【大学课件】单片机原理与接口技术课件. MCS51单片机定时计数器和串行接口.ppt

1,03:36,单片机原理与接口技术,第7章 MCS-51单片机定时/计数器和串行接口,2,03:36,(1)了解定时/计数器的结构和工作原理。(2)熟悉定时/计数器的控制寄存器。(3)掌握定时/计数器的应用编程。(4)了解串行通信接口的结构和工作原理。(5)熟悉串行通信接口的控制寄存器。(6)掌握串行通信的应用编程。,本章教学要求,3,03:36,本 章 目 录,7.1 定时/计数器7.1.1 定时/计数器的结构与原理7.1.2 定时/计数器的工作方式7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求7.1.4 定时/计数器的应用7.2 串行通信接口7.2.1 串行通信基础知识7.2.2 MCS-51串行通信接口7.2.3 串行通信接口的应用习题与思考题,4,03:36,7.1 定时/计数器,MCS-51单片机内有2个16位可编程的定时/计数器，即定时器0（T0）和定时器1（T1）。两个定时/计数器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等应用。,5,03:36,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。可由软件设置为定时或计数工作方式。,1定时/计数器T0、T1结构,-T0、T1结构,6,03:36,2加1计数器,T0、T1都是16位加1计数器，TH0、TL0构成定时/计数器T0加1计数器的高8位和低8位。加1计数器的初值可以通过程序进行设定，设定不同的初值，就可以获得不同的计数值或定时时间。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-加1计数器,7,03:36,3定时控制寄存器（TCON）,TF0、TF1：计数溢出标志位。TF0=1或TF1=1是计数溢出；TF0=0或TF1=0是计数未满。TR0、TR1：启/停控制位。TR0=1或TR1=1，使T0或T1启动计数；TR0=0或TR1=0，使T0或T1停止计数。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-TCON,8,03:36,4工作方式控制寄存器（TMOD）,GATE：门控信号。当GATE=0时，TRx=1即可启动定时器工作；当GATE=1时，要求同时有TRx=1和INTx=1才可启动定时器工作（x是1、2）。C/T：定时/计数器选择位。C/T=1，为计数器工作方式；C/T=0，为定时器工作方式。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,M1、M0：定时/计数器工作模式选择位M1M0=00 工作方式0（13位方式）M1M0=01 工作方式1（16位方式）M1M0=10 工作方式2(8位自动再装入方式)M1M0=11 工作方式3（T0为2个8位方式）,-TMOD,9,03:36,5T0、T1定时功能和计数功能的选择,通过选择控制C/T实现定时器或计数器的功能选择。当C/T=0时，选择定时器功能；当C/T=1时，选择计数器功能。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,-定时/计数功能选择,10,03:36,对单片机内部机器周期产生的脉冲进行计数，计数器每个机器周期自动加1。如果单片机的晶振频率为12MHz，则计数频率为1MHz，或者说计数器每加1，可实现1s的计时。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,定时器功能（C/T=0）：,-定时器功能,11,03:36,对外部事件产生的脉冲进行计数。对于MCS-51单片机来说，P3.4和P3.5两个信号引脚分别是T0和T1计数器的计数脉冲信号输入端，当该引脚输入脉冲发生负跳变时，加1计数器自动加1。,7.1.1 定时/计数器的结构与原理,计数器功能（C/T=1）：,-计数器功能,12,03:36,7.1.2 定时/计数器的工作方式,定时/计数器T0、T1可以有四种不同的工作方式：方式0、方式1、方式2 和 方式34种工作方式由TMOD中的M1、M0两位决定，见表7-3所示。,-四种工作方式,13,03:36,当TMOD中M1M0=00时，选定方式0(13位状态)进行工作。C/T=1时，图中电子开关S1切至下端，13位定时/计数器处于计数器状态，加法计数器对T0引脚上的外部输入脉冲计数。计数值：N=8192-x。x是由TH0、TL0设定的初值。x=8191时为最小计数值l，x=0时为最大计数值8192，即计数范围为18192（213）。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,1方式0,-方式0，13位计数,14,03:36,C/T=0时，图中电子开关S1切至上端，加法计数器对机器周期计数，13位定时/计数器处于定时器状态。