MCS單片機內(nèi)功能模塊并行口定時器串行口

MCS單片機內(nèi)功能模塊并行口定時器串行口并行口結(jié)構(gòu)框圖P0.XPINDQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC多路開關(guān)T1T2地址/數(shù)據(jù)控制DQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC內(nèi)部提升P1.XPINTDQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC內(nèi)部提升P3.XPINT第二輸出功能第二輸入功能P2.XPINDQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC多路開關(guān)T地址控制內(nèi)部提升工作原理： P0~P3的口鎖存器結(jié)構(gòu)都是一樣的，P0~P3口的每一位口鎖存器都是一個D觸發(fā)器，復(fù)位以后的初態(tài)為1。但輸入緩沖器和輸出驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)有差別。CPU通過內(nèi)部總線把數(shù)據(jù)寫入口鎖存器。 CPU對口的讀操作有兩種：一種是讀-修改-寫指令(例如ANLP1，#0FEH)，讀口鎖存器的狀態(tài)，此時口鎖存器的狀態(tài)由Q端通過上面的三態(tài)輸入緩沖器送到內(nèi)部總線。另一種是讀指令(例如MOVA，P1)，CPU讀取口引腳上的外部輸入信息，這時引腳狀態(tài)通過下面的三態(tài)輸入緩沖器傳送到內(nèi)部總線。

P1、P2和P3口內(nèi)部有拉高電路，稱為準(zhǔn)雙向口。

P0口內(nèi)部沒有拉高電路，是三態(tài)雙向I/O口。

P1、P2、P3口可以驅(qū)動四個LSTTL電路，P0口可以驅(qū)動八個LSTTL電路。5.1.1P1口

一、P1口特性P1口為準(zhǔn)雙向口，只能作為通用I/O口使用，用來傳送數(shù)據(jù)。它的每一位可以分別定義為輸入線或輸出線，即用戶可以把P1口的某些位作為輸出線使用，另外的一些位作為輸入線使用。 P1口的某一位作為輸入線時，該位的口鎖存器必須保持“1”，使輸出場效應(yīng)管T截止，這時該位引腳由內(nèi)部拉高電路拉成高電平，也可以由外部的電路拉成低電平，CPU讀P1引腳狀態(tài)時實際上就是讀出外部電路的輸入信息。P1口作為輸入時，可以被任何TTL電路和MOS電路所驅(qū)動，由于內(nèi)部具有提升電路，也可以被集電極開路或漏極開路的電路所驅(qū)動。P1口的某一位作為輸出線時，將“1”寫入該位口鎖存器，則Q端上的輸出場效應(yīng)管T截止，該位的輸出引腳由內(nèi)部的拉高電路拉成高電平，輸出“1”；將“0”寫入口鎖存器，輸出場效應(yīng)管T導(dǎo)通，引腳輸出低電平，即輸出“0”。DQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC內(nèi)部提升P1.XPIN二、P1口的操作P1口的字節(jié)地址為90H，位地址為90H~97H。對P1口的操作，可以采用字節(jié)操作，也可以采用位操作。復(fù)位以后，口鎖存器為1。 例：在圖5-2中，P1.0~P1.3作為輸出線，接指示燈L0~L3。P1.4~P1.7作為輸入線接四個開關(guān)K0~K3。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.6P1.5K0K1K3K2P1.78051-+-+-+-++5vL0L1L2L3例1的子程序采用字節(jié)操作指令將開關(guān)狀態(tài)送指示燈顯示，Ki閉合，Li亮。

例1 KLA： MOV A，P1 SWAP A ORL A，#0F0H；保持P1.4~P1.7口鎖存器為1 MOV P1，A RET例2用位操作指令實現(xiàn)同樣的功能。 例2 KLB： MOV C，P1.4；位傳送不影響P1.4~P1.7口鎖存器

MOV P1.0，C MOV C，P1.5 MOV P1.1，C MOV C，P1.6 MOV P1.2，C MOV C，P1.7 MOV P1.3，C RET5.1.2P3口

一、P3口特性

P3口為多功能口，它的第一功能為準(zhǔn)雙向口，可以作為通用I/O口使用，其特性和P1口相似。但在實際應(yīng)用中它的第二功能信號更多。P3口的每一位可以分別定義為第一功能輸入/輸出線或第二功能輸入/輸出線。P3口的某一位作為第一功能輸入/輸出線時，第二功能輸出線總是為高電平，該位引腳輸出電平僅取決于口鎖存器的狀態(tài)，為“1”時輸出高電平，為“0”時輸出低電平。P3口的某一位作為輸入線時，該位口鎖存器應(yīng)保持“1”，使輸出場效應(yīng)管T截止，引腳狀態(tài)由外部輸入電平所確定。P3口的某一位作為第二功能輸入/輸出線時，該位的口鎖存器也必須保持“1”，使輸出場效應(yīng)管的狀態(tài)由第二功能輸出確定。DQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC內(nèi)部提升P3.XPINT第二輸出功能第二輸入功能

