(單片機(jī)-汪文)4.輸入-輸出、中斷、定時(shí)與串行通信

第4章輸入/輸出、中斷、定時(shí)與串行通信主要內(nèi)容：介紹I/O的基本概念、I/O數(shù)據(jù)傳遞方式，中斷的基本概念，串行通信基本概念。主要介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用方法；片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)、原理及使用；片內(nèi)串行口結(jié)構(gòu)、原理以及雙機(jī)和多機(jī)通信實(shí)現(xiàn)方法；PC機(jī)與單片機(jī)通信實(shí)現(xiàn)方法。1精選2021版課件4.1輸入/輸出概述

4.1.1輸入/輸出的基本概念

輸入/輸出設(shè)備又稱為計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備；簡稱外設(shè)或I／O設(shè)備。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的輸入設(shè)備有按鈕、鍵盤、各種傳感器等。常用的輸出設(shè)備有LED(發(fā)光二極管顯示器)、LCD(液晶顯示器)等。二、輸入／輸出信息種類

計(jì)算機(jī)與輸入／輸出設(shè)備之間交換信息，有三種信息形式：數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息。一、輸入/輸出設(shè)備2精選2021版課件

三、輸入/輸出接口與端口

CPU與外設(shè)，并不直接相連，而是通過接口電路進(jìn)行連接。輸入/輸出設(shè)備與主機(jī)的連接部分稱為輸入/輸出接口，簡稱I／O接口。輸入/輸出接口的作用是：

2.鎖存與緩沖作用：一般用D觸發(fā)器進(jìn)行鎖存。

1.隔離與尋址作用：例如右圖用三態(tài)門組成的接口。3.信號(hào)電平或形式變換：例如A/D、D/A、232/485的變換。3精選2021版課件

通常接口電路中可編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口或簡稱口。一個(gè)接口電路中可能包括多個(gè)口，例如數(shù)據(jù)口、狀態(tài)口、控制口，即包含有多個(gè)口地址。同一單片機(jī)系列中，片內(nèi)集成的I/O模塊各有不同，當(dāng)片內(nèi)I/O不能滿足實(shí)際需求時(shí)，可擴(kuò)展外部I/O。

四、I/O的分類

按照信號(hào)的傳遞方式，可將I/O分為串行和并行兩類。按照I/O連接的信號(hào)大致可分為模擬量、數(shù)字量、脈沖量I/O三類。五、數(shù)據(jù)總線隔離技術(shù)

為了正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的I/O傳遞，必須解決數(shù)據(jù)總線的隔離問題，即在任一時(shí)刻，CPU只對(duì)一個(gè)I/O進(jìn)行操作。為此，對(duì)輸出設(shè)備的接口電路要使用鎖存器，對(duì)輸入設(shè)備的接口電路，使用三態(tài)緩沖器。4精選2021版課件六、單片機(jī)I/O編址方式

每一個(gè)I/O都需要編址，以便CPU分別進(jìn)行尋址。常用的I/O編址方式有兩種：獨(dú)立編址方式和統(tǒng)一編址方式。

獨(dú)立編址方式:I/O和存儲(chǔ)器分開編址，有各自獨(dú)立的地址空間，采用不同的控制總線，使用不同的指令分別尋址。

統(tǒng)一編址方式:I/O與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在同一地址空間編址，尋址方式相同，采用相同的地址、數(shù)據(jù)、控制總線，使用相同的指令尋址。5精選2021版課件4.1.2輸入輸出的傳送方式單片機(jī)系統(tǒng)中有不同類型的I/O設(shè)備，由于I/O所連接的外設(shè)或I/O接口本身的速度與CPU的處理速度相比，通常低于CPU的速度，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸，CPU通常采用三種控制方式，即無條件傳送方式、查詢方式和中斷控制方式。一、無條件傳送方式

I/O或與I/O連接的外設(shè)隨時(shí)都處于準(zhǔn)備好狀態(tài)，這時(shí)CPU不需要測試外設(shè)狀態(tài)，隨時(shí)直接對(duì)其進(jìn)行操作。

6精選2021版課件查詢方式流程圖

二、查詢方式查詢方式是指CPU在執(zhí)行輸入輸出指令之前，先對(duì)外圍設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測，以判別外設(shè)是否準(zhǔn)備就緒。如果已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，CPU就可以執(zhí)行輸入輸出指令。如果還沒有準(zhǔn)備就緒，必須繼續(xù)查詢（如右圖所示）。查詢方式的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，通用性強(qiáng)，適合各種設(shè)備數(shù)據(jù)的輸入/輸出；其缺點(diǎn)是需要占用CPU的時(shí)間，外設(shè)速度較慢時(shí)，效率較低。7精選2021版課件三、中斷方式中斷方式下外設(shè)的狀態(tài)信號(hào)以中斷申請方式輸入CPU。CPU響應(yīng)中斷，暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中對(duì)外設(shè)進(jìn)行輸入/輸出操作，中斷返回后，再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。中斷方式可提高單片機(jī)系統(tǒng)的效率。8精選2021版課件4.2.1中斷的概念當(dāng)CPU正在處理某件事情的時(shí)候，內(nèi)部或外部發(fā)生的某一事件(如一個(gè)電平的變化，一個(gè)脈沖沿的發(fā)生或定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出等)請求CPU迅速去處理，于是，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。處理完該事件以后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。4.2MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)9精選2021版課件一、中斷源

中斷源是指向CPU申請中斷的事件來源。例如外部輸入輸出設(shè)備，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行接口都可以作為中斷源。二、中斷優(yōu)先權(quán)

中斷優(yōu)先權(quán)也叫中斷排序，是用戶根據(jù)中斷源的性質(zhì)和重要性自行排列的先后次序。在多個(gè)中斷源同時(shí)提出申請時(shí)，保證優(yōu)先權(quán)高的中斷源首先得到響應(yīng)，縱使CPU正在處理一個(gè)中斷，也要暫時(shí)停止較低級(jí)的中斷。響應(yīng)優(yōu)先權(quán)更高的中斷源請求。這個(gè)過程稱為中斷嵌套或多重中斷。優(yōu)先權(quán)排序可以用軟件也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。10精選2021版課件三、中斷系統(tǒng)的功能：(1)可實(shí)現(xiàn)高速CPU與慢速外設(shè)之間的配合。因?yàn)樵S多外圍設(shè)備的速度比CPU慢，二者間無法同步地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為此可通過中斷方式實(shí)現(xiàn)CPU與外圍設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作。

(2)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。實(shí)時(shí)處理是自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)提出的要求，各控制參量可以隨時(shí)向CPU發(fā)出中斷申請，而CPU也必須做出快速響應(yīng)和及時(shí)處理，以便使被控對(duì)象總保持在最佳工作狀態(tài)。(3)實(shí)現(xiàn)故障的緊急處理。當(dāng)外圍設(shè)備或計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用中斷系統(tǒng)請求CPU及時(shí)處理這些故障。(4)便于人機(jī)聯(lián)系。操作人員可以利用鍵盤中斷等，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成人的干預(yù)。11精選2021版課件

四、中斷響應(yīng)過程1)尋找中斷源。（中斷識(shí)別）2)將當(dāng)前PC值(下一條指令的地址)壓入堆棧(即保護(hù)斷點(diǎn)），以便中斷返回時(shí)使用。3)尋找中斷入口，以便轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序。4)保護(hù)現(xiàn)場。5)執(zhí)行中斷服務(wù)程序（中斷處理）。6)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后,恢復(fù)現(xiàn)場并返回主程序（中斷返回）。12精選2021版課件4.2.2MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)一、中斷源與中斷標(biāo)志位