定时时间：Td=(8192-x)Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，即机器周期为1s，则定时范围为1s8192s。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式0，13位定时,1方式0,15,03:36,无论是计数器状态还是计时器状态，随着加法计数的增大，TL0的低5位溢出后自动向TH0进位，TH0溢出后，将溢出标志位TF0置位，并向CPU发出中断请求。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式0计数溢出置位TF0,1方式0,16,03:36,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-启动方式,17,03:36,当TMOD中M1M0=01时，选定方式1(16位状态)进行工作。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式1，16位定时/计数,2方式1,当作为计数器使用时，计数范围是165536（216）；当作为定时器使用时，定时器的定时时间为：Td=(216-Count)Tcy。如果晶振频率fosc=12MHz，则定时范围为：165536s。,18,03:36,方式0和方式1具有共同的特点，即当加法计数器发生溢出后，自动处于0状态，如果要实现循环计数或周期定时，就需要程序不断反复给计数器赋初值，这就影响了计数或定时精度，并给程序设计增添了麻烦。而方式2具有初值自动重新加载功能，其逻辑结构如图7-5所示。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式2，自动重载初值,3方式2,19,03:36,当M1M0=10时，定时/计数器选定方式2进行工作。该方式下，16位计数器被分为两个8位寄存器TL0和TH0，其中TL0作为计数器，TH0作为计数器TL0的初值预置寄存器，并始终保持为初值常数。当TL0计数溢出时，系统将TF0置位，并向CPU申请中断，同时将TH0的内容重新装入TL0，继续计数。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式2，自动重载初值,20,03:36,4方式3,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3,在前述方式0、1、2 三种工作方式中，T0和T1两个定时/计数器具有相同的功能。在方式3下，T0和T1的功能完全不同。当M1M0=11时：T0定时/计数器处于方式3工作模式。T1定时/计数器只能工作在方式0、1、2下。,21,03:36,4方式3,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T0的结构,1)T0的方式3工作模式 在方式3下，T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。TL0既可以计数使用，又可以定时使用，构成了1个8位的定时/计数器（TL0）。T0的控制位和引脚信号全归TL0使用，其功能和操作与方式0或方式1完全相同，而且工作逻辑结构也极其类似。TH0只能作为1个8位定时器使用（不能用做外部计数方式）。而且由于T0的控制位已被TL0独占，因此只好借用定时/计数器T1的控制位TR1和TF1，以计数溢出去置位TF1，还占用T1的中断源。而定时的启动和停止则受TR1的状态控制。由于TL0既能做定时器使用，也能做计数器使用，而TH0只能做定时器使用，因此在工作方式3下，定时/计数器T0可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。,22,03:36,1)T0的方式3工作模式 T0为方式3工作模式时可以构成两个独立的定时器或1个定时器、1个计数器。,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T0的结构,23,03:36,2)T0在方式3时T1的工作模式,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T1的工作模式,如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。此时由于T1的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被定时/计数器T0借用而没有计数溢出标志位可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口，作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。当作为波特率发生器使用时，只需要设置好工作方式，便可自动运行。