P3口的口鎖存器Q端接與非門驅(qū)動輸出場效應(yīng)管T，該與非門的另一個控制端為第二功能輸出線。P3口的引腳狀態(tài)通過輸入緩沖器輸入到內(nèi)部總線和第二功能輸入線。表5-1P3口的第二功能定義T0(定時器T0外部計數(shù)脈沖輸入線)T1(定時器T1外部計數(shù)脈沖輸入線)WR(外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖輸出線)RD(外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖輸出線)第二功能RXD(串行口輸入線)TXD(串行口輸出線)INT0(外部中斷0輸入線)INT1(外部中斷1輸入線)第二功能P3.4P3.5P3.6P3.7P3.0P3.1P3.2P3.3口引腳口引腳二、P3口的操作

P3口的字節(jié)地址為0B0H，位地址為0B0H~0B7H。對P3口的操作，可以采用字節(jié)操作，也可以采用位操作。

例3 ANLP3，#0DFH ；0P3.5 CLRP3.5 ；0P3.5

ORLP3，#20H

；1

P3.5 SETBP3.5 ；1

P3.5 XRLP3，#20H ；P3.5取反

CPLP3.5 ；P3.5取反5.1.3P2口

一、P2口特性

P2口也有兩種功能，對于內(nèi)部有程序存貯器的單片機（如定制的8051），P2口可以作為輸入口或輸出口使用，直接連接輸入/輸出設(shè)備；也可以作為系統(tǒng)擴展的地址總線口，輸出高8位地址A8~A15。對于內(nèi)部沒有程序存貯器的單片機，必須外接程序存貯器，一般情況下P2口只能作為系統(tǒng)擴展的高8位地址總線口，而不能作為外部設(shè)備的輸入/輸出口。P2.XPINDQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC多路開關(guān)T地址控制內(nèi)部提升 1、P2口的輸出驅(qū)動器上有一個多路電子開關(guān)(見圖5-1(c))，當(dāng)輸出驅(qū)動器轉(zhuǎn)接至P2口鎖存器的Q端時，P2口作為第一功能輸入/輸出線，這時P2口的結(jié)構(gòu)和P1口相似，其功能和使用方法也和P1口相同。

2、當(dāng)輸出驅(qū)動器轉(zhuǎn)接至地址時，P2口作為地址總線口，引腳狀態(tài)由所輸出的地址確定。

3、CPU訪問外部的程序存貯器時，P2口輸出程序存貯器的高8位地址A8~A15，該地址來源于內(nèi)部的程序計數(shù)器PC的高8位；

4、當(dāng)CPU以16位地址指針DPTR訪問外部RAM/IO的時候，P2口輸出的地址來源于DPH。二、P2口操作1、對于內(nèi)部有程序存貯器的單片機所構(gòu)成的基本系統(tǒng)（如8751或定制的8051），既不擴展程序存貯器，也不擴展RAMI/O口，這時P2口作為通用I/O口使用。

例4 XRLP2，#1；P2.0取反

CPLP2.0；P2.0取反2、對于只擴展少量外部RAMI/O口，其地址范圍在0~255之間，P2口也可以作為I/O口使用。對外部RAMI/O口操作，只能使用R0或R1作地址指針，不能用DPTR作址址指針。

例5

將33H寫入外部RAM的50H單元，CPU執(zhí)行下面的程序段不影響P2口輸出狀態(tài)，因而是正確的：

MOV R0，#50H MOV A，#33H MOVX @R0，ACPU執(zhí)行下面的程序段將影響P2口的輸出狀態(tài)，因而是錯誤的；

MOV DPTR，#50H MOV A，#33H MOVX @DTPR，A例6將33H寫入外部RAM的8200H，下面的程序段都是正確的：

(1) MOV P2，#82H MOV R0，#0 MOV A，#33H MOVX @R0，A (2) MOV P2，#82H MOV R1，#0 MOV A，#33H MOVX @R1，A (3) MOV DPTR，#8200H MOV A，#33H MOVX @DPTR，A3、對于既擴展程序存貯器，又?jǐn)U展外部RAM/IO口的系統(tǒng)，P2口不能作為I/O口使用，對外部RAM/IO口操作則可以做DPTR、P2R0、P2R1三個16位地址指針的高8位。5.1.4P0口

一、P0口特性P0口為三態(tài)雙向I/O口。對于內(nèi)部有程序存貯器的單片機基本系統(tǒng)（如定制的8051），P0口可以作為輸入/輸出口使用，直接連外部的輸入/輸出設(shè)備；也可以作為系統(tǒng)擴展的地址/數(shù)據(jù)總線口。對于內(nèi)部沒有程序存貯器的單片機（如8031），P0口只能作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P0.XPINDQCLQ內(nèi)部總線讀鎖存器寫鎖存器讀引腳VCC多路開關(guān)T1T2地址/數(shù)據(jù)控制1、P0口的輸出驅(qū)動器中也有一個多路電子開關(guān)。輸出驅(qū)動器轉(zhuǎn)接至口鎖動器的Q端時，P0口作為雙向I/O口使用。

這時，CPU發(fā)來的控制信號為低電平，使輸出驅(qū)動電路的上拉場效應(yīng)管T1截止。P0口的鎖存器為“1”時，輸出驅(qū)動器中的兩個場效應(yīng)管均截止，引腳浮空；由于P0口輸出電路是漏極開路的電路，必須外接10kΩ拉高電阻才能有高電平輸出。而寫入“0”時，下管導(dǎo)通輸出低電平。

