串行接口與定時(shí)計(jì)數(shù)器

第四章串行接口與定時(shí)計(jì)數(shù)器1.

串行接口的一般概念單片機(jī)與外界進(jìn)行信息交換稱之為通訊(Communication)。單片機(jī)的通訊方式有兩種：并行通訊:數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收。串行通訊:數(shù)據(jù)一位一位順序發(fā)送或接收。參看下圖：一、串行接口及應(yīng)用(一).異步通訊以字符為傳送單位用起始位和停止位標(biāo)識(shí)每個(gè)字符的開始和結(jié)束。字符間隔不固定，只需字符傳送時(shí)同步。異步通訊常用格式：一個(gè)字符幀一.串行通訊的基本方式

D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位異步通訊的雙方需要兩項(xiàng)約定：1.字符格式一幀字符位數(shù)的規(guī)定：數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位，起始位和停止位。2.波特率(位/秒)——對傳送速率的規(guī)定波特率：每秒鐘傳送的位數(shù)，記為bps（bit/sec）。例：要求每秒傳送120個(gè)字符，每幀為10位。解：B=120×10=1200波特 每位0.83ms數(shù)據(jù)位傳輸率=120×8=960位/秒（二）同步通訊： 數(shù)據(jù)塊傳遞開始要用同步字符來指示，要求由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復(fù)雜。串行通信的校驗(yàn)方法

目的：保證高效而無差錯(cuò)的傳送數(shù)據(jù)。校驗(yàn)位：可以奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或沒有校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)：主要用于對一個(gè)字符的傳輸過程進(jìn)行校驗(yàn)。通常把數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)稱為奇校驗(yàn)。通常把數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)稱為偶校驗(yàn)。異步傳輸信息冗余較大，例如：1+8+1+2中有效位數(shù)只有8位。 串行傳輸中的數(shù)據(jù)傳輸方向 如果在通信過程的任意時(shí)刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。（無線電對講機(jī)） 如果在任意時(shí)刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個(gè)方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。 如果在任意時(shí)刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號(hào)傳輸，則稱為全雙工。（電話）1.數(shù)據(jù)緩沖器SBUF發(fā)送SBUF和接收SBUF共用一個(gè)地址99H 。 1）發(fā)送SBUF存放待發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，寫入SBUF將同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送。 發(fā)送指令： MOV SBUF，A2）接收SBUF存放已接收成功的8位數(shù)據(jù)，供CPU讀取。 接收指令： MOVA，SBUF一.串行接口控制字2.串行口控制/狀態(tài)寄存器SCON(98H)SM0，SM1：選擇串行口4種工作方式。SM2：多機(jī)控制位，用于多機(jī)通訊。REN：允許接收控制位，REN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。TB8發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位，可用作校驗(yàn)位和地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位RB8：接收的第9位數(shù)據(jù)位或停止位TI：發(fā)送中斷標(biāo)志，發(fā)送一幀結(jié)束，TI=1，必須軟件清零RI：接收中斷標(biāo)志，接收一幀結(jié)束，RI=1，必須軟件清零3.節(jié)電控制寄存器PCONSMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。SMOD=1，波特率加倍，SMOD=0，則不加倍。串行口的工作方式

方式0：同步方式（移位寄存器方式） 要想移位寄存器工作，需要向其時(shí)鐘輸入端CLK送去移位脈沖，接收一個(gè)脈沖便移動(dòng)一位。該脈沖由TXD提供（移位脈沖），參與發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)均出入于RXD端?？捎糜跀U(kuò)展8位并行輸入輸出口

輸出:將8位數(shù)據(jù)以fos/12的固定波特率從RXD輸出，低位在前，高位在后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI由硬件置位。

輸入:

置位允許接收控制位REN＝1。當(dāng)（RI）=0和（REN）=1同時(shí)滿足時(shí)，開始接收。當(dāng)接收到第8位數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

方式1:波特率可變的10位異步通訊接口發(fā)送或接收一幀信息，包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位1。輸出：串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位TI。

