設備或事件，或發(fā)出中斷請求的源頭。 2. 中斷優(yōu)先權與中斷嵌套 中斷優(yōu)先級（也稱為中斷優(yōu)先權）：給每個中斷源指定中斷響應的優(yōu)先級別 當同時有多個中斷請求信號。 響應某中斷時CPU又收到其它中斷請求。,先響應優(yōu)先級別高的中斷請求。,高優(yōu)先級中斷請求信號可中斷低優(yōu)先級中斷服務， 稱為中斷嵌套。,3. 中斷允許與中斷屏蔽,4. 中斷響應與中斷返回,6.4.2 MCS-51的中斷系統(tǒng),MCS-51提供了

57、5個中斷源（52子系列提供6個），2級中斷優(yōu)先級控制，可實現(xiàn)2級中斷服務嵌套?？赏ㄟ^程序設置中斷的允許或屏蔽，設置中斷的優(yōu)先級。 1MCS-51的中斷源 1）2個外部中斷源（中斷標志為IE0和IE1 ） 由 （ P3.2 ）端口線引入，低電平或下降沿引起。 由 （ P3.3 ）端口線引入，低電平或下降沿引起。,CPU識別中斷申請的依據：CPU在每個機器周期的S5P2期間，會自動查詢各個中斷申請標志位，若查到某標志位被置位，將啟動中斷機制。,TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,TF0/TF1：定時器溢出中斷申請標志位。 TR0/TR1：定時器啟/停控制位。 =0：定時

58、器停止運行；=1：定時器啟動運行。,IE0/IE1：外部中斷申請標志位。 IT0/IT1：外部中斷請求的觸發(fā)方式控制位。 =0：在INT0/INT1端申請中斷的信號低電平有效； =1：在INT0/INT1端申請中斷的信號負跳變有效。,定時器控制寄存器TCON （88H）的低4位用于外部中斷控制,外部中斷請求的撤除,外部中斷請求由硬件自動撤除中斷申請。 當外部中斷為電平觸發(fā)方式時， / 引腳上的低電平須持續(xù)到中斷發(fā)生。若中斷返回前仍未及時撤除低電平，雖然CPU在響應中斷時能由硬件自動復位IE0或IE1，但引腳上的低電平仍會使已經復位的IE0或IE1再次置位，產生重復中斷的錯誤。,電平觸發(fā)型外部中斷請求的撤除必須由外部硬件使INT0（或INT1）上的低電平隨著其中斷被響應而變?yōu)楦唠娖健Ｆ渲袛嗾埱蟪烦碾娐啡缦聢D所示。,外來的低電平反相CP端產生上跳沿 D端的“0”輸出到Q端申請中斷，中斷響應后對P1.0送“0”，SD端置“0”令Q端變?yōu)椤?”SD端置“1”，以免下次中斷來時Q端不能變“0”,2）2個定時器中斷（中斷標志為TF0、TF1） T0：定時/計數(shù)器0中斷，由T0回零溢出引起。 T1：定時/計數(shù)器1中斷，由T