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4. 串行接口与定时计数器

4. 串行接口与定时计数器. 一、串行接口及应用. 1. 串行接口的一般概念 单片机与外界进行信息交换称之为 通讯 (Communication) 。 单片机的通讯方式有两种： 并行通讯 : 数据的各位同时发送或接收。 串行通讯 : 数据一位一位顺序发送或接收。参看下图：. 起始位. D 0. D 2. D 3. D 4. D 6. D 7. D 5. D 1. 停止位. 一 . 串行通讯的基本方式. ( 一 ). 异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束。字符间隔不固定，只需字符传送时同步。

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  1. 4. 串行接口与定时计数器 一、串行接口及应用 • 1.串行接口的一般概念 • 单片机与外界进行信息交换称之为通讯(Communication)。 • 单片机的通讯方式有两种： • 并行通讯:数据的各位同时发送或接收。 • 串行通讯:数据一位一位顺序发送或接收。参看下图：

  2. 起始位 D0 D2 D3 D4 D6 D7 D5 D1 停止位 一.串行通讯的基本方式 (一).异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束。字符间隔不固定，只需字符传送时同步。 异步通讯常用格式：一个字符帧 异步通讯的双方需要两项约定： 1.字符格式 一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。

  3. 2.波特率(位/秒)——对传送速率的规定 波特率：每秒钟传送的位数，记为 bps （bit/sec）。 例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。 解： B=120×10=1200波特 每位0.83ms 数据位传输率=120×8=960位/秒

  4. （二）同步通讯： 数据块传递开始要用同步字符来指示，要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。

  5. 串行通信的校验方法 目的：保证高效而无差错的传送数据。 校验位：可以奇校验、偶校验或没有校验位。 奇偶校验：主要用于对一个字符的传输过程进行校验。 通常把数据位和校验位中1的个数为奇数个称为奇校验。 通常把数据位和校验位中1的个数为偶数个称为偶校验。 异步传输信息冗余较大，例如：1+8+1+2中有效位数只有8位。

  6. 如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。（无线电对讲机）如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。（无线电对讲机） 如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。 如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。（电话） 串行传输中的数据传输方向

  7. 一.串行接口控制字 1.数据缓冲器SBUF 发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H 。 1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时启动发送。 发送指令： MOV SBUF，A 2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。 接收指令： MOV A，SBUF

  8. 2.串行口控制/状态寄存器SCON(98H) SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。 SM2：多机控制位，用于多机通讯。 REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。 TB8发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位 RB8：接收的第9位数据位或停止位 TI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零 RI：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零

  9. 3.节电控制寄存器PCON SMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍， SMOD=0，则不加倍。

  10. 串行口的工作方式方式0：同步方式（移位寄存器方式）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，需要向其时钟输入端CLK送去移位脉冲，接收一个脉冲便移动一位。该脉冲由TXD提供（移位脉冲），参与发送或接收的数据均出入于RXD端。可用于扩展8位并行输入输出口 输出:将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。 输入:置位允许接收控制位REN＝1。当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

  11. 方式1:波特率可变的10位异步通讯接口 • 发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。 • 输出：串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。 输入：在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。只有当（RI）=0且停止位为1或者（SM2）=0时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。

  12. 方式2：固定波特率的11位UART方式 它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。 输出:它可作为多机通讯中地址/数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。 输入:在接收到附加的第9位数据后，当（RI）=0或者（SM2）=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。且不置位RI。 再过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD上从1到0的跳变。

  13. （4）方式3：异步第9位方式 • 方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。

  14. 常用波特率 Fosc(MHZ) SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4h 1200 11.0592 0 E8h • 当时钟频率选用11.0592MHZ时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。 • 右表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

  15. 串口的电平转换电路 • RS232 使EIA（Electronics Industries Association）组织推荐的、目前最常用的一种串行通讯接口标准。采用25芯连接器或9芯连接器。 • 常用电平为-12V~+12V • 逻辑“1”为-3V~-25V, • 逻辑“0”为+3V~+25V • TTL与EIA之间需要用接口电路进行转换

  16. 为什么需要电平转换电路 • 单片机使用的是TTL电平，单片机的串口输出信号也是如此， • 串行通信中一般使用的是RS232通信协议 • 需要外接接口进行电平匹配

  17. MAX232和单片机串口连接的典型电路

  18. 单片机和单片机之间的串行通信也需要电平转换芯片吗？单片机和单片机之间的串行通信也需要电平转换芯片吗？ • 对于两个单片机而言，二者都是TTL电平，所以不需要电平转换芯片。

  19. 内部时钟脉冲 （定时） K1 K2 计数脉冲 溢出信号 中断 请求 可预置初值计数器 外部输入脉冲 （计数） 计数初值 启动 控制 功能 选择 二．定时/计数器的工作原理 定时/计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预置初值后开始计数，直至计数值归0或产生溢出，可申请中断。

