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1、第5章 MCS-51单片机内的功能模块,MCS-51系列单片机的所有产品一般都具有并行口，定时器和串行口等功能模块。这一章主要介绍这些基本的功能模块使用方法。,5.1 并行口,典型的MCS-51单片机有四个双向8位I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3，每一个口都由口锁存器、输入缓冲器/输出驱动器所组成。图5-1分别给出了P0、P1、P2、P3口的1位的结构框图。,并行口结构框图,工作原理：,P0P3的口锁存器结构都是一样的，P0P3口的每一位口锁存器都是一个D触发器，复位以后的初态为1。但输入缓冲器和输出驱动器的结构有差别。CPU通过内部总线把数据写入口锁存器。CPU对口的读操作有两种：一
2、种是读-修改-写指令(例如ANL P1，#0FEH)，读口锁存器的状态，此时口锁存器的状态由Q端通过上面的三态输入缓冲器送到内部总线。另一种是读指令(例如MOV A，P1)，CPU读取口引脚上的外部输入信息，这时引脚状态通过下面的三态输入缓冲器传送到内部总线。P1、P2和P3口内部有拉高电路，称为准双向口。P0口内部没有拉高电路，是三态双向I/O口。P1、P2、P3口可以驱动四个LSTTL电路，P0口可以驱动八个LSTTL电路。,5.1.1 P1口一、P1口特性,P1口为准双向口，只能作为通用I/O口使用，用来传送数据。它的每一位可以分别定义为输入线或输出线，即用户可以把P1口的某些位作为输出
3、线使用，另外的一些位作为输入线使用。,P1口的某一位作为输入线时，该位的口锁存器必须保持“1”，使输出场效应管T截止，这时该位引脚由内部拉高电路拉成高电平，也可以由外部的电路拉成低电平，CPU读P1引脚状态时实际上就是读出外部电路的输入信息。P1口作为输入时，可以被任何TTL电路和MOS电路所驱动，由于内部具有提升电路，也可以被集电极开路或漏极开路的电路所驱动。,P1口的某一位作为输出线时，将“1”写入该位口锁存器，则 Q 端上的输出场效应管T截止，该位的输出引脚由内部的拉高电路拉成高电平，输出“1”；将“0”写入口锁存器，输出场效应管T导通，引脚输出低电平，即输出“0”。,二、P1口的操作,
4、P1口的字节地址为90H，位地址为90H97H。对P1口的操作，可以采用字节操作，也可以采用位操作。复位以后，口锁存器为1。例：在图5-2中，P1.0P1.3作为输出线，接指示灯L0L3。P1.4P1.7作为输入线接四个开关K0K3。,例1 的子程序采用字节操作指令将开关状态送指示灯显示，Ki闭合，Li亮。,例1KLA：MOVA，P1 SWAPA ORLA，#0F0H；保持P1.4P1.7口锁存器为1 MOVP1，A RET例2用位操作指令实现同样的功能。例2 KLB：MOVC，P1.4；位传送不影响P1.4P1.7口锁存器 MOVP1.0，C MOVC，P1.5 MOV P1.1，C MOV
5、C，P1.6 MOVP1.2，C MOVC，P1.7 MOVP1.3，C RET,5.1.2 P3口一、P3口特性,P3口为多功能口，它的第一功能为准双向口，可以作为通用I/O口使用，其特性和P1口相似。但在实际应用中它的第二功能信号更多。,P3口的每一位可以分别定义为第一功能输入/输出线或第二功能输入/输出线。P3口的某一位作为第一功能输入/输出线时，第二功能输出线总是为高电平，该位引脚输出电平仅取决于口锁存器的状态，为“1”时输出高电平，为“0”时输出低电平。P3口的某一位作为输入线时，该位口锁存器应保持“1”，使输出场效应管T截止，引脚状态由外部输入电平所确定。P3口的某一位作为第二功能
6、输入/输出线时，该位的口锁存器也必须保持“1”，使输出场效应管的状态由第二功能输出确定。,P3口的口锁存器Q端接与非门驱动输出场效应管T，该与非门的另一个控制端为第二功能输出线。P3口的引脚状态通过输入缓冲器输入到内部总线和第二功能输入线。,表5-1 P3口的第二功能定义,二、P3口的操作 P3口的字节地址为0B0H，位地址为0B0H0B7H。对P3口的操作，可以采用字节操作，也可以采用位操作。例3 ANL P3，#0DFH；0 P3.5 CLR P3.5；0 P3.5ORL P3，#20H；1 P3.5SETB P3.5；1 P3.5XRL P3，#20H；P3.5取反CPL P3.5；P3