8051/8031型單片機(jī)提供了5個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷源和三個(gè)內(nèi)部中斷源。每一個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷申請標(biāo)志，但串行口占兩個(gè)中斷標(biāo)志位，一共六個(gè)中斷標(biāo)志，下表給出了它們各自的名稱。分類中斷源名稱中斷申請標(biāo)志觸發(fā)方式中斷入口地址外部中斷外部中斷0IE0(TCON.1)INT0(P3.2)引腳上的低電平/下降沿引起的中斷0003H內(nèi)部中斷T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷IF0(TCON.5)T0計(jì)數(shù)器溢出后引起的中斷000BH外部中斷外部中斷1IE1(TCON.3)INT1(P3.3)引腳上的低電平/下降沿引起的中斷0013H內(nèi)部中斷T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷IF1(TCON.7)T1計(jì)數(shù)器溢出后引起的中斷001BH內(nèi)部中斷串口中斷RI(SCON.0)TI(SCON.1)串行口接收完成或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后引起的中斷0023H中斷源和中斷申請標(biāo)志13精選2021版課件MCS-51中斷系統(tǒng)MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

中斷源中斷選擇中斷標(biāo)志14精選2021版課件

1.中斷源（1)外部中斷0請求，由P3.2引腳輸入?？捎捎脩粼O(shè)定為兩種觸發(fā)方式，（電平觸發(fā)方式還是邊沿觸發(fā)方式）。一旦輸入信號(hào)有效，則向CPU申請中斷，并且將中斷標(biāo)志IE0置1。（2)外部中斷1請求，由P3.3引腳輸入。亦可由用戶設(shè)定為電平觸發(fā)方式還是邊沿觸發(fā)方式。一旦輸人信號(hào)有效，則向CPU申請中斷，并將中斷標(biāo)志IE1置1。

（3）片內(nèi)定時(shí)器T0溢出中斷請求。當(dāng)定時(shí)器T0產(chǎn)生溢出時(shí)，T0中斷請求標(biāo)志TF0置1，請求中斷處理。（4)片內(nèi)定時(shí)器T1溢出中斷請求。當(dāng)定時(shí)器T1產(chǎn)生溢出時(shí)，T1中斷請求標(biāo)志TF1置l，請求中斷處理。（5)片內(nèi)串行口發(fā)送／接收中斷請求。當(dāng)通過串行口發(fā)送或接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)，串行口中斷請求標(biāo)志TI或RI置1，請求中斷處理。15精選2021版課件因此，與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有：

中斷允許控制寄存器(IE)

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器(TCON)

中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器(IP)

串行口控制寄存器(SCON)

MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中，使用何種中斷，采用何種觸發(fā)方式，可通過定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON和串行口控制寄存器SCON的有關(guān)位來規(guī)定。只要根據(jù)這些位的狀態(tài)就能確定有無中斷請求及中斷的來源。

在中斷源與CPU之間有二級(jí)中斷允許控制邏輯電路，一級(jí)為總允許，第二級(jí)為源允許，由IE控制。中斷優(yōu)先級(jí)由IP控制。16精選2021版課件2.中斷請求標(biāo)志

(1)TCON的中斷標(biāo)志

TCON是專用寄存器，字節(jié)地址為88H，它鎖存了外部中斷請求標(biāo)志及T0和T1的溢出中斷請求標(biāo)志。TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

IT0/IT1：外部中斷請求的觸發(fā)方式選擇位：=0：在INT0/INT1端申請中斷的信號(hào)低電平有效;=1：在INT0/INT1端申請中斷的信號(hào)負(fù)跳變有效.IE0/IE1：外部中斷申請標(biāo)志位：=0：沒有外部中斷申請；=1：有外部中斷申請。

TF0/TF1：定時(shí)器溢出中斷申請標(biāo)志位：=0：定時(shí)器未溢出；=1：定時(shí)器溢出申請中斷，進(jìn)中斷后自動(dòng)清零。TR0/TR1：定時(shí)器運(yùn)行啟?？刂莆唬?0：定時(shí)器停止運(yùn)行；=1：定時(shí)器啟動(dòng)運(yùn)行。17精選2021版課件(2)SCON的中斷標(biāo)志

SCON是串行口控制寄存器，與中斷有關(guān)的是它的低兩位TI和RI。

TI（SCON.1）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能清除TI，TI必須由軟件清除。

RI(SCON.0)：串行口接收中斷標(biāo)志位，當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。SCONRI

TIRB8TB8RENSM2SM1SM018精選2021版課件二、MCS—51的中斷管理

1、中斷允許寄存器IE——中斷的允許與開放

在中斷源與CPU之間有兩級(jí)中斷允許控制邏輯電路，一級(jí)為總允許，第二級(jí)為源允許，由IE控制。19精選2021版課件2．中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP

——中斷優(yōu)先級(jí)控制

內(nèi)部自然優(yōu)先級(jí)：入口地址INT0高0003HT0000BHINT10013HT1001BHTI/RI低0023H20精選2021版課件3.同一級(jí)中的5個(gè)中斷源的優(yōu)先順序

/INT0中斷T0溢出中斷/INT1中斷T1溢出中斷串口中斷

高低自然優(yōu)先級(jí)中斷優(yōu)先原則：（概括為四句話）1)低級(jí)不中斷高級(jí)2)高級(jí)不睬低級(jí)3)同級(jí)不能打斷4)同級(jí)、同時(shí)中斷，按自然優(yōu)先級(jí)21精選2021版課件MCS-51中斷系統(tǒng)MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

中斷源中斷選擇中斷標(biāo)志22精選2021版課件中斷處理過程一般分為三個(gè)階段，即中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。

三、中斷響應(yīng)的條件及過程

1.中斷響應(yīng)（1）中斷響應(yīng)的條件：1）有中斷源發(fā)出請求信號(hào)2）中斷是開放的（總允許、源允許）3）沒有封鎖（受阻），受阻情況是：①CPU正在執(zhí)行同級(jí)或高一級(jí)的中斷服務(wù)程序；②現(xiàn)行機(jī)器周期不是正在執(zhí)行的指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，即現(xiàn)行指令完成前．不響應(yīng)任何中斷請求；③當(dāng)前正在執(zhí)行的是中斷返回指令RETI或訪問專用寄存器IE或IP的指令。也就是說，在執(zhí)行RETI或是訪問IE、IP的指令后，至少需要再執(zhí)行一條其他指令，才會(huì)響應(yīng)中斷請求。23精選2021版課件

（2）中斷響應(yīng)過程

進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。CPU在中斷響應(yīng)周期要完成下列操作：1)根據(jù)中斷請求源的優(yōu)先級(jí)高低，使相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置1。2)清相應(yīng)中斷請求標(biāo)志位IE0、IE1、TF0或TF1。3)保留斷點(diǎn)，把PC內(nèi)容壓入堆棧保存。4)把被響應(yīng)的中斷源的服務(wù)程序入口地址送入PC，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。24精選2021版課件（3）中斷響應(yīng)時(shí)間

從查詢中斷請求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)入口地址所需的機(jī)器周期數(shù)。1）最快響應(yīng)時(shí)間以外部中斷的電平觸發(fā)為最快。從查詢中斷請求信號(hào)到中斷服務(wù)程序需要三個(gè)機(jī)器周期：1個(gè)周期（查詢）＋2個(gè)周期（長調(diào)用LCALL）2）最長時(shí)間若當(dāng)前指令是RET、RETI和IP、IE指令，緊接著下一條是乘除指令發(fā)生，則最長為8個(gè)周期：2個(gè)周期執(zhí)行當(dāng)前指令（其中含有1個(gè)周期查詢）＋4個(gè)周期乘除指令＋2個(gè)周期長調(diào)用＝8個(gè)周期。25精選2021版課件2.中斷處理（服務(wù)）與返回