  20. 例：设CTC中为8位加1计数器。按要求选择功能和初值。例：设CTC中为8位加1计数器。按要求选择功能和初值。 1.要求检测到100个脉冲，发中断请求，通知CPU。 选计数功能，计数初值为156 。 2.要求定时每隔100s时间，发一次中断请求。设内部时钟周期1s 选定时功能，计数初值为156 。

  21. 3 定时/计数器电路CTC 一．定时/计数器的应用 1．计数功能： 生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号，计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装机器。 检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一秒时间内脉冲个数，显示转速。 2．定时功能：用于实时控制，定时采样、定时启动等。当定时时间与设定值相等，执行规定操作。

  22. 3-2-1 MCS-51定时/计数器 2个可独立控制的16位定时器/计数器：T0、T1 定时器初始化编程： 1.功能选择（定时/计数） 2.位数选择（8/13/16位） 3.启动方式选择（内部启动/外部启动） 4.启动控制（启动/停止） 5.恢复初值方式（自动重装/软件重装）

  23. T0 T1 一.定时器控制、状态寄存器 1.TMOD定时器方式寄存器（89H） 1）功能选择位C/T： =0，定时功能，计数内部机器周期脉冲； =1，计数功能，计数引脚T0(T1)输入的负脉冲。

  24. 2）方式选择位M1、M0：4种工作方式：13/16/8位

  25. 3）门控方式选择位GATE： =0，非门控方式(内部启动)： TRx=1，启动定时器工作； TRx=0，停止定时器工作。 =1，门控方式(外部启动)：TRx=1且引脚INTx=1才启动。 确定定时器工作方式指令：MOV TMOD，#方式字 例：设T0用方式2非门控定时，T1用方式1门控计数。 MOV TMOD，#

  26. 2.TCON定时器控制/状态寄存器 1）启动控制位TR0、TR1 =0，停止定时器工作 =1，启动定时器工作 例：启动T0： SETB TR0

  27. 2）溢出中断标志位TF0、TF1 定时器溢出使TFx=1，引起中断请求，CPU响应Tx中断后，自动清0 TFx。 可用软件检测TFx，必须软件清0。 WAIT：JBC TF0，NEXT；检测T0是否溢出 SJMP WAIT ；未溢出，继续检测 NEXT： …；溢出，TF0清0，处理溢出 3．可预置初值的16位加1计数器TH0、TL0、 TH1、TL1 预置T0初值指令： MOV TH0，#XH MOV TL0，#XL

  28. 二.定时器工作方式由方式选择位M1、M0设定 1.方式0 13位定时/计数器。 THx 8位和TLx低5位组成13位加1计数器 计数外部脉冲个数：1～8192(213) 定时时间(T=1s)：1s ～8.19ms

  29. 2.方式1 16位定时/计数器。 THx8位和TLx8位组成16位加1计数器 计数外部脉冲个数：1～65536(216) 定时时间(T=1s)：1s ～ 65536×T= 65.54ms

  30. 3.方式2 自动恢复初值8位定时/计数器。TLx为8位加1计数器，THx为8位初值暂存器。 用于需要重复定时和计数的场合。 最大计数值：256 (28) 最大定时时间(T=1s)： 256s

  31. 4.方式3 T0分成2个8位定时器：TL0定时/计数器和TH0定时器 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

  32. 5.计算时间常数X(计算初值) 计数功能：X= 2n -计数值 n：8/13/16 定时功能：X= 2n - t/T t：定时时间、T：机器周期

  33. 三. MCS-51定时器的应用 定时器初始化编程：使用定时器工作之前，先写入控制寄存器，确定好定时器工作方式 1. 按实际需要选择定时/计数功能 2. 按时间或计数长度选择方式 3. 计算时间常数 初始化编程格式： MOV TMOD，# 方式字；选择方式 MOV THx，#XH；装入Tx时间常数 MOV TLx，#XL (SETB EA ) ；开Tx中断 (SETB ETx ) SETB TRx；启动Tx定时器

  34. 4. 溢出处理编程格式： 1）查询方式：先查询定时器溢出标志，再进行溢出处理。 …；定时器初始化 WAIT：JBC TFx，PT ；检测溢出标志 SJMP WAIT PT： MOV THx，#XH ；重装时间常数 MOV TLx，#XL …；溢出处理 SJMP WAIT

  35. 2）中断方式：初始化后执行其他任务，中断服务程序处理溢出。2）中断方式：初始化后执行其他任务，中断服务程序处理溢出。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH(001BH)；Tx中断入口 LJMP PTS MAIN： …；初始化后执行其他程序 PTS： …；溢出中断服务程序 MOV THx，#XH；重装时间常数 MOV TLx，#XL RETI