7、.5取反,5.1.3 P2口一、P2口特性,P2口也有两种功能，对于内部有程序存贮器的单片机（如定制的8051），P2口可以作为输入口或输出口使用，直接连接输入/输出设备；也可以作为系统扩展的地址总线口，输出高8位地址A8A15。对于内部没有程序存贮器的单片机，必须外接程序存贮器，一般情况下P2口只能作为系统扩展的高8位地址总线口，而不能作为外部设备的输入/输出口。,1、P2口的输出驱动器上有一个多路电子开关(见图5-1(c)，当输出驱动器转接至P2口锁存器的Q端时，P2口作为第一功能输入/输出线，这时P2口的结构和P1口相似，其功能和使用方法也和P1口相同。2、当输出驱动器转接至地址时，P2
8、口作为地址总线口，引脚状态由所输出的地址确定。3、CPU访问外部的程序存贮器时，P2口输出程序存贮器的高8位地址A8A15，该地址来源于内部的程序计数器PC的高8位；4、当CPU以16位地址指针DPTR访问外部RAM/IO的时候，P2口输出的地址来源于DPH。,二、P2口操作,1、对于内部有程序存贮器的单片机所构成的基本系统（如8751或定制的8051），既不扩展程序存贮器，也不扩展RAM I/O 口，这时P2口作为通用I/O口使用。例4 XRL P2，#1；P2.0取反 CPL P2.0；P2.0取反,2、对于只扩展少量外部RAM I/O口，其地址范围在0255之间，P2 口也可以作为I/O
9、口使用。对外部RAM I/O口操作，只能使用R0或R1作地址指针，不能用DPTR作址址指针。例5 将33H写入外部RAM的50H单元，CPU执行下面的程序段不影响P2口输出状态，因而是正确的：MOVR0，#50H MOV A，#33H MOVX R0，ACPU执行下面的程序段将影响P2口的输出状态，因而是错误的；MOV DPTR，#50H MOV A，#33HMOVX DTPR，A,例6 将33H写入外部RAM的8200H，下面的程序段都是正确的：(1)MOVP2，#82H MOVR0，#0 MOV A，#33H MOVX R0，A(2)MOV P2，#82H MOV R1，#0 MOV A，
10、#33H MOVX R1，A(3)MOV DPTR，#8200H MOV A，#33H MOVX DPTR，A,3、对于既扩展程序存贮器，又扩展外部RAM/IO口的系统，P2口不能作为I/O口使用，对外部RAM/IO口操作则可以做DPTR、P2 R0、P2 R1三个16位地址指针的高8位。,5.1.4 P0口一、P0口特性,P0口为三态双向I/O口。对于内部有程序存贮器的单片机基本系统（如定制的8051），P0口可以作为输入/输出口使用，直接连外部的输入/输出设备；也可以作为系统扩展的地址/数据总线口。对于内部没有程序存贮器的单片机（如8031），P0口只能作为地址/数据总线口使用。,1、P0
11、口的输出驱动器中也有一个多路电子开关。输出驱动器转接至口锁动器的Q端时，P0口作为双向I/O口使用。这时，CPU发来的控制信号为低电平，使输出驱动电路的上拉场效应管T1截止。P0口的锁存器为“1”时，输出驱动器中的两个场效应管均截止，引脚浮空；由于P0口输出电路是漏极开路的电路，必须外接10k拉高电阻才能有高电平输出。而写入“0”时，下管导通输出低电平。,2、当输出驱动器转接至地扯/数据时，P0口作为地址/数据总线口使用，分时输出外部存贮器的低8位地址A0A7和传送数据D0D7。低8位地址先由地址允许锁存信号ALE锁存到外部的地址锁存器中，接着P0口便输入/输出数据信息。P0口输出的低8位地址
12、来源于PCL、DPL、R0、R1等。,二、P0口使用方法,P0口为三态双向I/O口，当用作输入口时，一般接10k左右的拉高电阻。图5-3所示的8751基本系统中，将一个开关K0接至P1.0和P0.0的电路有所差别，其原因是P1口内部具有拉高电阻，P0.0必须外接拉高电阻，才能使开关K0闭合时读P0.0引脚为0，K0断开时读P0.0引脚为1。,MCS-51的并行扩展总线,MCS-51的P0口和P2口可以作为并行扩展总线，可以扩展64K字节程序存贮器和64K字节RAM I/O口P2口输出高8位地址A8A15，P0口为复用口，先输出低8位地址A0A7，用ALE信号的负跳变将A0A7送入地址锁存器锁存
13、，P2口和地址锁存器输出作为地址总线，输出地址A0A15。在ALE将A0A7送入地址锁存器锁存以后，接着P0口作为数据总线使用来传送数据。在扩展系统中，P3.6、P3.7作为外部RAM/IO口的读/写选通信号WR、RD，PSEN作为外部程序存贮器的读选通信号。正是由于外部程序存贮器和RAM/IO口使用不同的读选通信号，才使CPU通过16位地址总线访问64K字节程序存贮器和64K字节RAM/IO口。,MCS-51并行口电路小结,1.P0、P1、P2、P3都是并行I/O口，都可用于数据的输入/输出传送，但P0、P2口可作为并行扩展总线。P0口可作为地址/数据复用线使用，输送系统的低8位地址和8位数