2、當(dāng)輸出驅(qū)動器轉(zhuǎn)接至地扯/數(shù)據(jù)時，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線口使用，分時輸出外部存貯器的低8位地址A0~A7和傳送數(shù)據(jù)D0~D7。低8位地址先由地址允許鎖存信號ALE鎖存到外部的地址鎖存器中，接著P0口便輸入/輸出數(shù)據(jù)信息。P0口輸出的低8位地址來源于PCL、DPL、R0、R1等。二、P0口使用方法 P0口為三態(tài)雙向I/O口，當(dāng)用作輸入口時，一般接10kΩ左右的拉高電阻。圖5-3所示的8751基本系統(tǒng)中，將一個開關(guān)K0接至P1.0和P0.0的電路有所差別，其原因是P1口內(nèi)部具有拉高電阻，P0.0必須外接拉高電阻，才能使開關(guān)K0閉合時讀P0.0引腳為0，K0斷開時讀P0.0引腳為1。P1.0K08751P1.0K0+5v10k8751MCS-51的并行擴展總線

MCS-51的P0口和P2口可以作為并行擴展總線，可以擴展64K字節(jié)程序存貯器和64K字節(jié)RAMI/O口P2口輸出高8位地址A8~A15，P0口為復(fù)用口，先輸出低8位地址A0~A7，用ALE信號的負(fù)跳變將A0~A7送入地址鎖存器鎖存，P2口和地址鎖存器輸出作為地址總線，輸出地址A0~A15。在ALE將A0~A7送入地址鎖存器鎖存以后，接著P0口作為數(shù)據(jù)總線使用來傳送數(shù)據(jù)。在擴展系統(tǒng)中，P3.6、P3.7作為外部RAM/IO口的讀/寫選通信號WR、RD，PSEN作為外部程序存貯器的讀選通信號。正是由于外部程序存貯器和RAM/IO口使用不同的讀選通信號，才使CPU通過16位地址總線訪問64K字節(jié)程序存貯器和64K字節(jié)RAM/IO口。P2ALEP0WRRDPSEN地址鎖存器A8~A15A0~A7D0~D7（控制總線）（數(shù)據(jù)總線）（地址總線）MCS-51MCS-51并行口電路小結(jié)

1.P0、P1、P2、P3都是并行I/O口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入/輸出傳送，但P0、P2口可作為并行擴展總線。P0口可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線使用，輸送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)，因此多路開關(guān)的一個輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號。而P2口僅作為高位地址線使用，不涉及數(shù)據(jù)，所以多路開關(guān)的一個輸入信號為“地址”。2.P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號。因此在P3口電路中增加了第二功能控制邏輯。這是P3口與其它各不同之處。5.2定時器各種型號的單片機，不管其功能強弱都有定時器，因為定時器對于面向控制型應(yīng)用領(lǐng)域的單片機特別有用，定時器可以實現(xiàn)下列功能：（1）定時操作：產(chǎn)生定時中斷，實現(xiàn)定時采樣輸入信號，定時掃描鍵盤、顯示器等定時操作；（2）測量外部輸入信號：對輸入信號累加統(tǒng)計或測量輸入信號的周期等參數(shù)；（3）定時輸出：定時觸發(fā)輸出引腳的電平，使輸出脈沖的寬度、占空比、周期達到預(yù)定值，其精度不受程序狀態(tài)影響； （4）監(jiān)視系統(tǒng)正常工作：一旦系統(tǒng)工作異常時自動復(fù)位，重新啟動系統(tǒng)正常工作。（監(jiān)視定時器watchdog）；5.2.2定時器/計數(shù)器T0和T1

MCS-51系列的單片機內(nèi)，共有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，分別稱為定時器/計數(shù)器T0和定時器/計數(shù)器T1。與定時器/計數(shù)器有關(guān)的特殊功能寄存器有以下幾個：1、TH0、TL0為T0的16位計數(shù)器的高8位和低8位。2、TH1、TL1為T1的16位計數(shù)器的高8位和低8位。3、TMOD為T0、T1的方式寄存器。4、TCON為T0、T1的狀態(tài)和控制寄存器，存放T0、T1的運行控制位和溢出中斷標(biāo)志位。5、中斷控制寄存器IE、IP。 通過對TH0、TL0和TH1、TL1的初始化編程來設(shè)置T0、T1計數(shù)器初值，通過對TCON和TMOD的編程來選擇T0、T1的工作方式和控制T0、T1的運行。

一、方式寄存器TMOD（89H）特殊功能寄存器TMOD為T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下：

D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TMOD的低4位為T0的方式字段，高4位為T1的方式字段，它們的含義是完全相同的。工作方式選擇位M1、M0（方式0~3）定時方式和外部事件計數(shù)方式選擇位C/TC/T=1為外部事件計數(shù)方式。門控位GATE

GATE為1時，定時器的計數(shù)受外部引腳輸入電平的控制（INT0控制T0的運行，INT1控制T1的運行）；GATE為0時定時器計數(shù)不受外部引腳輸入電平的控制。二、控制寄存器TCON（88H）

特殊功能寄存器TCON的高4位為定時器的運行控制位和溢出標(biāo)志位，低4位為外部中斷的觸發(fā)方式控制位和鎖存外部中斷請求源（見中斷一節(jié)）。TCON格式如下：