輸入：在（REN）=1時(shí)，串行口采樣RXD引腳，當(dāng)采樣到1至0的跳變時(shí)，確認(rèn)是開始位0，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng)（RI）=0且停止位為1或者（SM2）=0時(shí)，停止位才進(jìn)入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志RI；否則信息丟失。所以在方式1接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清零RI和SM2標(biāo)志。

方式2：固定波特率的11位UART方式 它比方式1增加了一位可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)。

輸出:它可作為多機(jī)通訊中地址/數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可以作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。

輸入:

在接收到附加的第9位數(shù)據(jù)后，當(dāng)（RI）=0或者（SM2）=0時(shí)，第9位數(shù)據(jù)才進(jìn)入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志RI；否則信息丟失。且不置位RI。

再過一位時(shí)間后，不管上述條件時(shí)否滿足，接收電路即行復(fù)位，并重新檢測RXD上從1到0的跳變。

（4）方式3：異步第9位方式

方式3為波特率可變的11位UART方式。除波特率外，其余與方式2相同。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用11.0592MHZ時(shí)，取易獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率，所以很多單片機(jī)系統(tǒng)選用這個(gè)看起來“怪”的晶振就是這個(gè)道理。右表列出了定時(shí)器T1工作于方式2常用波特率及初值。常用波特率Fosc(MHZ)SMODTH1初值1920011.05921FDH960011.05920FDH480011.05920FAH240011.05920F4h120011.05920E8h串口的電平轉(zhuǎn)換電路RS232使EIA（ElectronicsIndustriesAssociation）組織推薦的、目前最常用的一種串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)。采用25芯連接器或9芯連接器。常用電平為-12V~+12V邏輯“1”為-3V~-25V,邏輯“0”為+3V~+25VTTL與EIA之間需要用接口電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換為什么需要電平轉(zhuǎn)換電路

單片機(jī)使用的是TTL電平，單片機(jī)的串口輸出信號(hào)也是如此，串行通信中一般使用的是RS232通信協(xié)議需要外接接口進(jìn)行電平匹配MAX232和單片機(jī)串口連接的典型電路單片機(jī)和單片機(jī)之間的串行通信也需要電平轉(zhuǎn)換芯片嗎？對于兩個(gè)單片機(jī)而言，二者都是TTL電平，所以不需要電平轉(zhuǎn)換芯片。定時(shí)/計(jì)數(shù)器中的核心部件為可預(yù)置初值計(jì)數(shù)器。預(yù)置初值后開始計(jì)數(shù)，直至計(jì)數(shù)值歸0或產(chǎn)生溢出，可申請中斷。K1K2可預(yù)置初值計(jì)數(shù)器中斷請求功能選擇啟動(dòng)控制內(nèi)部時(shí)鐘脈沖（定時(shí)）外部輸入脈沖（計(jì)數(shù)）溢出信號(hào)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)初值二．定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

例：設(shè)CTC中為8位加1計(jì)數(shù)器。按要求選擇功能和初值。1.要求檢測到100個(gè)脈沖，發(fā)中斷請求，通知CPU。選計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)初值為156。2.要求定時(shí)每隔100s時(shí)間，發(fā)一次中斷請求。設(shè)內(nèi)部時(shí)鐘周期1s選定時(shí)功能，計(jì)數(shù)初值為156。一．定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用1．計(jì)數(shù)功能：生產(chǎn)線上產(chǎn)品計(jì)數(shù)。每個(gè)產(chǎn)品通過得到一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器記錄脈沖個(gè)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與設(shè)定值相等，啟動(dòng)包裝機(jī)器。檢測轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈發(fā)出一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器記錄一秒時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)，顯示轉(zhuǎn)速。2．定時(shí)功能：用于實(shí)時(shí)控制，定時(shí)采樣、定時(shí)啟動(dòng)等。當(dāng)定時(shí)時(shí)間與設(shè)定值相等，執(zhí)行規(guī)定操作。3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路CTC3-2-1 MCS-51定時(shí)/計(jì)數(shù)器2個(gè)可獨(dú)立控制的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：T0、T1定時(shí)器初始化編程：1.功能選擇（定時(shí)/計(jì)數(shù)） 2.位數(shù)選擇（8/13/16位）3.啟動(dòng)方式選擇（內(nèi)部啟動(dòng)/外部啟動(dòng)）4.啟動(dòng)控制（啟動(dòng)/停止）5.恢復(fù)初值方式（自動(dòng)重裝/軟件重裝）1）功能選擇位C/T：=0，定時(shí)功能，計(jì)數(shù)內(nèi)部機(jī)器周期脈沖；=1，計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)引腳T0(T1)輸入的負(fù)脈沖。1.TMOD定時(shí)器方式寄存器（89H）T1T0一.定時(shí)器控制、狀態(tài)寄存器2）方式選擇位M1、M0：4種工作方式：13/16/8位3）門控方式選擇位GATE：=0，非門控方式(內(nèi)部啟動(dòng))：