14、据，因此多路开关的一个输入端为“地址/数据”信号。而P2口仅作为高位地址线使用，不涉及数据，所以多路开关的一个输入信号为“地址”。,2.P3口的口线具有第二功能，为系统提供一些控制信号。因此在P3口电路中增加了第二功能控制逻辑。这是P3口与其它各不同之处。,5.2 定时器,各种型号的单片机，不管其功能强弱都有定时器，因为定时器对于面向控制型应用领域的单片机特别有用，定时器可以实现下列功能：,（1）定时操作：产生定时中断，实现定时采样输入信号，定时扫描键盘、显示器等定时操作；（2）测量外部输入信号：对输入信号累加统计或测量输入信号的周期等参数；（3）定时输出：定时触发输出引脚的电平，使输出脉冲的
15、宽度、占空比、周期达到预定值，其精度不受程序状态影响；（4）监视系统正常工作：一旦系统工作异常时自动复位，重新启动系统正常工作。（监视定时器watchdog）；,5.2.2 定时器/计数器T0和T1,MCS-51系列的单片机内，共有两个16位可编程的定时器/计数器，分别称为定时器/计数器T0和定时器/计数器T1。与定时器/计数器有关的特殊功能寄存器有以下几个：1、TH0、TL0为T0的16位计数器的高8位和低8位。2、TH1、TL1为T1的16位计数器的高8位和低8位。3、TMOD为T0、T1的方式寄存器。4、TCON为T0、T1的状态和控制寄存器，存放T0、T1的运行控制位和溢出中断标志位。
16、5、中断控制寄存器IE、IP。通过对TH0、TL0和TH1、TL1的初始化编程来设置T0、T1计数器初值，通过对TCON和TMOD的编程来选择T0、T1的工作方式和控制T0、T1的运行。,一、方式寄存器TMOD（89H）,特殊功能寄存器TMOD为T0、T1的工作方式寄存器，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0TMOD的低4位为T0的方式字段，高4位为T1的方式字段，它们的含义是完全相同的。工作方式选择位M1、M0（方式 03）定时方式和外部事件计数方式选择位C/TC/T=1为外部事件计数方式。门控位GATE GA
17、TE为1时，定时器的计数受外部引脚输入电平的控制（INT0控制T0的运行，INT1控制T1的运行）；GATE为0时定时器计数不受外部引脚输入电平的控制。,二、控制寄存器TCON（88H）,特殊功能寄存器TCON的高4位为定时器的运行控制位和溢出标志位，低4位为外部中断的触发方式控制位和锁存外部中断请求源（见中断一节）。TCON格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,1.定时器T0运行控制位TR0 TR0 由软件置位和清“0”。门控位GATE为0时，T0的计数仅由TR0控制，TR0为1时允许T0计数，TR0为0时禁
18、止T0计数；门控位GATE为1时，仅当TR0等于1且INT0（P3.2)输入为高电平时T0才计数，TR0为0或INT0输入低电平时都禁止T0计数。,2.定时器T0溢出标志位TF0 当T0被允许计数以后，T0从初值开始加“1”计数，最高位产生溢出时置“1”TF0。TF0可以由程序查询和清“0”。TF0也是中断请求源，当CPU响应T0中断时由硬件清“0”TF0。,3.定时器T1运行控制位TR1TR1由软件置位和清“0”。门控位GATE为0时，T1的计数仅由TR1控制，TR1为“1”时允许T1计数，TR1为“0”时禁止T1计数；门控位GATE为1时，仅当TR1为1且INT1（P3.3)输入为高电平时
19、T1才计数，TR1为0或INT1输入低电平时都将禁止T1计数。,4.定时器T1溢出标志位TF1当T1被允许计数以后，T1从初值开始加“1”计数，最高位产生溢出时置“1”TF1。TF1可以由程序查询和清“0”，TF1也是中断请求源，当CPU响应T1中断时由硬件清“0”TF1。,三、T0、T1的工作方式和计数器结构,MCS-51的定时器T0有四种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3；定时器T1有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。,1.方式0 当M1M0为00时定时器工作于方式0。定时器T0方式0的结构框图如下图所示。方式0为13位的计数器，由TL0的低5位和TH0的8位组成，TL0低5位计