D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT01.定時器T0運行控制位TR0TR0由軟件置位和清“0”。門控位GATE為0時，T0的計數(shù)僅由TR0控制，TR0為1時允許T0計數(shù)，TR0為0時禁止T0計數(shù)；門控位GATE為1時，僅當(dāng)TR0等于1且INT0（P3.2)輸入為高電平時T0才計數(shù)，TR0為0或INT0輸入低電平時都禁止T0計數(shù)。2.定時器T0溢出標(biāo)志位TF0

當(dāng)T0被允許計數(shù)以后，T0從初值開始加“1”計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時置“1”TF0。TF0可以由程序查詢和清“0”。TF0也是中斷請求源，當(dāng)CPU響應(yīng)T0中斷時由硬件清“0”TF0。3.定時器T1運行控制位TR1 TR1由軟件置位和清“0”。門控位GATE為0時，T1的計數(shù)僅由TR1控制，TR1為“1”時允許T1計數(shù)，TR1為“0”時禁止T1計數(shù)；門控位GATE為1時，僅當(dāng)TR1為1且INT1（P3.3)輸入為高電平時T1才計數(shù)，TR1為0或INT1輸入低電平時都將禁止T1計數(shù)。4.定時器T1溢出標(biāo)志位TF1

當(dāng)T1被允許計數(shù)以后，T1從初值開始加“1”計數(shù)，最高位產(chǎn)生溢出時置“1”TF1。TF1可以由程序查詢和清“0”，TF1也是中斷請求源，當(dāng)CPU響應(yīng)T1中斷時由硬件清“0”TF1。三、T0、T1的工作方式和計數(shù)器結(jié)構(gòu)

MCS-51的定時器T0有四種工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3；定時器T1有三種工作方式：方式0、方式1、方式2。1.方式0

當(dāng)M1M0為00時定時器工作于方式0。定時器T0方式0的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。方式0為13位的計數(shù)器，由TL0的低5位和TH0的8位組成，TL0低5位計數(shù)溢出時向TH0進位，TH0計數(shù)溢出時置“1”溢出標(biāo)志TF0。定時時間設(shè)定：fosc÷12TL0(5位)TH0(8位)TF0中斷控制C/T=0C/T=1T0腳(P3.4)INT0腳GATETR0例7

已知晶振頻率fOSC=6MHz，若使用T0方式0產(chǎn)生10ms定時中斷，試對T0進行初始化編程。a=00BTH0TL0INIT0：MOVTH0，#63H MOVTL0，#18H MOVTMOD,#00H ;置T0為方式0下的定時方式

SETBTR0 ；允許T0計數(shù)

MOVIE，#82H ；EA=1，CPU開放中斷

RET ；ET0=1，允許T0中斷2.方式1

方式1和方式0的差別僅僅在于計數(shù)器的位數(shù)不同，方式1為16位的定時器/計數(shù)器。定時器T0工作于方式1的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。T0工作于方式1時，由TH0作為高8位，TL0作為低8位，構(gòu)成一個16位計數(shù)器。若T0工作于方式1定時，計數(shù)初值為a，fosc=12MHz，則T0從計數(shù)初值加1計數(shù)到溢出的定時時間為:

fosc÷12TL0(8位)TH0(8位)TF0中斷控制C/T=0C/T=1T0腳(P3.4)INT0腳GATETR0與定時器有關(guān)的寄存器TCON狀態(tài)和控制寄存器中斷允許寄存器IED7D6D5D4D3D2D1D0EA--ESET1EX1ET0EX0中斷優(yōu)先級控制器IPD7D6D5D4D3D2D1D0---PSPT1PX1PT0PX0D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TMOD方式控制寄存器應(yīng)用舉例：例8設(shè)fosc=12MHz，T0工作于方式1，產(chǎn)生50ms定時中斷，TF0為高級中斷源。試編寫主程序中的初始化程序和中斷服務(wù)程序，使P1.0產(chǎn)生周期為1秒的方波。MAIN：MOVSP，#6FH ；棧指針初始化

MOVTH0，#3CH；T0初始化

MOVTL0，#0B0H MOVTMOD，#1；T0工作于方式1，定時

MOVIP，#2 ；PT0=1，T0中斷定義為高 ；優(yōu)先級中斷

MOVIE，#82H；中斷初始化（EA=1，ET0=1）

SETBTR0 ；允許T0中斷

MOV30H，#0AH；工作單元初始化每10次 ；中斷（0.5秒）P1.0求反， ；用30H作中斷次數(shù)計數(shù)器單元。 AJMP$ a=3CB0HT0中斷服務(wù)程序：