如要停止工作，只需送入一个把T1设置为方式3的方式控制字就可以了。因为定时/计数器T1不能在方式3下使用，如果硬把它设置为方式3，则停止工作。,24,03:36,2)T0在方式3时T1的工作模式,7.1.2 定时/计数器的工作方式,-方式3时T1的工作模式,如果定时/计数器T0已工作在方式3下，则定时/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。,25,03:36,7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求,定时/计数器的作用是用来精确地确定某一段时间间隔(作为定时器用)或累计外部输入的脉冲个数(作为计数器用)。当用作定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时/计数器中累计的脉冲个数，即可计算出所定时间的长度。当MCS-5l内部的定时/计数器被选定为定时器工作模式时，计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期产生一个脉冲位，计数器增l，因此定时/计数器的输入脉冲的周期与机器周期一样，为时钟振荡频率的l/12。当采用12MHz频率的晶振时，计数速率为1MHz，输入脉冲的周期间隔为1s。由于定时的精度决定于输入脉冲的周期，因此当需要高分辨率的定时时，应尽量选用频率较高的晶振。,定时器作用,-定时器作用,26,03:36,当定时/计数器用作计数器时，计数脉冲来自外部输入引脚T0或T1。当输入信号产生由1至0的跳变(即负跳变)时，计数器的值增l。由于确认一次负跳变需要用2个机器周期，即24个振荡周期，因此外部输入的计数脉冲的最高频率为振荡器频率的1/24，例如，选用6MHz频率的晶振，允许输入的脉冲频率为250kHz，如果选用12MHz频率的晶振，则可输入500kHz的外部脉冲。对于外部输入信号的占空比并没有什么限制，但为了确保某一给定的电平在变化之前能被采样一次，则这一电平至少要保持一个机器周期。,7.1.3 定时/计数器对输入信号的要求,-计数器作用,计数器作用,27,03:36,7.1.4 定时/计数器的应用,（1）初始化步骤1)设置工作方式2)计算加1计数器的计数初值Count，并将计数初值Count送入TH、TL中3)启动计数器工作，即将TRx置14)若采用中断方式，则应设置T0、T1及CPU开中断,1定时/计数器初始化,-初始化步骤,28,03:36,（2）计数方式初始化,假设T0工作于计数方式1，计数值N=1，即每当T0引脚输入一个计数脉冲就使加1计数器产生溢出，通常可以使用这种方法扩展外中断。为了使加1计数器每加一次1就溢出，加1计数器的初值Count=0FFFFH=216-1，其中16为工作方式1时加1计数器的位数，1为计数值x。现用n表示加1计数器的位数，用x表示计数值，则计数初值Count=2n-x，式中，n=13，16，8和8，分别对应工作方式0，1，2和3。,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化,29,03:36,例7-1 定时/计数器T0工作于计数方式，计数值x=1，允许中断，分别使用工作方式1、方式0和方式2。进行初始化编程。,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,1)假设T1定时/计数器闲置不用，可设控制寄存器TMOD的高4位为0000，即：TMOD74=0000B。2)T0定时/计数器工作于计数方式，可确定T0的GATE=0,C/T=1，即：TMOD32=01B。,30,03:36,3)T0工作于方式1时，应确定M1M0=01即，TMOD10=01B则，TMOD=0000，0101B=05H计数器位数n=16，计数器初值 Count=216-1=1111,1111,1111,1111B=FFFFH 即，TH0=FFH，TL0=FFH,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,31,03:36,4)T0工作于方式0时，应确定M1M0=00即，TMOD10=00B则，TMOD=0000,0100B=04H计数器位数n=13，计数器初值Count=213-1=1111,1111,1,1111B即，TH0=FFH（高8位FFH送入TH0中）TL0=1FH（低5位1FH送入TL0中）,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,32,03:36,5)T0工作于方式2时，应确定M1M0=10即，TMOD10=10B则，TMOD=0000,0110B=06H计数器位数n=8，计数器初值Count=28-1=1111,1111B=FFH即，TH0=FFH，TL0=FFH,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,33,03:36,按照前面分析，初始化程序如下。