20、数溢出时向TH0进位，TH0计数溢出时置“1”溢出标志TF0。,定时时间设定：,例7 已知晶振频率fOSC=6MHz，若使用T0方式0产生10ms定时中断，试对T0进行初始化编程。,TH0 TL0,INI T0：MOV TH0，#63H MOV TL0，#18H MOV TMOD,#00H;置T0为方式0下的定时方式 SETB TR0；允许T0计数 MOV IE，#82H；EA=1，CPU开放中断 RET；ET0=1，允许T0中断,2.方式1,方式1和方式0的差别仅仅在于计数器的位数不同，方式1为16位的定时器/计数器。定时器T0工作于方式1的结构框图如下图所示。T0工作于方式1时，由TH0作
21、为高8位，TL0作为低8位，构成一个16位计数器。若T0工作于方式1定时，计数初值为a，fosc=12MHz，则T0从计数初值加1计数到溢出的定时时间为:,与定时器有关的寄存器,TCON状态和控制寄存器,中断允许寄存器IE,中断优先级控制器IP,TMOD方式控制寄存器,应用举例：,例8 设fosc=12MHz，T0工作于方式1，产生50ms定时中断，TF0为高级中断源。试编写主程序中的初始化程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1秒的方波。,MAIN：MOV SP，#6FH；栈指针初始化 MOV TH0，#3CH；T0初始化 MOV TL0，#0B0H MOV TMOD，#1；T0工作于方式
22、1，定时 MOV IP，#2；PT0=1，T0中断定义为高；优先级中断 MOV IE，#82H；中断初始化（EA=1，ET0=1）SETB TR0；允许T0中断 MOV 30H，#0AH；工作单元初始化每10次；中断（0.5秒）P1.0求反，；用30H作中断次数计数器单元。AJMP$,T0中断服务程序：PTF0：ORL TL0，#0B0H；恢复T0初值 MOV TH0，#3CH DJNE 30H，PTF0R；判断中断次数=10否?MOV 30H，#0AH；恢复中断次数存贮单元值 CPL P1.0；P1.0求反 PTF0R：RETI,说明：定时器T0中断入口地址（55页）为：000BH 000B
23、：LJMP PTF0R,3.方式2,T0工作于方式0和方式1时的最大特点是计数溢出后，计数器全为“0”。因此循环定时或循环计数应用时就存在反复设置计数初值的问题。初值a通常是由中断服务程序恢复的，而CPU响应T0溢出中断的时间随程序状态不同而不同（CPU所执行指令不同或者在执行其它中断程序都影响CPU响应中断的时间），CPU响应T0溢出中断之前T0从0开始继续计数，CPU响应T0溢出中断时又从初值开始计数，这样使定时产生误差。M1M0=10时，T0工作于方式2，方式2为自动恢复初值的8位计数器，TL0作为作为8位计数器，TH0作为计数初值寄存器，当TL0计数溢出时，一方面置“1”溢出标志TF0
24、，向CPU请求中断，同时将TH0内容送到TL0，使TL0从初值开始重新加1计数。因此，T0工作于方式2定时，定时精度比较高，但定时时间小。,T=,定时时间设定：,工作原理：,4.方式3,1）工作方式3下的定时器/计数器T0,方式3只适用于T0，若T1被设置为工作方式3时，则使T1停止工作。T0被分为两个独立的8位计数器TL0和TH0。TL0使用T0的所有状态控制位GATE、TR0、INT0（P3.2）、T0（P3.4)、TF0等，TL0即可以作为8位定时器使用，又可以作为外部事件计数器使用。TL0计数溢出时置“1”溢出标志TF0，TL0计数初值必须由软件每次设定。其功能和操作与方式0或方式1完
25、全相同，而且逻辑结构也极其类似。,TH0只能作为一个8位定时器使用。而且由于T0的所有状态控制位已被TL0独占，因此TH0只好借用T1的状态控制位TR1、TF1。即当TR1为1时，允许TH0定时计数，当TH0计数溢出时置“1”溢出标志TF1。,由于TL0 既能作定时器使用也能作计数器使用，而TH0 只能作为定时器使用却不能作为计数器使用，因此在工作方式3下，T0 可以构成两个定时器或一个定时器一个计数器。,T=,定时时间设定：,工作原理：,2）工作方式3下的定时器/计数器T1,如果T0已工作在方式3，则T1只能工作在方式0、方式1或方式2下，因为它的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被T