PTF0：ORL TL0，#0B0H ；恢復(fù)T0初值

MOVTH0，#3CH DJNE30H，PTF0R ；判斷中斷次數(shù)=10否? MOV30H，#0AH ；恢復(fù)中斷次數(shù)存貯單元值

CPL P1.0 ；P1.0求反

PTF0R：RETI說明：定時器T0中斷入口地址（55頁）為：000BH000B：LJMPPTF0R3.方式2

T0工作于方式0和方式1時的最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器全為“0”。因此循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應(yīng)用時就存在反復(fù)設(shè)置計數(shù)初值的問題。初值a通常是由中斷服務(wù)程序恢復(fù)的，而CPU響應(yīng)T0溢出中斷的時間隨程序狀態(tài)不同而不同（CPU所執(zhí)行指令不同或者在執(zhí)行其它中斷程序都影響CPU響應(yīng)中斷的時間），CPU響應(yīng)T0溢出中斷之前T0從0開始繼續(xù)計數(shù)，CPU響應(yīng)T0溢出中斷時又從初值開始計數(shù)，這樣使定時產(chǎn)生誤差。M1M0=10時，T0工作于方式2，方式2為自動恢復(fù)初值的8位計數(shù)器，TL0作為作為8位計數(shù)器，TH0作為計數(shù)初值寄存器，當(dāng)TL0計數(shù)溢出時，一方面置“1”溢出標(biāo)志TF0，向CPU請求中斷，同時將TH0內(nèi)容送到TL0，使TL0從初值開始重新加1計數(shù)。因此，T0工作于方式2定時，定時精度比較高，但定時時間小。T=定時時間設(shè)定：工作原理：fosc÷12TL0(8位)TH0(8位)TF0中斷控制C/T=0C/T=1T0腳(P3.4)INT0腳GATETR04.方式31）工作方式3下的定時器/計數(shù)器T0

方式3只適用于T0，若T1被設(shè)置為工作方式3時，則使T1停止工作。T0被分為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0。TL0使用T0的所有狀態(tài)控制位GATE、TR0、INT0（P3.2）、T0（P3.4)、TF0等，TL0即可以作為8位定時器使用，又可以作為外部事件計數(shù)器使用。TL0計數(shù)溢出時置“1”溢出標(biāo)志TF0，TL0計數(shù)初值必須由軟件每次設(shè)定。其功能和操作與方式0或方式1完全相同，而且邏輯結(jié)構(gòu)也極其類似。TH0只能作為一個8位定時器使用。而且由于T0的所有狀態(tài)控制位已被TL0獨占，因此TH0只好借用T1的狀態(tài)控制位TR1、TF1。即當(dāng)TR1為1時，允許TH0定時計數(shù)，當(dāng)TH0計數(shù)溢出時置“1”溢出標(biāo)志TF1。

由于TL0既能作定時器使用也能作計數(shù)器使用，而TH0只能作為定時器使用卻不能作為計數(shù)器使用，因此在工作方式3下，T0可以構(gòu)成兩個定時器或一個定時器一個計數(shù)器?？刂芓H0(8位)TF1中斷TR11/12fOSCTL0(8位)TF0中斷控制C/T=0C/T=1T0腳(P3.4)INT0腳GATETR01/12fOSCT=定時時間設(shè)定：工作原理：2）工作方式3下的定時器/計數(shù)器T1

如果T0已工作在方式3，則T1只能工作在方式0、方式1或方式2下，因為它的運行控制位TR1及計數(shù)溢出標(biāo)志位TF1已被T0借用。 在這種情況下，T1通常是作為串行口的波特率發(fā)生器使用，以確定串行通信的速率。因為已沒有計數(shù)溢出標(biāo)志位TF1可供使用，因此只能把計數(shù)溢出直接送給串行口。 如要停止T1工作，只需送入一個把T1設(shè)置為方式3的方式控制字就可以了。因為T1不能在方式3下使用，如果硬把它設(shè)置為方式3，就停止工作。5.3串行接口

中央處理器CPU和外界的信息交換（或數(shù)據(jù)傳送）稱為通信，通常有并行和串行兩種通信方式，數(shù)據(jù)的各位同時傳送的稱為并行通信，數(shù)據(jù)一位一位串行地順序傳送的稱為串行通信。并行通信的特點是：各數(shù)據(jù)位同時傳送，傳送速度快、效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。并行數(shù)據(jù)傳送的距離通常小于30米，在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送都是并行的。 并行通信是通過并行接口來實現(xiàn)的，串行通信的特點是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計算機與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。 串行通信是通過串行口來實現(xiàn)的，MCS-51有一個全雙工(數(shù)據(jù)的傳送是雙向的，可以同時發(fā)送和接收）的異步串行通信接口可以實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信。

串行通信有兩種基本方式：異步通信和同步通信方式。

一、異步通信方式是以字符（或字節(jié)）為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備一幀一幀地接收。

典型的異步通信數(shù)據(jù)格式如下： 停 起 止 始8位數(shù)據(jù) 位 位D0D1D2D3D4D5D6D70/1字符的前面有一個起始位（0），后面有一個停止位（1），這是一種起止式的通信方式，字符之間沒有固定的間隔長度。優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳送可靠性高缺點：通信效率低奇偶校驗