在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)加注意的幾點(diǎn)：(1)因各入口地址之間只相隔8個(gè)字節(jié)，所以通常在中斷入口地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，使中斷服務(wù)程序靈活地安排在64KB程序存儲(chǔ)器的任何空間。(2)若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時(shí)禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷，可先用軟件關(guān)閉CPU中斷（全局中斷），或禁止某中斷源中斷（局部中斷），在中斷返回前再開放中斷。(3)注意保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。(4）中斷服務(wù)程序的最后一條是返回指令RETI，該指令將清除響應(yīng)中斷時(shí)被置位的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器，然后自動(dòng)將斷點(diǎn)地址從棧頂彈出，裝入PC，使程序返回到被中斷處，繼續(xù)向下執(zhí)行。26精選2021版課件中斷服務(wù)程序流程圖27精選2021版課件3.中斷請求的撤除

CPU響應(yīng)中斷請求后，在中斷返回(RETI)前，該中斷請求信號(hào)必須撤除，否則會(huì)引起另外一次中斷。注意：(1)采用邊沿觸發(fā)的外部中斷標(biāo)志IE0或IEl和定時(shí)器中斷標(biāo)志TF0或TFl，CPU響應(yīng)中斷后能用硬件自動(dòng)情除;(2)在電平觸發(fā)時(shí)，IE0或IEl受外部引腳中斷信號(hào)的直接控制，CPU無法控制IE0或IEl，需要另外考慮撤除中斷請求信號(hào)的措施，如通過外加硬件電路（見下頁所示），并配合軟件來解決；(3)串行口中斷請求標(biāo)志TI和RI也不能由硬件自動(dòng)清除，需要在中斷服務(wù)程序中，用軟件來清除相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志.

。28精選2021版課件并在中斷服務(wù)程序中增加如下指令，使得的/INT0輸入變?yōu)楦唠娖健?/p>

ORL P1，#01H

ANL P1，#0FEH

外部中斷為電平觸發(fā)時(shí)，如果中斷響應(yīng)后，管腳仍為低電平，則會(huì)重新置位中斷請求，為此可以在系統(tǒng)中增加輔助電路解決。29精選2021版課件1.在CPU已經(jīng)開放了外部中斷允許的前提下；2.在INT0/INT1引腳輸入一個(gè)負(fù)脈沖或低電平；3.TCON寄存器中的IE0/IE1標(biāo)志位自動(dòng)變“1”；4.檢測到IE0/IE1變“1”后,將產(chǎn)生指令：LCALL0003H(/0013H)執(zhí)行中斷服務(wù)程序；4并將IE0/IE1標(biāo)志位自動(dòng)清“0”或用硬件電路撤除中斷請求信號(hào),以備下次申請。外部中斷(INT0,INT1)申請過程：30精選2021版課件例1假設(shè)允許片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷，禁止其他中斷。試根據(jù)假設(shè)條件設(shè)置IE的相應(yīng)值。解：根據(jù)題目要求，要允許內(nèi)部定時(shí)器中斷，就需要將IE寄存器的EA、ET1、ET0置1，其他位清0，可分別通過字節(jié)尋址或者位尋址進(jìn)行。(1)用字節(jié)操作指令：MOVIE，#8AH或MOVA8H，#8AH(2) 用位操作指令： SETB ET0 ;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0允許中斷 SETB ET1 ;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1允許中斷 SETB EA ;CPU開中斷31精選2021版課件例2系統(tǒng)要求設(shè)定8051的片外中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷，片內(nèi)中斷為低優(yōu)先級(jí)。請寫出相應(yīng)的指令。解：根據(jù)題目要求，需要將8051的外部中斷優(yōu)先級(jí)控制位PX0、PX1設(shè)置為1，而內(nèi)部中斷優(yōu)先級(jí)控制位PT0、PT1、PS清為0。(1) 用字節(jié)操作指令：MOVIP，#05H(2) 用位操作指令：SETBPX0SETBPX1CLRPSCLRPT0CLRPT132精選2021版課件4.3MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用33精選2021版課件實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制有三種方法：軟件定時(shí)、不可編程硬件定時(shí)器、可編程硬件定時(shí)器?？删幊痰挠布〞r(shí)器就是其工作方式、定時(shí)值和定時(shí)范圍可以很方便地由軟件來確定和改變。通常，一個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的主要用途有：①以均勻分布的時(shí)間間隔中斷分時(shí)操作系統(tǒng)，以便切換程序。②向I/O設(shè)備輸出精確的定時(shí)信號(hào)，該信號(hào)的周期由程序控制。③用作可編程波特率或速率發(fā)生器。④檢測外部事件發(fā)生的頻率或周期。⑤統(tǒng)計(jì)外部事件處理過程中某一事件發(fā)生的次數(shù)。⑥在定時(shí)或計(jì)數(shù)達(dá)到編程規(guī)定的值之后，產(chǎn)生輸出信號(hào)，向CPU申請中斷。34精選2021版課件51系列單片機(jī)有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：T0和T1。T0由兩個(gè)8位的定時(shí)寄存器TH0和TL0構(gòu)成16位寄存器，同樣，T1由兩個(gè)8位的定時(shí)寄存器TH1和TL1構(gòu)成16位寄存器，它們分別映射在特殊功能寄存器中。TH0、TL0的地址分別為8CH、8AH，TH1和TL1的地址分別為8DH和8BH。其內(nèi)部還有2個(gè)8位的專用寄存器TMOD（88H）和TCON（89H）

。其中TMOD是定時(shí)器的工作方式寄存器，TCON是控制寄存器，主要用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器管理與控制。

4.3.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)35精選2021版課件8051單片機(jī)的定時(shí)器結(jié)構(gòu)T0T136精選2021版課件一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能

在TMOD中，各有一個(gè)控制位（C／T），分別用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1是工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。1.定時(shí)功能----計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期使寄存器的值加1。所以，計(jì)數(shù)頻率是振蕩頻率的1/12。2.計(jì)數(shù)功能----計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳，T0為P3.4，T1為P3.5。即對(duì)由T0/T1引腳輸入的負(fù)脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心部件是二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器(TH0、TL0或TH1、TL1)。其輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源（內(nèi)部時(shí)鐘脈沖和外部輸入引腳）。當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全“1”時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖，就使計(jì)數(shù)器回零，同時(shí)產(chǎn)生溢出脈沖使TCON中溢出中斷標(biāo)志TF0或TF1置1，并可向CPU申請中斷。37精選2021版課件二、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的控制寄存器與定時(shí)器／計(jì)數(shù)器有關(guān)的控制寄存器有：1．定時(shí)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0中斷請求標(biāo)志觸發(fā)方式選擇啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低電平1下降沿0停止1啟動(dòng)38精選2021版課件2．工作方式控制寄存器TMOD

T1控制T0控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7GATE—門控位C/T—計(jì)數(shù)/定時(shí)選擇M1M0—工作方式選擇用于選定定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式、啟動(dòng)方式等。39精選2021版課件TMOD的高4位用于T1控制，低4位用于T0控制，符號(hào)的定義如下：(1)GATE：門控位。GATE和軟件控制位TR、外引腳（/INT0、/INT1）的狀態(tài)，共同控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止。