26、0借用。在这种情况下，T1通常是作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。因为已没有计数溢出标志位TF1可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口。如要停止T1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T1不能在方式3下使用，如果硬把它设置为方式3，就停止工作。,5.3 串行接口,中央处理器CPU和外界的信息交换（或数据传送）称为通信，通常有并行和串行两种通信方式，数据的各位同时传送的称为并行通信，数据一位一位串行地顺序传送的称为串行通信。,并行通信的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高。并行数据
27、传送的距离通常小于30米，在计算机内部的数据传送都是并行的。并行通信是通过并行接口来实现的，,串行通信的特点是：数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。计算机与外界的数据传送大多数是串行的，其传送的距离可以从几米到几千公里。串行通信是通过串行口来实现的，MCS-51有一个全双工(数据的传送是双向的，可以同时发送和接收）的异步串行通信接口可以实现串行数据通信。,串行通信有两种基本方式：异步通信和同步通信方式。,一、异步通信方式是以字符（或字节）为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线被接收设备一帧一帧地接收。典型的异步通信数据格式如下：停 起 止
28、 始 8位数据 位 位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1字符的前面有一个起始位（0），后面有一个停止位（1），这是一种起止式的通信方式，字符之间没有固定的间隔长度。优点：数据传送可靠性高缺点：通信效率低,奇偶校验,对异步通信数据格式作如下说明：,1.字符帧：字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等四部分组成。如上图。2.起始位：位于字符帧开头，只占一位，始终为逻辑“0”，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧数据。3.数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。若所传数据为ASC字符，则常取7位。4.奇偶校验位：位于数据
29、位之后，仅占一位。用于对字符传送作正确性检查，因此，奇偶校验位是可选择的，采用奇校验还是偶校验，由用户根据需要决定。5.停止位：位于字符帧末尾，为逻辑“1”高电平，通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕，也为下一帧字符作准备。在串行通信中，发送端一帧一帧发送信息，接收端一帧一帧接收信息。两相邻字符帧之间可以无空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户根据需要决定。这种方式的优点是数据传送的可靠性较高，能及时发现错误，缺点是通信效率较低。,二、同步通信,说明：1、是按数据块传送的，把传送的字符顺序地连接起来，组成数据块在数据块前面加上特殊的同步字符（有12个），作为数据块
30、的起始符号，在数据块的后面加上校验字符，用于检验通信中的错误。2、接收端不断对传输线采样，并把采样到的字符和双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的字符加以存储3、在同步通信中字符之间没有间隔，通信效率高。串行通信中，每秒传送的数据位数称为波特率。,典型的同步通信数据格式,5.3.1 串行接口的组成和特性,MCS-51的串行口是一个全双工的异步串行通信接口，可以同时发送和接收数据。串行口的内部有数据接收缓冲器和数据发送缓冲器。数据接收缓冲器只能读出不能写入，数据发送缓冲器只能写入不能读出，这两个数据缓冲器都用符号SBUF来表示。CPU对特殊功能寄存器SBUF执行写操作，就是将数
31、据写入数据发送缓冲器；对SBUF执行读操作，就是读出数据接收缓冲器的内容。与串行通信有关的特殊功能寄存器共有4个：1、特殊功能寄存器SCON：存放串行口的控制和状态信息。2、特殊功能寄存器PCON：最高位SMOD为串行口波特率的倍率控制位。3、中断允许寄存器IE：D4位（ES）为串行口中断允许位。4、中断优先级控制寄存器IP：D4位（PS）为串行口优先级控制位。,一、串行口控制寄存器SCON,串行口控制寄存器SCON是一个特殊功能寄存器，地址为98H，具有位寻址功能。SCON的格式如下：,各位功能说明如下：1.SM0、SM1：串行口的工作方式选择位。2.SM2：多机通信控制位。对于于方式2和方