1)T0工作于方式1的初始化程序汇编程序段：MOV TMOD,#05H;设置T0工作于计数方式1MOV TH0,#0FFH;加1计数器高8位TH0赋初值FFHMOV TL0,#0FFH;加1计数器低8位TL0赋初值FFHSETB ET0;T0开中断SETB EA;CPU开中断SETB TR0;启动T0计数,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,34,03:36,C语言程序段：#include sbit ET0=IE1;/*定义CPU中断控制字IE第1位为ET0*/sbit EA=IE7;/*定义CPU中断控制字IE第7位为EA*/sbit TR0=TCON4;/*定义TCON第4位为TR0*/TMOD=0 x05;/*设置T0工作于计数方式1*/TH0=0 xff;/*加1计数器高8位TH0赋初值FFH*/TL0=0 xff;/*加1计数器低8位TL0赋初值FFH*/ET0=1;/*T0开中断*/EA=1;/*CPU开中断*/TR0=1;/*启动T0*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,35,03:36,2)T0工作于方式0的初始化程序MOVTMOD,#04H;设置T0工作于计数方式0MOVTH0,#FFH;加1计数器高8位TH0赋初值FFHMOVTL0,#1FH;加1计数器低8位TL0赋初值1FHSETBET0;T0开中断SETBEA;CPU开中断SETBTR0;启动T03)T0工作于方式2的初始化程序MOVTMOD,#06H;设置T0工作于计数方式2MOVTL0,#0FFH;计数器TL1赋初值FFHMOVTH0,#0FFH;重装寄存器TH1赋初值FFHSETBET0;T0开中断SETBEA;CPU开中断SETBTR0;启动T0,7.1.4 定时/计数器的应用,-计数器初始化，例7-1,36,03:36,（3）定时方式初始化,若系统主频 fosc=6MHz，则机器周期Tcy=2s，即计数器加一次1所用时间为2s，若计数器加100次产生溢出（计数值N=100)，则定时时间为200s，即定时器定时时间Td=NTcy。计数值N与计数器初值Count的关系是N=2n-Count 所以，定时时间Td=（2n-Count）Tcy 计数初值Count=2n-Td/Tcy式中，n=13、16、8、8，分别对应方式0、1、2、3,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化,37,03:36,1)假设T1定时/计数器闲置不用，可设控制寄存器TMOD的高4位为0000，即，TMOD74=0000B。2)T0工作于定时方式，可确定T0的GATE=0，C/T=0，即TMOD32=00B。,例7-2 T0工作于定时方式1，定时时间Td=2ms，系统主频fosc=8MHz，允许中断,对T0进行初始化编程。,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-2,38,03:36,3)T0工作于方式1时，应确定M1M0=01即，TMOD10=01B则：TMOD=0000,0001B=01H4)系统主频fosc=8MHz，时钟周期Tcp=1/8s系统机器周期Tcy=12Tcp=12/8=1.5s计数器位数n=16，定时时间Td=2ms=2000s计数初值Count=2n-Td/Tcy=216-2000/1.5=64203=FACBH 即：TH0=FAH，TL0=CBH,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-2,39,03:36,汇编语言初始化程序段：MOV TMOD,#01H;设置T0工作于定时方式1MOV TH0,#0FAH;加1计数器高8位TH0赋初值FAHMOV TL0,#0CBH;加1计数器低8位TL0赋初值CBHSETB ET0;T0开中断SETB EA;CPU开中断SETB TR0;启动T0开始定时,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-2,40,03:36,1)假设T0定时/计数器闲置不用，可设控制寄存器TMOD的低4位为0000，即，TMOD30=0000B。2)T1工作于定时方式，可确定T1的GATE=0,C/T=0，即，TMOD76=00B。,例7-3 T1工作于定时方式2，定时时间Td=500s,系统主频fosc=6 MHz,不允许中断。对T1进行初始化编程。,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-3,41,03:36,3)T1工作于方式2时，应确定M1M0=10即,TMOD54=10B。则,TMOD=0010,0000B=20H。