對異步通信數(shù)據(jù)格式作如下說明：

1.字符幀：字符幀也叫數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位等四部分組成。如上圖。2.起始位：位于字符幀開頭，只占一位，始終為邏輯“0”，用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。3.數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，用戶根據(jù)情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。若所傳數(shù)據(jù)為ASCⅡ字符，則常取7位。4.奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)位之后，僅占一位。用于對字符傳送作正確性檢查，因此，奇偶校驗位是可選擇的，采用奇校驗還是偶校驗，由用戶根據(jù)需要決定。5.停止位：位于字符幀末尾，為邏輯“1”高電平，通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一幀字符信息已發(fā)送完畢，也為下一幀字符作準(zhǔn)備。在串行通信中，發(fā)送端一幀一幀發(fā)送信息，接收端一幀一幀接收信息。兩相鄰字符幀之間可以無空閑位，也可以有若干空閑位，這由用戶根據(jù)需要決定。這種方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳送的可靠性較高，能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，缺點是通信效率較低。二、同步通信說明：1、是按數(shù)據(jù)塊傳送的，把傳送的字符順序地連接起來，組成數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)塊前面加上特殊的同步字符（有1—2個），作為數(shù)據(jù)塊的起始符號，在數(shù)據(jù)塊的后面加上校驗字符，用于檢驗通信中的錯誤。2、接收端不斷對傳輸線采樣，并把采樣到的字符和雙方約定的同步字符比較，只有比較成功后才會把后面接收到的字符加以存儲3、在同步通信中字符之間沒有間隔，通信效率高。 串行通信中，每秒傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)稱為波特率。同步字符1同步字符2n個數(shù)據(jù)字節(jié)校驗字節(jié)1校驗字節(jié)2典型的同步通信數(shù)據(jù)格式5.3.1串行接口的組成和特性MCS-51的串行口是一個全雙工的異步串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行口的內(nèi)部有數(shù)據(jù)接收緩沖器和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器。數(shù)據(jù)接收緩沖器只能讀出不能寫入，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，這兩個數(shù)據(jù)緩沖器都用符號SBUF來表示。

CPU對特殊功能寄存器SBUF執(zhí)行寫操作，就是將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器；對SBUF執(zhí)行讀操作，就是讀出數(shù)據(jù)接收緩沖器的內(nèi)容。與串行通信有關(guān)的特殊功能寄存器共有4個：1、特殊功能寄存器SCON：存放串行口的控制和狀態(tài)信息。2、特殊功能寄存器PCON：最高位SMOD為串行口波特率的倍率控制位。3、中斷允許寄存器IE：D4位（ES）為串行口中斷允許位。4、中斷優(yōu)先級控制寄存器IP：D4位（PS）為串行口優(yōu)先級控制位。

一、串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器SCON是一個特殊功能寄存器，地址為98H，具有位尋址功能。SCON的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI各位功能說明如下：1.SM0、SM1：串行口的工作方式選擇位。2.SM2：多機通信控制位。對于于方式2和方式3，如SM2置為1，則只有接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”,才激活接收中斷標(biāo)志位RI；而當(dāng)SM2置為0時，則不論第9位數(shù)據(jù)為“0”還是為“1”，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并置位RI產(chǎn)生中斷請求。對于方式1，如SM2=1，則只有接收到有效的停止位才會激活RI。對于方式0，SM2應(yīng)該為0。3.REN：允許串行接收位。

REN位用于對串行數(shù)據(jù)的接收進行控制。由軟件置位1以允許接收。由軟件清“0”來禁止接收。4.TB8：發(fā)送的第9個數(shù)據(jù)位 對于方式2和方式3，TB8的內(nèi)容是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時其值由用戶通過軟件置位或復(fù)位。

5.RB8：接收第9個數(shù)據(jù)位 對于方式2和方式3，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。對于方式1，如SM2=0，RB8是接收到的停止位。對于方式0，不使用RB8。

6.TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。 在方式0下，串行發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，串行發(fā)送停止位的開始時，由硬件置位。TI必須由軟件清“0”。 這就是說：TI在發(fā)送前必須由軟件復(fù)位，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后由硬件置位。TI=1，表示幀發(fā)送結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可請求中斷。

7.RI：接收中斷標(biāo)志。 在方式0下，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式接收到停止位中間時置位，必須由軟件清“0” 二、特殊功能寄存器PCON

PCON的最高位SMOD是串行口波特率系數(shù)控制位，當(dāng)SMOD為1時使波特率加倍。PCON的其它位為掉電方式控制位（僅對CHMOS型單片機80C51等有效，） SMODD7D6D05.3.2串行接口的工作方式 MCS-51串行接口具有四種工作方式，它們是由SCON中的SM0，SM1這兩位定義的。下面我們從應(yīng)用的角度，重點討論各種工作方式的功能特性和工作原理。一、方式0

方式0是擴展移位寄存器的工作方式，以串行擴展I/O接口。輸出時：將發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中的內(nèi)容串行地移到外部的移位寄存器。輸入時：將外部移位寄存器的內(nèi)容串行地移入內(nèi)部的輸入移位寄存器，然后寫入內(nèi)部的接收數(shù)據(jù)緩沖器。在以方式0工作時，數(shù)據(jù)由RXD端串行地輸入/輸出，TXD端輸出移位脈沖，使外部的移位寄存器移位。波特率固定為振蕩器頻率的十二分之一。1.方式0輸出

方式0輸出時，串行口上外接74LS164（串行輸入并行輸出移位寄存器）的接口邏輯如圖所示。在TXD端輸出的移位脈沖控制下，RXD端輸出的數(shù)據(jù)將被逐位移入74LS164。（經(jīng)過8個機器周期）88031D1D2CLK74LS164345610111213D7……D0+5VRXDTXD80518751121497例圖5-25中，串行口外接兩個74LS164，74LS164的輸出接指示燈L0~L15，欲使L0~L3、L8、L10、L12、L14燈亮，其余燈暗。LSUBO：MOV SBUF，#0FHJNB TI，＄

CLR TIMOV SBUF，#055H JNB TI，＄

CLR TIRET+5VRXDTXD12CLK74LS164345610111213CRVccVss12CLK74LS164345610111213CRVccVssL7L6L5L4L3L2L1L0L15L9L80000SCONIE11IP12.方式0輸入