TRx=1，啟動(dòng)定時(shí)器工作；

TRx=0，停止定時(shí)器工作。=1，門控方式(外部啟動(dòng))：TRx=1且引腳INTx=1才啟動(dòng)。確定定時(shí)器工作方式指令：MOVTMOD，#方式字例：設(shè)T0用方式2非門控定時(shí)，T1用方式1門控計(jì)數(shù)。 MOV TMOD，#2.TCON定時(shí)器控制/狀態(tài)寄存器1）啟動(dòng)控制位TR0、TR1=0，停止定時(shí)器工作=1，啟動(dòng)定時(shí)器工作例：啟動(dòng)T0： SETB TR02）溢出中斷標(biāo)志位TF0、TF1定時(shí)器溢出使TFx=1，引起中斷請求，CPU響應(yīng)Tx中斷后，自動(dòng)清0TFx。可用軟件檢測TFx，必須軟件清0。

WAIT：JBCTF0，NEXT；檢測T0是否溢出

SJMP WAIT ；未溢出，繼續(xù)檢測

NEXT：… ；溢出，TF0清0，處理溢出3．可預(yù)置初值的16位加1計(jì)數(shù)器TH0、TL0、TH1、TL1預(yù)置T0初值指令： MOV TH0，#XH

MOV TL0，#XL二.

定時(shí)器工作方式

由方式選擇位M1、M0設(shè)定1.方式013位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。THx8位和TLx低5位組成13位加1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)外部脈沖個(gè)數(shù)：1～8192(213)定時(shí)時(shí)間(T=1s)：1s～8.19ms2.方式116位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。THx8位和TLx8位組成16位加1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)外部脈沖個(gè)數(shù)：1～65536(216)定時(shí)時(shí)間(T=1s)：1s～65536×T=65.54ms3.

方式2自動(dòng)恢復(fù)初值8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。TLx為8位加1計(jì)數(shù)器，THx為8位初值暫存器。用于需要重復(fù)定時(shí)和計(jì)數(shù)的場合。最大計(jì)數(shù)值：256(28)最大定時(shí)時(shí)間(T=1s)：256s4.方式3T0分成2個(gè)8位定時(shí)器：TL0定時(shí)/計(jì)數(shù)器和TH0定時(shí)器TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE；TH0占用T1控制位：TR1,TF1。T1不能使用方式3工作5.計(jì)算時(shí)間常數(shù)X(計(jì)算初值)計(jì)數(shù)功能：X=2n-計(jì)數(shù)值 n：8/13/16定時(shí)功能：X=2n-t/T t：定時(shí)時(shí)間、T：機(jī)器周期定時(shí)器初始化編程：使用定時(shí)器工作之前，先寫入控制寄存器，確定好定時(shí)器工作方式1.按實(shí)際需要選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)功能2.按時(shí)間或計(jì)數(shù)長度選擇方式3.計(jì)算時(shí)間常數(shù)初始化編程格式：MOVTMOD，#方式字；選擇方式MOVTHx，#XH ；裝入Tx時(shí)間常數(shù)MOVTLx，#XL(SETBEA ) ；開Tx中斷(SETBETx )SETBTRx ；啟動(dòng)Tx定時(shí)器