4)系统主频fosc=6 MHz，时钟周期Tcp=1/6s，Tcy=12Tcp=12/6=2s，计数器位数n=8，定时时间Td=500s，计数初值Count=2n-Td/Tcy=28-500/2=6=06H，即，TH0=06H，TL0=06H。,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-3,42,03:36,汇编语言初始化程序段：MOV TMOD,#20H;设置T1工作于计数方式2MOV TL1,#06H;计数器TL1赋初值06HMOV TH1,#06H;重装寄存器TH1赋初值06HCLR ET1;T1关中断SETB TR1;启动T1,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-3,43,03:36,C语言初始化程序段：#include sbit ET1=IE3;/*定义CPU中断控制字IE第3位为ET1*/sbit TR1=TCON6;/*定义TCON第6位为TR1*/TMOD=0 x20;/*设置T1为定时方式2*/TL1=0 x06;/*计数器TL1赋初值06H*/TH1=0 x06;/*重装寄存器TH1赋初值06H*/ET1=0;/*T1关中断*/TR1=1;/*启动T1*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-定时器初始化，例7-3,44,03:36,2定时/计数器应用实例,分析：周期为2ms的方波要求定时间隔为1ms，每次时间到将P1.0取反。定时器计数频率为fosc/12，Tcy=12/fosc=1s。每个机器周期定时器计数加1，1ms=1000s，需计数次数为1000/(12/fosc)=1000。由于计数器向上计数，为得到l000个计数之后的定时器溢出，必须给定时器赋初值65536-1000，C语言中相当于-1000。用定时器1的方式1编程，采用中断方式。,例7-4 设单片机的fosc=12MHz，要求在P1.0脚上输出周期为2ms的方波。,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-4,45,03:36,（1）汇编语言程序：ORG0000H;复位入口AJMPSTARTORG001BH;T1中断服务程序入口地址AJMPT1INTORG0030HSTART:MOVSP,#60H;初始化程序MOVTMOD,#10H;设置T1工作于定时方式1MOVTH1,#0FCH;设置加1计数器的计数初值高字节MOVTL1,#18H;设置加1计数器的计数初值低字节SETBTR1;启动T1SETBET1;开T1中断SETBEA;开总允许中断MAIN:AJMPMAIN;主程序T1INT:CPLP1.0;T1中断服务程序MOVTH1,#0FCHMOVTL1,#18HRETI,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-4,46,03:36,（2）C51程序段：#include sbit rect_wave=P10;/*方波由P1.0口输出*/void time1_over(void);/*计数器计数时间到子程序*/void main(void)TMOD=0 x10;/*设置定时/计数器1为工作方式1*/TH1=-1000/256;/*设置计数初值高字节*/TL1=-1000%256;/*设置计数初值低字节*/IE=0 x00;/*禁止中断*/TR1=1;/*启动定时*/for(;)if(TF1)/*查询计数溢出*/time1_over();/*调用计数器计数时间到子程序*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-4,47,03:36,void time1_over(void)/*计数器计数时间到子程序*/TH1=-1000/256;/*设置计数初值高字节*/TL1=-1000%256;/*设置计数初值低字节，重启定时器*/TF1=0;/*计数溢出标志位清0*/rect_wave=!rect_wave;/*输出取反*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-4,48,03:36,例7-5 设一只发光二极管LED和8051的P1.0脚相连。当P1.0脚是高电平时，LED发亮；当P1.0脚是低电平时，LED熄灭。编制程序用定时器来实现发光二极管LED的闪烁功能，设置LED每1s闪烁一次。已知单片机系统主频为12MHz。,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-5,49,03:36,设计思想：定时/计数器的最长定时是65.536ms，无法实现1s的定时。可以采用软件计数器来进行设计。定义一个软件计数器单元30H，先用定时/计数器T0做一个50ms的定时器，定时时间到后将软件计数器中的值加1，如果软件计数器计到了20（1s），取反P1.0，并清除软件计数器中的值，否则直接返回。则完成了20次定时中断才取反一次P1.0，实现定时时间2050=1000ms=1s的定时。