方式0輸入時，RXD作為串行數(shù)據(jù)輸入線，TXD作為移位脈沖輸出線，串行口與外接的并行輸入串行輸出的移位寄存器74LS166的接口邏輯如下在REN=1，RI=0時啟動串行口接收，TXD端輸出的移位脈沖頻率為fosc/12，若fosc=12MHz，移位速率為1μs/位，經(jīng)過8次移位，外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部移位寄存器，并寫入SBUF，置位RI，停止移位，完成一個字節(jié)的輸入，CPU讀SBUF的內(nèi)容便得到輸入結(jié)果。當(dāng)檢測到外部移位寄存器內(nèi)容再次有效時（設(shè)備將數(shù)據(jù)打入外部移位寄存器，打入信號向CPU請求中斷），清“0”RI，啟動串行口接收下一個數(shù)據(jù)。803174LS166345610111213RXDTXD80518751INT0137156外部數(shù)據(jù)打入信號二、方式1

串行口定義為方式1時，它是一個8位異步串行通信口，TXD為數(shù)據(jù)輸出線，RXD為數(shù)據(jù)輸入線。傳送一幀信息的數(shù)據(jù)格式如下所示。一幀為10位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），1位停止位。D0D1D2D3D4D5D6D7起始位停止位1.方式1輸出

CPU向串行口數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器SBUF寫入一個數(shù)據(jù)，然后發(fā)送電路就自動在8位發(fā)送字符前后分別添加1位起始位“0”和1位停止位“1”，啟動串行口發(fā)送，在串行口內(nèi)部一個十六分頻計數(shù)器的同步移位脈沖控制下，在TXD端輸出一幀信息，先發(fā)送起始位0，接著從低位開始依次輸出8位數(shù)據(jù)，最后輸出停止位1，并使發(fā)送中斷標(biāo)志TI置“1”，串行口輸出完一個字符后停止工作。CPU執(zhí)行程序判斷TI=1后，必須由程序清“0”TI，再向SBUF寫入數(shù)據(jù)，啟動串行口發(fā)送下一個字符。2.方式1輸入

REN置“1”以后，就允許接收器接收。接收器以所選波特率的16倍的速率采樣RXD端的電平。當(dāng)檢測到RXD端輸入電平發(fā)生負(fù)跳變（從“1”到“0”）時，復(fù)位內(nèi)部的十六分頻計數(shù)器。如果在第1位時間接收到的值（起始位）不是0，則起始位無效，復(fù)位接收電路，重新搜索RXD端上的負(fù)跳變。如果起始位有效，則開始接收本幀其余部分的信息。接收到停止位為1時，將接收到的8位數(shù)據(jù)裝入接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，并把停止位送入RB8中，置位RI，表示串行口接收到有效的一幀信息，向CPU請求中斷。（若程序清RI位后）接著串行口輸入控制電路重新搜索RXD端上負(fù)跳變，接收下一個數(shù)據(jù)。三、方式2和方式3

串行口定義為方式2或方式3時，它是一個9位異步串行通信接口，TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端，RXD為數(shù)據(jù)接收端。方式2和方式3的通信過程完全相同，所不同的僅在于波特率。方式2的波特率固定為振蕩器頻率的1/64或1/32，而方式3的波特率由定時器T1或T2（8052）的溢出率所確定，故方式3的波特率是可調(diào)的。 在方式2和方式3中，一幀信息為11位：1位起始，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），1位附加的第9位數(shù)據(jù)（發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時第9位數(shù)據(jù)為SCON中的RB8），1位停止位，數(shù)據(jù)的格式如下圖。D0D1D2D3D4D5D6D7D8

起始位停止位

1.方式2和方式3輸出

方式2和方式3的發(fā)送過程類似于方式1輸出，所不同的是：方式2和方式3有9位有效數(shù)據(jù)位。發(fā)送時，CPU除要把發(fā)送字符寫入數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器“SBUF”外，還要把第9數(shù)據(jù)位預(yù)先寫入SCON的TB8中。第9數(shù)據(jù)位可由用戶安排，可以是奇偶校驗位，也可以是其他控制位。第9數(shù)據(jù)位的寫入可以用如下指令中的一條來完成：

SETBTB8 CLRTB8

第9數(shù)據(jù)位的值寫入TB8后，CPU向數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器“SBUF”寫入發(fā)送數(shù)據(jù)就啟動串行口發(fā)送。先發(fā)送起始位0，接著從低位開始依次發(fā)送SBUF中的8位數(shù)據(jù)，再發(fā)送SCON中TB8，最后發(fā)送停止位，置“1”發(fā)送中斷標(biāo)志TI，CPU判斷TI=1以后若由程序清“0”TI，可以再向TB8和SBUF寫入新的數(shù)據(jù)，再次啟動串行口發(fā)送。方式2和方式3輸入