GATE=0——普通用法Timer的啟/停由軟件對(duì)TRx位寫“1”/“0”控制。

GATE=1——門控用法

Timer的啟/停由軟件對(duì)TRx位寫“1”/“0”和在INTx引腳上出現(xiàn)的信號(hào)的高/低共同控制。(2)C/T：定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式選擇位。C/T＝1為計(jì)數(shù)方式；C/T＝0為定時(shí)方式。(3)M1M0：工作方式選擇位。M1M0＝00；方式0M1M0＝01；方式1M1M0＝10；方式2M1M0＝11；方式3。40精選2021版課件4.3.2定時(shí)器的工作方式一、方式0定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式0時(shí)為一個(gè)13位的計(jì)數(shù)器。選擇定時(shí)器(T0或T1)的高8位和低5位組成的一個(gè)13位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。下圖是T0在方式0時(shí)的邏輯電路結(jié)構(gòu)。T1的模式0電路結(jié)構(gòu)與T0相同。定時(shí)器T0的方式0邏輯電路MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器是一種可編程器件，可設(shè)置為四種工作方式，由兩個(gè)8位專用寄存器TMOD和TCON進(jìn)行管理與控制。注：此時(shí)，/INT0（須為1）不是外部中斷請求信號(hào)，而只是對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的一個(gè)附加控制信號(hào)。41精選2021版課件（1）加1計(jì)數(shù)器為13位。TL0=5位，TH0=8位（2）(GATE+INT0)?TR0為真則啟動(dòng)定時(shí)器。（3）C/T=1為計(jì)數(shù)工作方式，計(jì)數(shù)脈沖由T0引腳輸入。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)N=（213—初值）（4）C/T=0為定時(shí)工作方式，時(shí)鐘頻率為fosc/12。

定時(shí)時(shí)間t=（213—初值）*時(shí)鐘周期*12顯然：在機(jī)器周期固定的情況下，定時(shí)時(shí)間的長短與計(jì)數(shù)器事先裝入的初值有關(guān)，裝入的初值越大，定時(shí)越短。

（5）計(jì)數(shù)器溢出，TF0置1。由硬件申請中斷。42精選2021版課件二、方式1

定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式1時(shí)為一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器。其邏輯結(jié)構(gòu)、操作及運(yùn)行控制幾乎與方式0完全—樣，差別僅在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同。在方式1中TL0和TH0均為8位，TL0和TH0一起構(gòu)成了l6位計(jì)數(shù)器。定時(shí)工作方式1時(shí)，定時(shí)時(shí)間為：定時(shí)時(shí)間t＝(216－計(jì)數(shù)初值)×機(jī)器周期用于計(jì)數(shù)器工作方式時(shí)：最大計(jì)數(shù)值為:216＝65536。43精選2021版課件定時(shí)器T0的方式1邏輯電路44精選2021版課件三、方式2定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式2時(shí)，將兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器THx、TLx分成獨(dú)立的兩部分，組成一個(gè)可自動(dòng)重裝載的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。其邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示。方式2的控制運(yùn)行與方式0、方式1相同。用于定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間t為：t＝(28-計(jì)數(shù)初值X)×機(jī)器周期方式2用于計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，最大計(jì)數(shù)值(初值＝0時(shí))是28。方式2特別適合于用作較精確的定時(shí)和脈沖信號(hào)發(fā)生器。還常用作串行口波特率發(fā)生器。45精選2021版課件四、方式3

方式3只適用于定時(shí)器T0。在方式3下，T0被分成兩個(gè)相互獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0，如下圖所示。（1）TH0和TL0變成2個(gè)分開的獨(dú)立計(jì)數(shù)器。（2）TL0占用了全部的定時(shí)器控制位（C/T,GATE,TR0,TF0）。（3）TH0只能用于定時(shí)方式，運(yùn)行控制位和溢出標(biāo)志位則借用定時(shí)器1的TR1和TF1。此時(shí)的定時(shí)器1用于串行口波特率發(fā)生器。注：在T0設(shè)置為方式3工作時(shí)，一般是將定時(shí)器T1作為串行口波特率發(fā)生器，或用于不需要中斷的場合。46精選2021版課件定時(shí)器T0的方式3(a)T0方式3時(shí)的T1方式0(b)T0方式3時(shí)的T1方式147精選2021版課件4.3.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初始化1.定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的初始化方法初始化的主要內(nèi)容是對(duì)TCON和TMOD編程，計(jì)算和裝載T0和T1的計(jì)數(shù)初值。（1）確定相關(guān)參數(shù)1）分析定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式，將方式字寫入TMOD寄存器；（即確定：定/計(jì)、內(nèi)/外啟動(dòng)、工作方式）2)計(jì)算T0或T1中的計(jì)數(shù)初值，并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1；3)根據(jù)需要開放CPU和定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的中斷，即對(duì)IE和IP寄存器編程；4)啟動(dòng)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器工作：若要求用軟件啟動(dòng)，編程時(shí)對(duì)TCON中的TR0或TR1置位即可啟動(dòng)；若由外部中斷引腳電平啟動(dòng)，則對(duì)TCON中的TR0或TR1置位后，還需給外部引腳加啟動(dòng)電平。48精選2021版課件（2）計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值1）計(jì)數(shù)器方式時(shí)的計(jì)數(shù)初值

TC＝2M－N（M為計(jì)數(shù)器位數(shù)，N為要求的計(jì)數(shù)值）方式0：M＝13，計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值213＝8192;方式1：M＝16，計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值216＝65536；方式2：M＝8，計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值28＝256；方式3同方式2。例如，設(shè)T0工作在計(jì)數(shù)器方式2，求計(jì)數(shù)10個(gè)脈沖的計(jì)數(shù)初值。TC＝28－10＝246＝(11110110)B＝0F6H2）定時(shí)器方式時(shí)的計(jì)數(shù)初值在定時(shí)器方式下，定時(shí)器T0(或T1)是對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)的。定時(shí)時(shí)間為：t＝(2M－計(jì)數(shù)初值X)×機(jī)器周期。故：

計(jì)數(shù)初值X＝2M-（t/（12*Tosc））=49精選2021版課件

注意：不同方式下，M的取值不同。若系統(tǒng)時(shí)鐘頻率fOSC＝12MHz。則方式0：M＝13，定時(shí)器的最大定時(shí)值為：213*機(jī)器周期＝8192μS；方式1：M＝16，定時(shí)器的最大定時(shí)值為：216*機(jī)器周期＝65536μS；方式2：M＝8，定時(shí)器的最大定時(shí)值為：28*機(jī)器周期＝256μS；方式3同方式2。例如：若fOSC＝6MHz，定時(shí)時(shí)間為10ms，使用定時(shí)器T0工作于方式1，則定時(shí)器T0的初值為

：TC0＝=60536＝0EC78H

注意時(shí)鐘頻率（HZ）和定時(shí)時(shí)間(S)的單位換算！50精選2021版課件2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化舉例編寫初始化程序的步驟：

（1）方式控制字送TMOD；MOVTMOD，#——（2）計(jì)數(shù)器的初值送TH、TL（0/1）；MOVTH0，#——MOVTL0，#——（3）根據(jù)需要開放中斷和設(shè)定優(yōu)先級(jí)；即對(duì)IE和IP賦初值。（4)啟動(dòng)T0/T1開始工作---置位TR0/TR1；SETBTR0/TR1（5）等待溢出信號(hào)的出現(xiàn)（如何進(jìn)入處理程序？）（有查詢法或中斷法）51精選2021版課件例1:要求定時(shí)器T1工作于方式1，定時(shí)50ms，由軟件啟動(dòng)，允許中斷。設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率fOSC＝6MHz，編寫初始化程序段。解：1）方式控制字為00010000B=10H2）計(jì)數(shù)初值為TC1＝T1初始化程序段如下：MOV TMOD，#10H ；寫入工作方式字MOV TH1，#9EH ；寫入計(jì)數(shù)初值MOV TL1，#58HSETB ET1 ；開放T1中斷SETB EA ；開放CPU中斷SETB TR1 ；啟動(dòng)T1工作┋52精選2021版課件例2:

要求利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0對(duì)T0引腳（P3.4）出現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)100個(gè)脈沖向CPU申請中斷，設(shè)由軟件啟動(dòng)。編寫初始化程序段。解：1）經(jīng)分析，可設(shè)定時(shí)器T0工作于方式2計(jì)數(shù)，方式控制字為00000110B=06H2）要求的計(jì)數(shù)值N=100，則計(jì)數(shù)初值為28-100=156初始化程序段如下：MOV TMOD，#06H ；寫入工作方式字MOV TH0，#156 ；寫入計(jì)數(shù)初值MOV TL0，#156MOV IE，#10000010B ；開放T0、CPU中斷SETB TR0 ；啟動(dòng)T0工作53精選2021版課件二、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例

在應(yīng)用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器時(shí)，溢出標(biāo)志TFx置位后既可由硬件向CPU申請中斷；也可通過用戶程序查詢TFx的狀態(tài)，因此對(duì)計(jì)數(shù)溢出信息的處理有以下兩種方法：中斷法：在定時(shí)器初始化時(shí)要開放對(duì)應(yīng)的源允許（ET0或ET1）和總允許，在啟動(dòng)后等待中斷。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出中斷時(shí)，CPU將程序轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序入口，因此應(yīng)在中斷服務(wù)程序中安排相應(yīng)的處理程序。查詢法：在定時(shí)器初始化并啟動(dòng)后，在程序中安排指令查詢TFx的狀態(tài)。LP：JBCTF0，NEXT；TF0為1，轉(zhuǎn)后面的處理程序，并將TF0復(fù)位SJMP LP；TF0為0，繼續(xù)查詢NEXT：┋54精選2021版課件采用查詢方式時(shí)的一般編程模式為：ORG0030HMAIN：MOVTMOD，#——MOVTH0，#——MOVTL0，#——--------------SETBTR0WAIT：JBCTF0，NEXT；SJMPWAIT；NEXT：MOVTH0，#——；重裝MOVTL0，#——；初值----------；處理程序SLMPWAIT注意問題：1）方式0、1、3溢出后要重裝初值，方式2可自動(dòng)重裝初值。2）方式0時(shí)TH為8位，TL為5位。采用中斷方式時(shí)的一般編程模式為：ORG0000HSJMPMAINORG000BH（001BH）LJMPT0SORG0030HMAIN：MOVTMOD，#——MOVTH0，#——MOVTL0，#——SETBET0；SETBEA；------------------；置其他初值SETBTR0；SJMP$T0S：MOVTH0，#——MOVTL0，#——；重裝初值--------------；處理程序RETI假設(shè)使用T0，則：55精選2021版課件

1.定時(shí)器／計(jì)數(shù)器定時(shí)方式的應(yīng)用例3:

利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)產(chǎn)生周期信號(hào)。要求用定時(shí)器T0定時(shí)，在P1.7引腳上輸出頻率為50Hz的方波。設(shè)晶振頻率為12MHz。解：1）按題意分析：方波周期T=1/50=20ms，可用T0方式1定時(shí)10ms，使P1.7每隔10ms取反一次，即可得到周期為20ms的方波。設(shè)T0工作在方式1，由軟件啟動(dòng)。2）TMOD控制字為00000001B3）初值計(jì)算：因fosc=12MHz，則機(jī)器周期為1μs。初值＝216-10×103/1=65536-10000=55536=D8F0H，即有TH0=D8H，TL0=F0H。56精選2021版課件4）編程a.若采用查詢法，編程如下：ORG0030HSTAR：MOVTMOD，#01H；寫方式字MOVTH0，#0D8H；寫入計(jì)數(shù)初值MOVTL0，#0F0HSETBTR0 ；啟動(dòng)T0LP：JBCTF0，NEXT ；TF0為1轉(zhuǎn)NXETSJMPLP ；TF0為0，繼續(xù)查詢NEXT：MOVTH0，#0D8H；重裝初值MOVTL0，#0F0HCPLP1.7；P1.7取反輸出方波AJMPLP；反復(fù)循環(huán)57精選2021版課件b.若采用中斷法，編程如下：主程序：

ORG0000HSJMPSTAR ORG000BH；定義T0服務(wù)程序入口AJMPDVT0ORG0030HSTAR：MOVTMOD，#01H；寫入工作方式字MOVTH0，#0D8H；寫入計(jì)數(shù)初值MOVTL0，#0F0HSETBET0；SETBEA；開放T0和CPU中斷SETBTR0 ；啟動(dòng)T0SJMP$；等待中斷中斷服務(wù)程序：

DVT0：MOVTH0,#0D8H ；重裝初值MOVTL0，#0F0H；CPLP1.7；RETI58精選2021版課件2.定時(shí)器／計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式的應(yīng)用

例4:

某系統(tǒng)要求用定時(shí)器T1對(duì)由P3.5（T1）引腳輸入的脈沖計(jì)數(shù)，每計(jì)滿100個(gè)脈沖，在P1.0引腳輸出一個(gè)正脈沖。解：1）據(jù)題意分析，可將定時(shí)器T1設(shè)置為方式2計(jì)數(shù)，由軟件啟動(dòng)。2）方式控制字：TMOD＝01100000B＝60H3）計(jì)數(shù)初值：TC1＝28－100＝156＝9CH,即有TH1＝TL1＝9CH59精選2021版課件4）程序如下：ORG0000HSJMPMAIN ORG001BH；定義T1服務(wù)程序入口AJMPDVT1ORG0030HMAIN：MOVTMOD，#60H；寫入工作方式字MOVTH1，#9CH；寫入計(jì)數(shù)初值MOVTL1，#9CHSETBET1；開放T1中斷SETBEA；開放CPU中斷CLRP1.0SETBTR1；啟動(dòng)T1SJMP$；等待中斷

DVT1：SETBP1.0 NOP NOPCLRP1.0；RETI

60精選2021版課件3.定時(shí)時(shí)間的擴(kuò)展

為什么要擴(kuò)展？因?yàn)榫д耦l率為6MHz時(shí)一個(gè)定時(shí)器最長的定時(shí)時(shí)間為：例如，若用T0定時(shí)50ms，每次溢出后就計(jì)數(shù)一次，則計(jì)數(shù)20次就得1秒的定時(shí)。較常用的是軟件計(jì)數(shù)擴(kuò)展法。軟件擴(kuò)展是利用內(nèi)存單元作溢出次數(shù)的計(jì)數(shù)器。如果定時(shí)時(shí)間長，8位計(jì)數(shù)器不夠，還可采用16位計(jì)數(shù)器或用更多字節(jié)單元計(jì)數(shù)。61精選2021版課件例5：要求利用軟件擴(kuò)展方法實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)，使得由P1口控制的8個(gè)LED指示燈每隔一秒輪流閃亮（輸出為低電平時(shí)亮），設(shè)fOSC＝6MHz。解：1）分析：設(shè)利用定時(shí)器T0工作于方式1，定時(shí)50ms，并用R2作軟件計(jì)數(shù)器，取R2的初值為20，作減法計(jì)數(shù)，每次T0溢出時(shí)，R2減1，當(dāng)R2減到0，則定時(shí)1秒完成。2）即有：TMOD=00000001B=01H，TH0=9EH，TL0=58H（見前PPT52例1）62精選2021版課件主程序：ORG0000HSJMPMAIN ORG000BH；定義T0服務(wù)程序入口AJMPDVT0ORG0030HMAIN：MOVTMOD，#01H；置工作方式字MOVTH0，#9EHMOVTL0，#58H；置計(jì)數(shù)初值SETBET0SETBEA；；開放中斷

MOVR2，#20；置軟件計(jì)數(shù)初值MOVA，#0FEHMOVP1，A；從P1輸出一位低電平SETBTR0SJMP$；等待中斷；中斷服務(wù)程序DVT0：MOVTH0，#9EH MOVTL0，#58H；重置計(jì)數(shù)值