三.MCS-51定時(shí)器的應(yīng)用4.溢出處理編程格式：1）查詢方式：先查詢定時(shí)器溢出標(biāo)志，再進(jìn)行溢出處理。 … ；定時(shí)器初始化

WAIT：JBC TFx，PT；檢測溢出標(biāo)志

SJMP WAIT PT： MOV THx，#XH；重裝時(shí)間常數(shù)

MOV TLx，#XL

… ；溢出處理

SJMP WAIT2）中斷方式：初始化后執(zhí)行其他任務(wù)，中斷服務(wù)程序處理溢出。

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH(001BH)；Tx中斷入口

LJMP PTS MAIN： … ；初始化后執(zhí)行其他程序

PTS： … ；溢出中斷服務(wù)程序

MOV THx，#XH ；重裝時(shí)間常數(shù)

MOV TLx，#XL RETI四.舉例由P1.0輸出方波信號(hào)，周期為2ms，

設(shè)fosc=12MHz。2ms解：每隔1ms改變一次P1.0的輸出狀態(tài)。用T0非門控方式1定時(shí)。計(jì)算時(shí)間常數(shù)：X=216-t/T=216-1000/1=FC18H（1）查詢方式：

ORG0000h

JMPSTART ORG 1000H START: MOV TMOD,#01H MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH SETB TR0 LOOP: JBC TF0,PTF0 SJMP LOOP PTF0: CPL P1.0 MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH SJMP LOOPEND（2）中斷方式

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP PT0INT ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60H MOV TMOD,#01H MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH SETB EA SETB ET0 SETB TR0 HERE: SJMP HERE PT0INT:CPL P1.0 MOV TL0,#18H MOV TH0,#0FCH RETIEND長定時(shí)方法：增加一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器或一個(gè)硬件計(jì)數(shù)器。硬件方式：T0定時(shí)，T1計(jì)數(shù)T0的定時(shí)跳變信號(hào)P1.0的負(fù)跳變次數(shù)，計(jì)滿5個(gè)跳變?yōu)?秒。P1.0P1.7編制程序使P1.7驅(qū)動(dòng)LED亮1秒滅1秒地閃爍。設(shè)時(shí)鐘頻率為6MHzT0方式1定時(shí)，T1方式2計(jì)數(shù)T1計(jì)數(shù)值為5，初值為#0FBH；設(shè)置T0的定時(shí)值為100ms，初值為#3CH；T0溢出后(每100ms),P1.0反轉(zhuǎn)一次同時(shí)P1.0每下跳變一次（反轉(zhuǎn)兩次），T1計(jì)數(shù)一次累計(jì)5次，P1.7反轉(zhuǎn)一次START： MOVTMOD，#61H；T0方式1定時(shí)，T1方式2計(jì)數(shù)

MOVTL1，#0FBH；差5個(gè)負(fù)跳變就溢出，同時(shí)自動(dòng)重裝

MOVTH1，#0FBH；T1計(jì)數(shù)值為5

CLRP1.0 SETBTR1；T1開始計(jì)數(shù)LOOP1： CPLP1.7LOOP2： MOVTL0，#3CH；設(shè)置T0的定時(shí)值為100ms， MOVTH0，#0B0H；每100ms作一次反相跳變

SETB TR0；T0開始計(jì)數(shù)LOOP3: JBC TF0，LOOP4;T0溢出后(每100ms),P1.0反轉(zhuǎn)一次

SJMP LOOP3;同時(shí)P1.0每下跳變一次（反轉(zhuǎn)兩次），LOOP4： CPL P1.0；T1計(jì)數(shù)一次

JBC TF1，LOOP1；累計(jì)5次，P1.7反轉(zhuǎn)一次

SJMP LOOP2例定時(shí)器外部引腳T0(T1)用作外部中斷信號(hào)輸入端。外部負(fù)脈沖引起中斷請求，選計(jì)數(shù)方式，時(shí)間常數(shù)為FFH。例：門控方式測量正脈沖寬度解：INT1引腳輸入被檢測信號(hào)，記錄在正脈沖的時(shí)間內(nèi)包含機(jī)器脈沖個(gè)數(shù)。TR1=1 T1啟動(dòng)