32、式3，如SM2置为1，则只有接收到的第9位数据（RB8）为“1”,才激活接收中断标志位RI；而当SM2置为0时，则不论第9位数据为“0”还是为“1”，都将前8位数据装入SBUF中，并置位RI产生中断请求。对于方式1，如SM2=1，则只有接收到有效的停止位才会激活RI。对于方式0，SM2应该为0。3.REN：允许串行接收位。REN位用于对串行数据的接收进行控制。由软件置位1以允许接收。由软件清“0”来禁止接收。,4.TB8：发送的第9个数据位 对于方式2和方式3，TB8的内容是要发送的第9位数据，需要时其值由用户通过软件置位或复位。5.RB8：接收第9个数据位 对于方式2和方式3，RB8存放接收
33、到的第9位数据。对于方式1，如SM2=0，RB8是接收到的停止位。对于方式0，不使用RB8。6.TI：发送中断标志。在方式0下，串行发送完第8位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，串行发送停止位的开始时，由硬件置位。TI必须由软件清“0”。这就是说：TI在发送前必须由软件复位，发送完一帧数据后由硬件置位。TI=1，表示帧发送结束，其状态既可供软件查询使用，也可请求中断。7.RI：接收中断标志。在方式0下，接收完第8位数据后，该位由硬件置位。在其它方式接收到停止位中间时置位，必须由软件清“0”,二、特殊功能寄存器PCON,PCON的最高位SMOD是串行口波特率系数控制位，当SMOD为1时使波特
34、率加倍。PCON的其它位为掉电方式控制位（仅对CHMOS型单片机80C51等有效，）,5.3.2 串行接口的工作方式,MCS-51串行接口具有四种工作方式，它们是由SCON中的SM0，SM1这两位定义的。下面我们从应用的角度，重点讨论各种工作方式的功能特性和工作原理。,一、方式0 方式0是扩展移位寄存器的工作方式，以串行扩展I/O接口。输出时：将发送数据缓冲器中的内容串行地移到外部的移位寄存器。输入时：将外部移位寄存器的内容串行地移入内部的输入移位寄存器，然后写入内部的接收数据缓冲器。在以方式0工作时，数据由RXD端串行地输入/输出，TXD端输出移位脉冲，使外部的移位寄存器移位。波特率固定为振
35、荡器频率的十二分之一。,1.方式0输出,方式0输出时，串行口上外接74LS164（串行输入并行输出移位寄存器）的接口逻辑如图所示。在TXD端输出的移位脉冲控制下，RXD端输出的数据将被逐位移入74LS164。（经过8个机器周期）,例 图5-25中，串行口外接两个74LS164，74LS164的输出接指示灯L0L15，欲使L0L3、L8、L10、L12、L14灯亮，其余灯暗。,LSUBO：MOV SBUF，#0FH JNB TI，CLR TI MOV SBUF，#055H JNB TI，CLR TI RET,2.方式0输入,方式0输入时，RXD作为串行数据输入线，TXD作为移位脉冲输出线，串行口
36、与外接的并行输入串行输出的移位寄存器74LS166的接口逻辑如下 在REN=1，RI=0 时启动串行口接收，TXD端输出的移位脉冲频率为fosc/12，若fosc=12MHz，移位速率为 1 s/位，经过8次移位，外部移位寄存器内容移入内部移位寄存器，并写入SBUF，置位RI，停止移位，完成一个字节的输入，CPU读SBUF的内容便得到输入结果。当检测到外部移位寄存器内容再次有效时（设备将数据打入外部移位寄存器，打入信号向CPU请求中断），清“0”RI，启动串行口接收下一个数据。,二、方式1,串行口定义为方式1时，它是一个8位异步串行通信口，TXD为数据输出线，RXD为数据输入线。传送一帧信息的
37、数据格式如下所示。一帧为10位：1位起始位，8位数据位（先低位后高位），1位停止位。,1.方式1输出 CPU向串行口数据发送缓冲器SBUF写入一个数据，然后发送电路就自动在8位发送字符前后分别添加1位起始位“0”和1位停止位“1”，启动串行口发送，在串行口内部一个十六分频计数器的同步移位脉冲控制下，在TXD端输出一帧信息，先发送起始位0，接着从低位开始依次输出8位数据，最后输出停止位1，并使发送中断标志TI置“1”，串行口输出完一个字符后停止工作。CPU执行程序判断TI=1后，必须由程序清“0”TI，再向SBUF写入数据，启动串行口发送下一个字符。,2.方式1输入,REN置“1”以后，就允许接