  36. 2ms 四. 举例 （1）查询方式： ORG 0000h JMP START 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 LOOP END 由P1.0输出方波信号，周期为2ms， 设fosc=12MHz。 解：每隔1ms改变一次P1.0的输出状态。用T0非门控方式1定时。 计算时间常数：X = 216 - t/T = 216 -1000/1 = FC18H

  37. （2）中断方式 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 RETI END

  38. 编制程序使P1.7驱动LED亮1秒灭1秒地闪烁。 P1.0 设时钟频率为6MHz P1.7 长定时方法：增加一个软件计数器或一个硬件计数器。 硬件方式： T0定时，T1计数 T0的定时跳变信号P1.0的负跳变次数，计满5个跳变为1秒。 T0方式1定时，T1方式2计数 T1计数值为5，初值为#0FBH； 设置T0的定时值为100ms，初值为#3CH； T0溢出后(每100ms), P1.0反转一次 同时P1.0每下跳变一次（反转两次），T1计数一次 累计5次，P1.7反转一次

  39. START： MOV TMOD，#61H；T0方式1定时，T1方式2计数 MOV TL1，#0FBH；差5个负跳变就溢出，同时自动重装 MOV TH1，#0FBH；T1计数值为5 CLR P1.0 SETB TR1；T1开始计数 LOOP1： CPL P1.7 LOOP2 ： MOV TL0，#3CH；设置T0的定时值为100ms ，MOV TH0，#0B0H ；每100ms作一次反相跳变 SETB TR0 ；T0开始计数 LOOP3: JBC TF0，LOOP4;T0溢出后(每100ms), P1.0反转一次 SJMP LOOP3;同时P1.0每下跳变一次（反转两次）， LOOP4： CPL P1.0；T1计数一次 JBC TF1，LOOP1；累计5次，P1.7反转一次 SJMP LOOP2

  40. START: MOV TMOD,#61H;T0方式1定时，T1方式2计数 • MOV TL1,#0FBH;差5个负跳变就溢出，同时自动重装 • MOV TH1,#0FBH;T1计数值为5 • CLR P1.0 • SETB TR1;T1开始计数 • LOOP1: CPL P1.7 • LOOP2 : MOV TL0,#3CH;T设置0的定时值为100ms ， MOV TH0,#0B0H ;每100ms作一次反相跳变 • SETB TR0 ;T0开始计数 • LOOP3: JBC TF0,LOOP4;T0溢出后(每100ms), P1.0反转一次 • SJMP LOOP3;同时P1.0每下跳变一次（反转两次）， • LOOP4: CPL P1.0;T1计数一次 • JBC TF1,lOOP1;累计5次，P1.7反转一次 • SJMP LOOP2 • end

  41. INT1 TR1=1 T1启动TR1=0 (门控方式) （T1停止） 例定时器外部引脚T0(T1)用作外部中断信号输入端。 外部负脉冲引起中断请求， 选计数方式，时间常数为FFH。 例：门控方式测量正脉冲宽度 解： INT1引脚输入被检测信号，记录在正脉冲的时间内包含机器脉冲个数。

  42. 1）设脉宽小于65.5ms 等待查询INT1，正脉冲过后，读出TH1TL1。 START： MOV TMOD，#90H ;T1门控方式（INT1＝1启动定时），方式1定时 MOV TL1，#0H；T1清零 MOV TH1，#0H WAIT1： JB P3.3，WAIT1；等待负脉冲的到来 SETB TR1；开始定时 WAIT2 ：JNB P3.3，WAIT2 ；等待正脉冲的到来 WAIT3 ： JB P3.3，WAIT3；等待负脉冲的到来 CLR TR1；结束定时 MOV R2，TL1 MOV R3，TH1 …

  43. 2）设脉宽大于65.5ms，中断方式记录TH1TL1溢出中断次数。2）设脉宽大于65.5ms，中断方式记录TH1TL1溢出中断次数。 SETB TR1 SETB ET1 ；开T1中断 SETB EA WAIT2： JNB P3.3，WAIT2；等待正脉冲到来 WAIT3： JB P3.3，WAIT3；等待正脉冲结束 CLR TR1 ；关闭T1 MOV IE，#00 ；关闭中断 MOV R2，TL1 ；读出T1 MOV R3，TH1 LCALL PPS ；计算脉宽 HERE： SJMP HERE ；其他任务 PRIC： INC R4 ；记录溢出次数 RETI PPS： …；计算脉宽子程序 计算脉宽的子程序的计算式如下： 脉宽t = （R4 ×216 + R3 R2 ) ×T （T为机器周期）

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