方式2和方式3的接收過程也和方式1輸入類似，所不同的是：方式1時RB8中存放的是停止位，方式2或方式3時RB8中存放的是第9數(shù)據(jù)位。 當(dāng)REN置“1”以后，接收器就以所選波特率的16倍的速率采樣RXD端的輸入電平。當(dāng)檢測到RXD上輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時，復(fù)位內(nèi)部的十六分頻計數(shù)器。（計數(shù)器的16個狀態(tài)把一位數(shù)據(jù)的時間分成16等分，在一位中心，即7、8、9這三個計數(shù)狀態(tài)，位檢測器采樣RXD的輸入電平，接收的值是三次采樣中至少是兩次相同的值。）如果在第1位時間接收到的值不是0，則起始位無效，復(fù)位接收電路，重新搜索RXD上的負(fù)跳變。如果起始位有效，則開始接收本幀其余位信息。REN置“1”以后，就允許接收器接收。在此前提下，串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到從“1”向“0”的狀態(tài)跳變時，就認(rèn)定是接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，先從低位開始接收8位數(shù)據(jù)，再接收第9位數(shù)據(jù)，在RI=0、SM2=0

或RI=0、SM2=1、接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，接收的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8，置位RI；如果條件不滿足，把數(shù)據(jù)丟失，并不置位RI。一位時間以后,又開始搜索RXD上的負(fù)跳變，接收下一個數(shù)據(jù)。串行口工作方式總結(jié)：SM0SM1方式功能說明001101010123擴展移位寄存器方式(用于I/O口擴展)，移位速率為fosc/128位UART，波特率可變（T1溢率/n）9位UART，波特率為fosc/64或fosc/329位UART，波特率可變（T1溢率/n）5.3.3波特率一、方式0波特率串行口方式0的波特率由振蕩器的頻率所確定： 方式0波特率=振蕩器頻率/12二、方式2波特率串行口方式2的波特率由振蕩器的頻率和SMOD(PCON.7)所確定： 方式2波特率=2SMOD×振蕩器頻率/64SMOD為0時，波特率等于振蕩器頻率的六十四分之一；

SMOD為1時，波特率等于振蕩器頻率的三十二分之一。三、方式1和方式3的波特率串行口方式1和方式3的波特率由定時器T1或T2（8052等單片機）的溢出率和SMOD所確定。T1和T2是可編程的，可以選擇的波特率范圍比較大，因此串行口方式1和方式3是最常用的工作方式。

用定時器T1產(chǎn)生波特率

當(dāng)定時器T1作為串行口的波特率發(fā)生器時，串行口方式1和方式3的波特率由下式確定： 方式1和方式3波特率=2SMOD×（T1溢出率）/32SMOD為0時，波特率等于T1溢出率的三十二分之一；SMOD為1時，波特率等于T1溢出率的十六分之一。說明：

定時器T1作波特率發(fā)生器時，應(yīng)禁止T1中斷。通常T1工作于定時方式（C/T=0），計數(shù)脈沖為振蕩器的十二分頻信號。T1的溢出率又和它的工作方式有關(guān)，一般選方式2定時，此時串行口方式1和方式3波特率的計算公式為：

2SMOD×振蕩器頻率/[32×12(256-(TH1))]

2SMOD×表5-7列出了最常用的波特率以及相應(yīng)的振蕩器頻率、T1工作方式和計數(shù)初值。

表5-7 常用波特率波特率Fosc(MHZ)SMOD定時器C/T方式重新裝入值方式0最大：1M12XXXX方式2最大：375K121XXX方式1、3：62.5K12102FFH19.2K11.0592102FDH9.6K11.0592002FDH4.8K11.0592002FAH2.4K11.0592002F4H1.2K11.0592002E8H137.611.9860021DH110600272H11012001FEEBH5.3.4多機通信原理

多機通信是指兩臺以上計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，主從式多機通信是多機通信系統(tǒng)中最簡單的一種，應(yīng)用也最為廣泛?，F(xiàn)以它為例加以討論。工作原理：串行口控制寄存器SCON中的SM2為多機通信控制位。串行口以方式2或方式3接收時，若SM2為1，則僅當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，置位RI，請求CPU對數(shù)據(jù)進行處理；如果接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為0，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志RI，信息丟失，CPU不作任何處理。當(dāng)SM2為0時，則接收到一個數(shù)據(jù)后，不管第9位數(shù)據(jù)RB8是1還是0，都將數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF，置位中斷標(biāo)志RI，請求CPU處理，應(yīng)用這個特性，便可以實現(xiàn)MCS-51的主從式多機通信。工作原理：(1)主機的SM2=0；所有從機的SM2=1，以便接收主機發(fā)來的地址。(2)主機給從機發(fā)送地址時，第9數(shù)據(jù)位上發(fā)送1，以指示從機接收這個地址。(3)所有從機在SM2=1、RB8=1和RI=0時，接收主機發(fā)來的從機地址，進入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，并和本機地址比較以確定是否為被尋址從機。(4)未被尋址從機保持SM2=1，并退出各自中斷服務(wù)程序。被尋址從機通過指令清零SM2，以正常接收主機隨之而來發(fā)送的數(shù)據(jù)或命令(每帖數(shù)據(jù)第9位均為0)，并作相應(yīng)處理。同時向主機發(fā)回接收到的從機地址，供主機核對。

(5)完成主機和被尋址從機之間的數(shù)據(jù)通信，被尋址從機在通信完成后重新使SM2=1，并退出中斷服務(wù)程序，等待下一次通信。TXDRXD80310#從機TXDRXD80310#從機TXDRXD8031主機80310#從機TXDRXDMCS-51多機通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5.3.5串行口的應(yīng)用和編程一、串行口的應(yīng)用