定时/计数器T0采用工作方式1（16位定时器），其初值为：21650ms/1s=6553650000=15536=3CB0H,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-5,50,03:36,程序如下：ORG0000HAJMPSTART;转入主程序ORG000BH;定时/计数器T0的中断服务程序入口地址AJMPTIME0;跳转到真正的定时器中断服务程序处ORG0030HSTART:MOV SP,#60H;设置堆栈指针MOVP1,#00H;关发光二极管LED(使其灭)MOV30H,#00H;软件计数器预清0MOVTMOD,#01H;定时/计数器T0工作于方式1MOVTH0,#3CH;设置定时/计数器的初值MOVTL0,#0B0HSETBEA;开总中断允许SETBET0;开定时/计数器T0中断允许SETBTR0;启动定时/计数器T0LOOP:JMPLOOP;循环等待,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-5,51,03:36,TIME0:INC30H;中断程序MOVA,30HCJNEA,#14H,RET0;与20比较,不等转RET0MOV30H,#00HCPLP1.0RET0:MOVTH0,#3CH;重设定时初值，启动MOVTL0,#0B0HRETI,7.1.4 定时/计数器的应用,-应用实例，例7-5,52,03:36,尽管MCS-51为用户只提供了两个外部中断源，但用户可以根据实际需求，进行多于两个外部中断请求的扩展，其中有很多扩展方法。在此重点介绍利用定时器中断作为外部中断的扩展。MCS-51有两个定时/计数器T0、T1，若选择它们以计数器方式工作，当引脚T0或T1上发生负跳变时，T0或T1计数器则加1。利用这个特性，借用引脚T0或T1作为外部中断请求输入线，若设定计数初值为满量程，计数器加1，就会产生溢出中断请求，TF0或TF1变成了外部中断请求标志位，T0或T1的中断入口地址被扩展成了外部中断源的入口地址。值得注意的是，当使用定时器作为外部中断时，定时器以前的功能将失效，除非用软件对它进行复用。,3采用定时/计数器扩展外部中断,7.1.4 定时/计数器的应用,-扩展外部中断,53,03:36,将定时器T0引脚作为外部中断源使用的具体做法为，设定相应定时器工作方式为方式2，计数器TH0、TL0初值为0FFH，允许计数器T0中断，则T0的初始始化程序如下：MOV TMOD,06H;将计数器T0设定为;方式2外部计数MOV TL0,#0FFH;设置计数器初值MOV TH0,#0FFH;设置重装计数器初值SETB ET0;允许T0中断SETB EA;CPU开中断SETB TR0;启动T0,7.1.4 定时/计数器的应用,-扩展外部中断,54,03:36,#include void main(void)TMOD=0 x66;/*两个定时/计数器都设为方式2 外部计数模式*/TH1=0 xFF;/*设定重装值，TL1不用设置*/TH0=0 xFF;/*设定重装值，TL0不用设置*/TCON=0 x50;/*置位TR1、TR0，开始计数*/IE=0 x9F;/*中断使能*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-扩展外部中断,55,03:36,/*定时器0中断服务程序*/void timer0_int(void)interrupt 1TF0=0;/*计数溢出标志位清0*/*定时器1中断服务程序*/void timer1_int(void)interrupt 3TF1=0;/*计数溢出标志位清0*/,7.1.4 定时/计数器的应用,-扩展外部中断,56,03:36,7.2 串行通信接口,数据通信的传输方式有：单工方式：数据仅按一个固定方向传送。半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行。全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送。,7.2.1 串行通信基础知识,1数据通信的传输方式,-数据通信传输方式,57,03:36,2并行通信和串行通信,数据通信：指计算机与计算机或外设之间的数据传送。“信”：指一种信息，是由数字1和0构成的具有一定规则并反映确定信息的一个数据或一批数据。这种数据传输有两种基本方式：并行通信：是数据的每位被同时传输出去或接收进来。串行通信：数据传输是逐位传输的。在相同条件下，串行通信比并行通信传输速度慢。,7.2.1 串行通信基础知识,-并行通信，串行通信,58,03:36,根据串行通信的不同工作方式，还可将发送接收线合二为一，成为发送/接收复用线（如半双工）。即便在实际应用中可能还要附加一些信号线，如应答信号线、准备好信号线等。在多字节数据通信中，串行通信与并行通信相比，其工程实现上造价要低得多。串行通信已被越来越广泛地采用，尤其是，串行通信通过在信道中设立调制/解调器中继站等，可使数据传输到地球的每个角落。