38、收器接收。接收器以所选波特率的16倍的速率采样RXD端的电平。当检测到RXD端输入电平发生负跳变（从“1”到“0”）时，复位内部的十六分频计数器。如果在第1位时间接收到的值（起始位）不是0，则起始位无效，复位接收电路，重新搜索RXD端上的负跳变。如果起始位有效，则开始接收本帧其余部分的信息。接收到停止位为1时，将接收到的8位数据装入接收数据缓冲器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帧信息，向CPU请求中断。（若程序清RI位后）接着串行口输入控制电路重新搜索RXD端上负跳变，接收下一个数据。,三、方式2和方式3,串行口定义为方式2或方式3时，它是一个9位异步串行通
39、信接口，TXD为数据发送端，RXD为数据接收端。方式2和方式3的通信过程完全相同，所不同的仅在于波特率。方式2的波特率固定为振荡器频率的1/64或1/32，而方式3的波特率由定时器T1或T2（8052）的溢出率所确定，故方式3的波特率是可调的。在方式2和方式3中，一帧信息为11位：1位起始，8位数据位（先低位后高位），1位附加的第9位数据（发送时为SCON中的TB8，接收时第9位数据为SCON中的RB8），1位停止位，数据的格式如下图。,1.方式2和方式3输出,方式2和方式3的发送过程类似于方式1输出，所不同的是：方式2和方式3 有9位有效数据位。发送时，CPU除要把发送字符写入数据发送缓冲器
40、“SBUF”外，还要把第9数据位预先写入SCON的TB8中。第9数据位可由用户安排，可以是奇偶校验位，也可以是其他控制位。第9数据位的写入可以用如下指令中的一条来完成：SETB TB8 CLR TB8第9数据位的值写入TB8后，CPU向数据发送缓冲器“SBUF”写入发送数据就启动串行口发送。先发送起始位0，接着从低位开始依次发送SBUF中的8位数据，再发送SCON中TB8，最后发送停止位，置“1”发送中断标志TI，CPU判断TI=1以后若由程序清“0”TI，可以再向TB8和SBUF写入新的数据，再次启动串行口发送。,方式2和方式3输入,方式2和方式3的接收过程也和方式1输入类似，所不同的是：方
41、式1时RB8中存放的是停止位，方式2或方式3时RB8中存放的是第9数据位。当REN置“1”以后，接收器就以所选波特率的16倍的速率采样RXD端的输入电平。当检测到RXD上输入电平发生负跳变时，复位内部的十六分频计数器。（计数器的16个状态把一位数据的时间分成16等分，在一位中心，即7、8、9这三个计数状态，位检测器采样RXD的输入电平，接收的值是三次采样中至少是两次相同的值。）如果在第1位时间接收到的值不是0，则起始位无效，复位接收电路，重新搜索RXD上 的负跳变。如果起始位有效，则开始接收本帧其余位信息。REN置“1”以后，就允许接收器接收。在此前提下，串行口采样RXD端，当采样到从“1”向
42、“0”的状态跳变时，就认定是接收到起始位。随后在移位脉冲的控制下，先从低位开始接收8位数据，再接收第9位数据，在RI=0、SM2=0 或 RI=0、SM2=1、接收到的第9位数据为1时，接收的数据装入SBUF和RB8，置位RI；如果条件不满足，把数据丢失，并不置位RI。一位时间以后,又开始搜索RXD上的负跳变，接收下一个数据。,串行口工作方式总结：,5.3.3 波特率,一、方式0波特率 串行口方式0的波特率由振荡器的频率所确定：方式0 波特率=振荡器频率/12,二、方式2波特率 串行口方式2的波特率由振荡器的频率和SMOD(PCON.7)所确定：方式2 波特率=2SMOD 振荡器频率/64 S
43、MOD为0时，波特率等于振荡器频率的六十四分之一；SMOD为1时，波特率等于振荡器频率的三十二分之一。,三、方式1和方式3的波特率 串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1或T2（8052等单片机）的溢出率和SMOD所确定。T1和T2是可编程的，可以选择的波特率范围比较大，因此串行口方式1和方式3是最常用的工作方式。,用定时器T1产生波特率,当定时器T1作为串行口的波特率发生器时，串行口方式1和方式3的波特率由下式确定：方式1和方式3 波特率=2SMOD（T1溢出率）/32 SMOD为0时，波特率等于T1溢出率的三十二分之一；SMOD为1时，波特率等于T1溢出率的十六分之一。说明：,定时器T1
44、作波特率发生器时，应禁止T1中断。通常T1工作于定时方式（C/T=0），计数脉冲为振荡器的十二分频信号。T1的溢出率又和它的工作方式有关，一般选方式2定时，此时串行口方式1和方式3波特率的计算公式为：2 SMOD 振荡器频率/32 12(256-(TH1)2SMOD,表5-7列出了最常用的波特率以及相应的振荡器频率、T1工作方式和计数初值。,表5-7常用波特率,5.3.4 多机通信原理,多机通信是指两台以上计算机之间的数据传输，主从式多机通信是多机通信系统中最简单的一种，应用也最为广泛。现以它为例加以讨论。,工作原理：串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通信控制位。串行口以方式2或方式3接