DJNZR2，RTN

MOVP1,A

RLA；A循環(huán)左移一位MOVR2，#20；再置計(jì)數(shù)值RTN：RETI若采用中斷法，編程如下：63精選2021版課件4.利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展外部中斷源

利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器來擴(kuò)展外部中斷源。方法是將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置成計(jì)數(shù)器方式2計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為THx、TLx均為0FFH，并將待擴(kuò)展的外部中斷源接到定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部脈沖計(jì)數(shù)引腳.例如，利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0擴(kuò)展一個(gè)外部中斷源。將T0設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均為0FFH，T0允許中斷，CPU開放中斷。其初始化程序段如下：MOV TMOD，#06H ；置T0為計(jì)數(shù)器方式2MOV TL0，#0FFH ；置計(jì)數(shù)初值MOV TH0，#0FFHSETBTR0 ；啟動(dòng)T0工作SETBEA ；CPU開中斷SETBET0 ；允許T0中斷64精選2021版課件5.門控位GATE的應(yīng)用例6:利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的門控位GATE，測量引腳上出現(xiàn)的脈沖寬度，并將結(jié)果(機(jī)器周期數(shù))存入內(nèi)部RAM的30H和31H單元中。解：1）由題意分析，外部脈沖由引腳輸入，可設(shè)T0工作于定時(shí)器方式1，計(jì)數(shù)初值為0，在一個(gè)完整的外部脈沖寬度內(nèi)對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)（定時(shí)方式），顯然計(jì)數(shù)值乘上機(jī)器周期就是脈沖寬度。2）設(shè)定GATE＝1，當(dāng)TR0置1時(shí)，由外部脈沖上升沿啟動(dòng)T0開始工作。加1計(jì)數(shù)器開始對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)；引腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，停止計(jì)數(shù)，這時(shí)讀出TH0、TL0的值，該計(jì)數(shù)值即為被測信號(hào)的脈沖寬度對(duì)應(yīng)的機(jī)器周期數(shù)。測試過程如圖所示.65精選2021版課件3）程序設(shè)計(jì)工作方式字：TMOD=00001001B計(jì)數(shù)初值：TH0=00H，TL0=00HORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN：MOVTMOD，#09H；GATE＝1MOVTH0，#00H；置計(jì)數(shù)初值MOVTL0，#00HMOVR0，#30H WAIT1：JBP3.2，WAIT1；等待變低SETBTR0；預(yù)啟動(dòng)T0

WAIT2：JNBP3.2，WAIT2；等待INT0變高、啟動(dòng)計(jì)數(shù)WAIT3：JBP3.2，WAIT3 ；等待INT0再變低CLRTR0；停止計(jì)數(shù)MOV@R0，TL0 ；讀取計(jì)數(shù)值，存入指定單元INCR0，MOV@R0，TH0AJMPDATA ；轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)處理程序66精選2021版課件

主要內(nèi)容：串行通信基礎(chǔ)；MCS-51單片機(jī)串行通信接口的結(jié)構(gòu)；MCS-51單片機(jī)串行通信的工作原理及其工作方式；MCS-51單片機(jī)串行接口應(yīng)用編程。重點(diǎn)：MCS-51單片機(jī)串行接口的工作原理及工作方式；MCS-51單片機(jī)串行接口應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法。4.4單片機(jī)的串行通信67精選2021版課件

串行通信優(yōu)點(diǎn):便于長距離傳送缺點(diǎn):傳送速度較慢計(jì)算機(jī)與外界信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信：并行通信是數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或同時(shí)接收；串行通信是數(shù)據(jù)的各位依次逐位發(fā)送或接收。并行通信優(yōu)點(diǎn):傳送速度快

缺點(diǎn):不便長距離傳送68精選2021版課件

(a)并行通信 (b)串行通信通信的兩種基本方式69精選2021版課件

異步通信對(duì)硬件要求較低，實(shí)現(xiàn)起來比較簡單、靈活，適用于數(shù)據(jù)的隨機(jī)發(fā)送/接收，但因每個(gè)字節(jié)都要建立一次同步，即每個(gè)字符都要額外附加兩位，所以工作速度較低，在單片機(jī)中主要采用異步通信方式。4.4.1串行通信基礎(chǔ)

串行通信有兩種基本通信方式：異步通信和同步通信。在此，只介紹異步通信。一、異步串行通信的字符格式異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。異步通信數(shù)據(jù)傳送按幀傳輸，一幀數(shù)據(jù)包含起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。

70精選2021版課件幀異步串行通信的字符格式起始位數(shù)據(jù)位[0~（n

1）位]奇偶位停止位起始位位時(shí)間

異步串行通信以字符為單位，即一個(gè)字符一個(gè)字符的傳送。71精選2021版課件(b)有空閑位串行異步通信的幀格式(a)無空閑位72精選2021版課件

⑶奇偶效驗(yàn)位——用于對(duì)字符的傳送作正確性檢查，因此奇偶效驗(yàn)位是可選擇的，共有3種可能，即奇效驗(yàn)、偶效驗(yàn)和無效驗(yàn)，由用戶根據(jù)需要選定。⑴起始位——開始一個(gè)字符的傳送的標(biāo)志位。起始位使數(shù)據(jù)線處于“0”狀態(tài)。

⑵數(shù)據(jù)位——起始位之后傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前（左）高位在后（右）。由于字符編碼方式的不同，數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位。⑷停止位——用以標(biāo)志一個(gè)字符的結(jié)束，它對(duì)應(yīng)于“1”狀態(tài)。停止位在一幀的最后，它可能是1、1.5或2位，在實(shí)際中根據(jù)需要確定。73精選2021版課件⑸位時(shí)間——一個(gè)格式位的時(shí)間寬度。

⑹幀（frame）——從起始位開始到停止位結(jié)束的全部內(nèi)容稱之為一幀。幀是一個(gè)字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式稱之為幀格式。二、異步串行通信的信號(hào)形式

1、近程通信

近程通信又稱本地通信。

近程通信采用數(shù)字信號(hào)直接傳送形式，即在傳送過程中不改變原數(shù)據(jù)代碼的波形和頻率。這種數(shù)據(jù)傳送方式稱之為基帶傳送方式。74精選2021版課件寄存器串行接口TTL電平寄存器串行接口TTL電平計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)BRS-232電平標(biāo)準(zhǔn)

近程串行通信

計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號(hào)是TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，而通信線上的數(shù)據(jù)信號(hào)卻是RS

232C電平標(biāo)準(zhǔn)。然而，盡管電平標(biāo)準(zhǔn)不同，但數(shù)據(jù)信號(hào)的波形和頻率并沒有改變。近程串行通信只需用傳輸線把兩端的接口電路直接連起來即可實(shí)現(xiàn)，既方便又經(jīng)濟(jì)。75精選2021版課件2、遠(yuǎn)程通信

在遠(yuǎn)程串行通信中，應(yīng)使用專用的通信電纜，但出于經(jīng)濟(jì)上的考慮也可以使用電話線作為傳輸線。

數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)MODEM計(jì)算機(jī)電話線MODEM

遠(yuǎn)程串行通信模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)

遠(yuǎn)距離直接傳送數(shù)字信號(hào)，信號(hào)會(huì)發(fā)生畸變，因此要把數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)再進(jìn)行傳送。信號(hào)形式的轉(zhuǎn)變通常使用頻率調(diào)制法，即以不同頻率的載波信號(hào)代表數(shù)字信號(hào)的兩種不同電平狀態(tài)。這種數(shù)據(jù)傳送方式就稱為頻帶傳送方式。

76精選2021版課件

波特率對(duì)于CPU與外界的通信是很重要的。相互通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，否則無法成功地完成串行數(shù)據(jù)通信。在通信中發(fā)、接雙方有兩次約定:

字符格式————幀格式傳送速率————波特率三、串行通信波特率

波特率bps(bitpersecond)為數(shù)據(jù)傳送速率，表示每秒鐘傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)，它的單位是b/s。即：1波特=1位/秒（1bps）作用：1.反映串行通信的速率；2.反映對(duì)傳輸通道的要求：波特率越高，要求的傳輸通道的頻帶寬度就越寬。77精選2021版課件

假如數(shù)據(jù)傳送的速率是120個(gè)字符／秒，每一個(gè)字符規(guī)定包含10個(gè)位(一個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位)，則傳送的波特率為：10×120＝1200位／秒＝1200波特(bps)每一位的傳送時(shí)間即為波特率的倒數(shù)。

注意：時(shí)鐘頻率和波特率不是同一個(gè)概念，時(shí)鐘頻率比波特率高得多。78精選2021版課件四、串行通信的制式

串行通信按照數(shù)據(jù)傳送方向可分為三種制式：

單工制式是指甲乙雙方通信時(shí)只能單向傳送數(shù)據(jù)，發(fā)送方和接收方固定。1、單工制式（Simplex）79精選2021版課件

半雙工制式是指通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，既可發(fā)送也可接收，但不能同時(shí)接收和發(fā)送，發(fā)送時(shí)不能接收，接收時(shí)不能發(fā)送。2、半雙工制式（HalfDuplex）80精選2021版課件三、EIA-232-D端口的直接連接

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可通過調(diào)制解調(diào)器（Modem），由電話線連接實(shí)現(xiàn)長距離通信。在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中，常直接將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的EIA-232端口連接。在通信過程中，不需要握手時(shí)，只需要3根連接線，DB-9連接器的接線如圖(a)所示。在需要握手時(shí)，還需要將請求發(fā)送、允許發(fā)送、準(zhǔn)備就緒等信號(hào)端形成如圖(b)所示的交叉連接形式。(a)無握手(b)全握手

EIA-232端口的直接連接

81精選2021版課件

全雙工制式是指通信雙方均設(shè)有發(fā)送器和接收器，并且信道劃分為發(fā)送信道和接收信道，因此全雙工制式可實(shí)現(xiàn)甲乙雙方同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，發(fā)送時(shí)能接收，接收時(shí)也能發(fā)送。3、全雙工制式（FullDuplex）82精選2021版課件4.4.2EIA-232-D接口標(biāo)準(zhǔn)

EIA-232-D是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信。EIA-232-D總線接口適用于設(shè)備之間距離不大于15米，傳輸速度最大20kb/s。一、EIA-232-D信號(hào)引腳定義EIA-232-D定義了22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯(DB-25)插頭座，在EIA-232中描述的連接器還有DB-9。如表4.7和4.8所示（見教材78頁）。二、電氣特性EIA-232-D采用負(fù)邏輯，即：邏輯“1”：-3V~-15V邏輯“0”：+3V~+15VEIA-232-D的邏輯電平與TTL電平不兼容，為了與TTL器件相連必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。83精選2021版課件

4.4.3MCS-51串行口結(jié)構(gòu)及工作原理

當(dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的數(shù)據(jù)再傳送。反之，又必須將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中。通用的異步接收/發(fā)送器，簡稱UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），就是完成這一功能的硬件電路。

MCS-51單片機(jī)有一個(gè)可編程全雙工的串行通信接口（UART)，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)(Transmit/Receive)；可以方便地實(shí)現(xiàn)與其他單片機(jī)之間、與PC機(jī)之間的串行通信，也可用通信接口實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、LED顯示及其他的控制。

在串行口中可供用戶使用的是它的寄存器，因此了解其寄存器結(jié)構(gòu)對(duì)用戶來說是十分重要的。84精選2021版課件

MCS-51單片機(jī)串行接口由兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(一個(gè)用作接收，一個(gè)用作發(fā)送)以及發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門等組成。用戶可訪問的四個(gè)地址單元為：SBUF（99H）：兩個(gè)SBUF共用一個(gè)地址99H。發(fā)送SBUF只寫不讀，接收SBUF只讀不寫，由所用指令是發(fā)送還是接收來決定對(duì)兩個(gè)SBUF進(jìn)行操作；SCON（98H）

：串行口控制寄存器PCON（87H）

：電源控制寄存器IE(0A8H):中斷允許寄存器

一、MCS-51單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)

輸入/輸出接口是CPU與外設(shè)之間信息交換的橋梁，它可以制成一塊單獨(dú)的大規(guī)模集成電路，也可以和CPU集成在同一塊芯片上，單片機(jī)中就是后一種結(jié)構(gòu)。I/O接口有并行接口和串行接口兩種。85精選2021版課件86精選2021版課件51單片機(jī)的串行接口結(jié)構(gòu)SBUF（發(fā)）SBUF（收）發(fā)送控制器TI接收控制器RI移位寄存器波特率發(fā)生器T11A累加器(門)RxDTxD去申請中斷引腳引腳CPU內(nèi)部87精選2021版課件

發(fā)送時(shí)，只需將發(fā)送數(shù)據(jù)輸入SBUF，CPU將自動(dòng)啟動(dòng)和完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送；接收時(shí)，CPU將自動(dòng)把接收到的數(shù)據(jù)存入SBUF，用戶只需從SBUF中讀出接收數(shù)據(jù)。1.串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（99H）

在邏輯上只有一個(gè)，既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一個(gè)單元地址99H，用同一寄存器名SBUF。在物理上有兩個(gè)，一個(gè)是發(fā)送緩沖寄存器，另一個(gè)是接收緩沖寄存器。MOVSBUF，A；啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)發(fā)送MOVA，SBUF；完成一次數(shù)據(jù)接收88精選2021版課件發(fā)送SBUF（99H）接收SUBF（99H）輸入移位寄存器TI（發(fā)送中斷）TXD串行輸出8051內(nèi)部總線RXD串行輸入RI（接收輸入）移位時(shí)鐘MCS-51串行口寄存器結(jié)構(gòu)89精選2021版課件在接收方式下，串行數(shù)據(jù)通過引腳RXD（P3.0）進(jìn)入。由于在接收寄存器之間還有移位寄存器，從而構(gòu)成了串行接收的雙緩沖結(jié)構(gòu)，以避免在數(shù)據(jù)接收過程中出現(xiàn)幀重疊錯(cuò)誤，即在下一幀數(shù)據(jù)來時(shí)，前一幀數(shù)據(jù)還沒有讀走。

在發(fā)送方式下，串行數(shù)據(jù)通過TXD（P3.1）送出。與接收數(shù)據(jù)情況不同，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于CPU是主動(dòng)的，不會(huì)發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤，因此發(fā)送電路就不需雙重緩沖結(jié)構(gòu)，這樣可以提高數(shù)據(jù)發(fā)送速度。90精選2021版課件2.串行控制寄存器SCON（98H）SCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功能工作方式選擇多機(jī)通信控制接收允許發(fā)送第9位接收第9位發(fā)送中斷接收中斷①SM0SM1——串行口工作方式選擇位。②SM2——多機(jī)通信控制位。③REN——允許接收控制位。REN=1，允許接收。④TB8——方式2和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。⑤RB8——方式2和方式3中要接收的第9位數(shù)據(jù)。⑥TI——發(fā)送中斷標(biāo)志。⑦RI——接收中斷標(biāo)志。SCON是一個(gè)可位尋址的專用寄存器，用來設(shè)定串行口的工作方式、控制串行口的接收／發(fā)送以及狀態(tài)標(biāo)志。91精選2021版課件①

SM0SM1——串行口工作方式選擇位。其狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的工作方式如下表所示。