目前，飞速发展的计算机网络技术（互联网、广域网、局域网）均为串行通信。,7.2.1 串行通信基础知识,-串行通信,串行通信,59,03:36,3异步串行通信和同步串行通信,异步串行通信：简称异步通信。所传输的数据格式（也称为串行帧）由1个起始位、7个或8个数据位、12个停止位（含1.5个停止位）和1个校验位组成。起始位约定为0，空闲位约定为1。在异步通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的。异步通信的实质是指通信双方采用独立的时钟，每个数据均以起始位开始，停止位结束，起始位触发甲乙双方同步时钟。每个异步串行帧中的1位彼此严格同步，位周期相同。所谓异步是指发送、接收双方的数据帧与帧之间不要求同步，也不必同步。,7.2.1 串行通信基础知识,-异步串行通信,60,03:36,3异步串行通信和同步串行通信,同步串行通信：简称同步通信。发送器和接收器由同一个时钟源控制。在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就会慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。,7.2.1 串行通信基础知识,-同步串行通信,61,03:36,4波特率及时钟频率,波特率(BR)：单位时间传输的数据位数。单位：bps(bit per second)，1 bps=1 bit/s。波特率的倒数即为每位传输所需的时间。发送/接收时钟频率与波特率有关，即 fT/R=nBRT/R式中，fT/R为发/收时钟频率，单位：Hz；BRT/R为发/收波特率，单位：bps；n为波特率因子。同步通信n=1。异步通信n可取1、16或64。也就是说，同步通信中数据传输的波特率即为同步时钟频率；而异步通信中，时钟频率可为波特率的整数倍。,7.2.1 串行通信基础知识,-波特率，时钟频率,62,03:36,5串行通信的校验,异步通信时可能会出现帧格式错、超时错等传输错误。在具有串行口应用的单片机开发中，应考虑在通信过程中对数据差错进行校验，因为差错校验是保证准确无误通信的关键。常用差错校验方法有奇偶校验（MCS-51系列单片机编程采用此法）、和校验及循环冗余码校验。,7.2.1 串行通信基础知识,-传输的准确性,63,03:36,发送数据时,数据位尾随1位数据,为奇偶校验位（1或0）。当设置为奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数。当设置为偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。接收时，接收方应具有与发送方一致的差错检验设置。当接收一个字符时，对“1”的个数进行校验，若二者不一致，则说明数据传送出现了差错。奇偶校验是按字符校验，数据传输速度将受到影响。这种特点使得它一般只用于异步串行通信中。,7.2.1 串行通信基础知识,(1)奇偶校验,-奇偶校验,64,03:36,发送方将所发送的数据块求和（字节数求和），并产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据时也是先对数据块求和，将所得结果与发送方的校验和进行比较，相符则无差错，否则即出现了差错。特点是无法检验出字节位序的错误。,7.2.1 串行通信基础知识,(2)和校验,-和校验,65,03:36,这种校验是对一个数据块校验一次。例如对磁盘信息的访问、ROM或RAM存储区的完整性等的检验。这种方法广泛应用于串行通信方式。,7.2.1 串行通信基础知识,（3）循环冗余码校验,-循环冗余码校验,66,03:36,7.2.2 MCS-51串行通信接口,MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据，也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。,-SBUF,67,03:36,MCS-51单片机串行口构成：发送缓冲寄存器(SBUF)发送控制器发送控制门接收缓冲寄存器(SBUF)接收控制寄存器移位寄存器中断,1串行口结构与特殊功能寄存器,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-串行口结构,68,03:36,与串行通信有关的控制寄存器共有4个：SBUF、SCON、PCON和IE。在逻辑上，SBUF只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器。具有同一个单元地址99H。在物理上，SBUF有两个，一个是发送寄存器，另一个是接收寄存器。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,（1）接收/发送缓冲器（SBUF）,-接收/发送缓冲器(SBUF),69,03:36,SCON是MCS-51的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通信的控制。