45、收时，若SM2为1，则仅当接收到的第9位数据RB8为1时，数据才装入SBUF，置位RI，请求CPU对数据进行处理；如果接收到的第9位数据RB8为0，则不产生中断标志RI，信息丢失，CPU不作任何处理。当SM2为0时，则接收到一个数据后，不管第9位数据RB8是1还是0，都将数据装入接收缓冲器SBUF，置位中断标志RI，请求CPU处理，应用这个特性，便可以实现MCS-51的主从式多机通信。,工作原理：,(1)主机的SM2=0；所有从机的SM2=1，以便接收主机发来的地址。(2)主机给从机发送地址时，第9数据位上发送1，以指示从机接收这个地址。(3)所有从机在SM2=1、RB8=1和RI=0时，接收
46、主机发来的从机地址，进入相应中断服务程序，并和本机地址比较以确定是否为被寻址从机。(4)未被寻址从机保持SM2=1，并退出各自中断服务程序。被寻址从机通过指令清零SM2，以正常接收主机随之而来发送的数据或命令(每帖数据第9位均为0)，并作相应处理。同时向主机发回接收到的从机地址，供主机核对。(5)完成主机和被寻址从机之间的数据通信，被寻址从机在通信完成后重新使SM2=1，并退出中断服务程序，等待下一次通信。,5.3.5 串行口的应用和编程,一、串行口的应用1、在同一印板上两个单片机之间的TTL电平串行通信,2、单片机和PC机的串行接口连接,RS-232电平与TTL电平的转换,1、分立元件电平转
47、换电路,TTL(B),TTL(C),4.7K,4.7K,4.7K,4.7K,T1,T2,+5V,+5V,1.8K,10u,RS-232C(A),RS-232C(D),2、集成电路电平转换器TC232,图5-34TC232芯片引脚排列和外部元件连接线路图,串口编程：,1、串行口编程包括编写串行口的初始化程序和串行口的输入/输出程序。串行口初始化程序的功能是选择串行口的工作方式，串行口的波特率以及允许串行口中断，就是对SCON、PCON、TMOD、TH1、TL1、IE、IP、SBUF编程。2、输入/输出程序的功能是在确定的工作方式下实现数据的串行输入/输出。,例11 试编写一个程序，其功能是对串行
48、口初始化为方式1输入/输出，fosc=11.0592MHz，波特率为9600，首先在串行口上输出字符串MCS-51 Microcomputer，接着读串行口上输入的字符，又将该字符从串行口上输出。,MAIN：MOVTMOD，#20H；对T1初始化 MOV TH1，#0FDH；设置T1的溢出率 MOV TL1，#0FDH；（T1定时时间1/9600秒）SETB TR1 MOV SCON，#52H；选串行口方式1，允许接收，初态TI=1 MOV R4，#0；R4作字符串表指针 MOV DPTR，#TSABMLP1：MOV A，R4 MOV A，A+DPTR JZ MLP6；字符串以0表示结束MLP
49、3：JBC TI，MLP2 SJMP MLP3MLP2：MOV SBUF，A INC R4 SJMP MLP1,MLP6：JBC RI，MLP5 SJMP MLP6MLP5：MOVA，SBUFMLP8：JBCTI，MLP7SJMPMLP8MLP7：MOVSBUF，ASJMPMLP6TSAB：DBMCS-51 MicrocomputerDB0AH，0DH，0,5.5 CHMOS型单片机的节电方式,MMCS-51系列的CHMOS型单片机提供了两种节电工作方式空闲方式和掉电方式，以降低功耗。CCHMOS型单片机的节电工作方式是由PCON控制的，PCON（87H）的格式如下：D7 D6 D5 D4 D
50、3 D2 D1 D0 PCON SMOD GF1 GF0 PD IDLSMOD串行口波特率倍率控制位。GF1通用标志位。用户可以通过指令改变它们的状态。GF0通用标志位。PD 掉电方式控制位，置“1”后使器件进入掉电方式。IDL 空闲方式控制位，置“1”后使器件进入空闲方式。PCON.4PCON.6为保留位，对于HMOS型单片机仅SMOD位有效当IDL和PD同时置“1”时，使器件进入掉电方式。,5.5.1 空闲方式,CPU执行一条置“1”PCON.0(IDL)的指令，就使它进入空闲方式状态。例如80C31执行如下指令便可以进入空闲方式：MOVPCON，#01H；IDL1 该指令是CPU执行的最