SM0SM1工作方式功能說明000同步移位寄存器輸入/輸出,波特率固定為fosc/120118位UART；波特率可變(T1溢出率/n，n=32或16)1029位UART，波特率固定為fosc/n，(n=64或32)1139位UART，波特率可變(T1溢出率/n，n=32或16)SM2----多機(jī)通信控制位。

在工作方式2和方式3中：若SM2＝1：當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置位RI;否則將接收到的數(shù)據(jù)丟棄。若SM2＝0：不論第9位數(shù)據(jù)（RB8）是否為1，都將接收到的前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置位RI。在方式1中：若SM2＝1，則只有接收到有效的停止位時(shí)，才置位RI。在方式0中：必須使SM2＝092精選2021版課件③REN------允許接收控制位。REN位用于對(duì)串行數(shù)據(jù)的接收進(jìn)行控制：REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。該位由軟件置位或復(fù)位。④TB8------方式2和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在方式2和方式3時(shí)，TB8是發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機(jī)通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機(jī)發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=0表示數(shù)據(jù)，TB8=1表示地址。該位由軟件置位或復(fù)位。TB8還可用于奇偶校驗(yàn)位。⑤RB8------方式2和方式3中要接收的第9位數(shù)據(jù)。在方式2或方式3時(shí)，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。注：多機(jī)通信時(shí)，SM2必須置1。雙機(jī)通信時(shí)，通常使SM2＝0。93精選2021版課件⑥TI------發(fā)送中斷標(biāo)志。當(dāng)方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其他方式下，遇發(fā)送停止位時(shí)，該位由硬件置位。因此TI=1，表示幀發(fā)送結(jié)束，可軟件查詢TI位標(biāo)志，也可以請求中斷。TI位必須由軟件清0。⑦RI------接收中斷標(biāo)志。當(dāng)方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其他方式下，當(dāng)接收到停止位時(shí)，該位由硬件置位。因此RI=1，表示幀接收結(jié)束，可軟件查詢RI位標(biāo)志，也可以請求中斷。RI位也必須由軟件清0。注：接收/發(fā)送數(shù)據(jù),無論是否采用中斷方式工作,每接收/發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)都必須用指令對(duì)RI/TI清0，以備下一次收/發(fā)。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，SCON中的所有位均為0。94精選2021版課件3.電源控制寄存器PCON（87H）PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SMOD———GF1GF0PDIDL?SMOD：在串行口工作方式1、2、3中，是波特率加倍位：=1時(shí)，波特率加倍=0時(shí)，波特率不加倍。(復(fù)位時(shí)，SMOD＝0。

)

PCON寄存器不能進(jìn)行位尋址。只有最高位SMOD與串行口工作有關(guān)。

ES=0禁止串行中斷

ES=1允許串行中斷4.中斷允許寄存器IE

95精選2021版課件

MCS—51單片機(jī)的串行口可編程選擇四種工作方式，其中方式0主要用于擴(kuò)展并行輸入/輸出口，串行通信時(shí)一般使用方式1、2或3。1.方式0工作在方式0時(shí)，串行口是作為同步移位寄存器使用的，其數(shù)據(jù)傳輸波特率固定為foc/12。串行數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入／輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)端輸出。數(shù)據(jù)的發(fā)送／接收以8位為一幀，低位在前，無起始位、奇偶位及停止位。其幀格式為：二、MCS—51串行通信接口的工作方式96精選2021版課件

DATACD4094CLKSTB并行輸出80C51RXD

TXDP1.0Q8CD4014CLKP/S并行輸入80C51RXD

TXDP1.0

串行口與CD4094配合串行口與CD4014配合

使用方式0實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位輸入/輸出時(shí)，實(shí)際上是把串行口變成為并行口使用。串行口作為并行口輸出使用時(shí)，要有“串入并出”的移位寄存器（例如CD4094或74LS164、74HC164等）配合；串行口作為并行口輸入使用時(shí)，要有“并入串出”的移位寄存器（例如CD4014等）配合。其電路連接如上圖所示。

故在方式0下，常用于擴(kuò)展I/O口。97精選2021版課件⑴數(shù)據(jù)發(fā)送

在移位時(shí)鐘脈沖（TXD）的控制下，數(shù)據(jù)從串行口RXD端逐位移入74HC164SA、SB端。當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移出后，SCON寄存器的TI位被自動(dòng)置1。其后74HC164的內(nèi)容即可并行輸出。74HC164CLR為清0端，輸出時(shí)CLR必須為1，否則74HC164Q0～Q7輸出為0。

串行口作為并行輸出口使用時(shí)，要有“串入并出”的移位寄存器配合。(例如CD4094或74HCl64)98精選2021版課件(2)數(shù)據(jù)接收

串行口作為并行輸入口使用時(shí)，要有“并入串出”的移位寄存器配合。(例如CD4014或74HCl65)

74HC165的S/L端為移位/置入端，當(dāng)S/L=0時(shí)，從Q0～Q7并行置入數(shù)據(jù)，當(dāng)S/L=1時(shí)，允許從QH端移出數(shù)據(jù)。在80C51串行控制寄存器SCON中的REN=1時(shí)，TXD端發(fā)出移位時(shí)鐘脈沖，從RXD端串行輸入8位數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到第8位數(shù)據(jù)D7后，置位中斷標(biāo)志RI，表示一幀數(shù)據(jù)接收完成。99精選2021版課件

(4)應(yīng)用舉例

DATACD4094CLKSTB80C51RXDTXD

P1.0

串行移位輸出電路例1：使用CD4094的輸出端接8只發(fā)光二極管，利用它的串入并出功能，把發(fā)光二極管從左向右依次點(diǎn)亮，并反復(fù)循環(huán)之。按此要求所做的電路連接如圖所示。

⑶波特率:

方式0波特率固定，為單片機(jī)晶振頻率的十二分之一。即一個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行一次移位。100精選2021版課件解：采用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)可編程序如下：

MOVSCON，#00H；串行口方式0工作CLRES ；禁止串行中斷MOVA，#80H ；發(fā)光管從左邊亮起DELR：CLRP1.0 ；關(guān)閉并行輸出MOVSBUF，A ；串行輸出WAIT:JNBTI,WAIT；狀態(tài)查詢SETBP1.0 ；開啟并行輸出ACALLDELAY ；狀態(tài)維持時(shí)間

CLRTI ；清發(fā)送中斷標(biāo)志

RRA ；發(fā)光組合循環(huán)右移AJMPDELR ；繼續(xù)101精選2021版課件例2.電路如圖所示，試編制程序輸入K1～K8狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入片內(nèi)RAM40H。解：編程如下：

KIN:

MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES ;禁止串行中斷CLRP1.0;鎖存并行輸入數(shù)據(jù)SETBP1.0;允許串行移位操作SETBREN;允許并啟動(dòng)接收（TXD發(fā)送移位脈沖）WAIT:JNBRI,WAIT;等待接收完畢MOV40H,SBUF;存入K1～K8狀態(tài)數(shù)據(jù)

102精選2021版課件例3.電路如圖所示，試編制程序按下列順序要求每隔0.5秒循環(huán)操作。④從右向左依次點(diǎn)亮，每次亮一個(gè)；⑤從左向右依次點(diǎn)亮，每次增加一個(gè)，直至全部點(diǎn)亮；⑥返回從②不斷循環(huán)。①8個(gè)發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮；②

從左向右依次暗滅，每次減少一個(gè)，直至全滅；③從左向右依次點(diǎn)亮，每次亮一個(gè)；解：編程如下：103精選2021版課件LIGHT:MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES;禁止串行中斷MOVDPTR,#TAB;置發(fā)光二極管亮暗控制字表首址LP1:MOVR7,#0;置順序編號(hào)0LP2:MOVA,R7;讀順序編號(hào)MOVCA,@A+DPTR;讀控制字CLR