单元地址98H，位地址9FH98H。SCON各位的定义下表所示。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,（2）串行控制寄存器（SCON）,-串行控制寄存器(SCON),70,03:36,1)串行口工作方式选择位SM0、SM1 SM0、SM1由软件置1或清0，用于选择串行口的4种工作方式（方式0、1、2、3）。详见后面“2.MCS-51串行通信工作方式”。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-串行控制寄存器(SCON),71,03:36,2)多机通信控制位SM2SM2=1时，接收到一帧信息，如果接收到的第9位数据为1，硬件将RI置1，申请中断；如果第九位数据为0，则RI不置1，且所接收的数据无效。SM2=0时，只要接收到一帧信息，不管第九位数据是0还是1，硬件都置RI=1，并申请中断。RI由软件清0，SM2由软件置1或清0。多机通信时，各从机先将SM2置l。接收并识别主机发来的地址，当地址与本机相同时，将SM2清0，与主机进行数据传递。各机所发送的数据第9位必须为0。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-串行控制寄存器(SCON),72,03:36,3)允许接收控制位RENREN=1时允许并启动接收。REN=0时禁止接收。REN由软件置1或清0。4)发送数据D8位TB8TB8是方式2、方式3中要发送的第九位数据，事先用软件写入1或0。方式0、方式1不用。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-串行控制寄存器(SCON),73,03:36,5)接收数据D8位RB8方式2、方式3中，由硬件将接收到的第九位数据存入RB8。方式1中，停止位存入RB8。6)发送中断标志位TI发送完一帧信息，由硬件使TI置1，TI必须由软件清0。7)接收中断标志位RI接收完一帧有效信息，由硬件使RI置1，RI必须由软件清0。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-串行控制寄存器(SCON),74,03:36,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-PCON与IE,（3）电源控制寄存器（PCON）PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器。单元地址为87H，不能位寻址。PCON是一个8位寄存器，其最高位SMOD为波特率控制位：该位为1时，波特率增大一倍。（4）中断允许控制寄存器（IE）IE的地址是A8H，其内容第6章已介绍。其中串行口允许中断的控制位为ES，当ES=1，允许串行口中断；当ES=0，禁止串行中断。,75,03:36,2MCS-51串行通信工作方式,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-工作方式,76,03:36,在方式0下，串行口作为同步移位寄存器使用。这时用RXD（P3.0）引脚作为数据移位的入口和出口，而由TXD（P3.1）引脚提供移位脉冲。移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前高位在后，其帧格式如图7-10所示。,1)串行工作方式0,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-工作方式0,77,03:36,使用方式0实现数据的移位输入/输出时，实际上是把串行口变成并行口使用。串行口作为并行输出口使用时，要有“串入并出”的移位寄存器配合，例如CD4049或74HC164，其电路连接如图所示。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-工作方式0,用串行口实现并行输出,78,03:36,如果把实现并入串出功能的移位寄存器（例如CD4014或74HC165）与串行口配合使用，如图7-12所示，就可以把串行口变为并行输入口使用。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-工作方式0,用串行口实现并行输入,79,03:36,2)串行工作方式1 方式1是10位为一帧的异步串行通信方式。方式1帧格式如图7-13所示，包括1个起始位、8个数据位和1个停止位。,7.2.2 MCS-51串行通信接口,-工作方式1,异步通信用起始位“0”表示字符的开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位“1”表示字符结束。一个字符又称一帧信息。,80,03:36,(1)数据发送 方式1的数据发送是由一条写发送缓冲寄