第四章外圍模塊

1、1 第四章第四章 51系列單片機(jī)系列單片機(jī) 的功能模塊及應(yīng)用的功能模塊及應(yīng)用 主要掌握并行口、串行口、定主要掌握并行口、串行口、定 時(shí)器的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用時(shí)器的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用 2 4-1 并行口及其應(yīng)用并行口及其應(yīng)用 51系列單片機(jī)的并行口，按特性可分類(lèi)為： 單一的準(zhǔn)雙向口(如89C52的P1.2P1.7) 多功能復(fù)用的準(zhǔn)雙向口(如89C52的P1.0、 P1.1，P3.0P3.7) 可作地址總線輸出口的準(zhǔn)雙向口(P2) 可作地址/數(shù)據(jù)總線口的三態(tài)雙向口(P0) 3 每個(gè)I/O線均由鎖存器，輸出電路和輸入緩沖器組成。 每一條口線可獨(dú)立用作輸入和輸出。作輸出時(shí)可鎖存 數(shù)據(jù)，輸入時(shí)可緩沖

2、數(shù)據(jù)。 CPU對(duì)口的讀操作有兩種： 讀修改寫(xiě)操作（讀口鎖存器狀態(tài)） 例：ANL P0，A ；(P0)(P0)(A) ORL P0，#data ；(P0)(P0)data DEC P0 ；(P0)(P0) -1 讀引腳操作（讀口引腳上外部輸入信息） 例 MOV A，P1 4 5 4-1-1 P0 口口 P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址/ 數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用I/O接口。接口。 其其1位的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。位的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。P0口由口由 8個(gè)這樣的電路組成。個(gè)這樣的電路組成。 6 P0.x 地址 /數(shù)據(jù) 控制 D Q 鎖存

3、器 CLK _ Q MUX 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 MOV TH0， #3CH DJNZ 30H， PTF0R MOV 30H， #0AH CPL P1.0 PTF0R:RETI 40 用查詢(xún)法：用查詢(xún)法： MOV 30H, #0AH MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV TMOD, #1 SETB TR0 L2: JBC TF0, L1 SJMP L2 L1: MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H 41 DJNZ 30H, L2 MOV 30H, #0AH CPL P1.0 SJMP L2 42 3 方式方式2 方式方式2是能重置初值的是能重

4、置初值的8位定時(shí)器位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，TL0作為作為8位計(jì)數(shù)器，位計(jì)數(shù)器，TH0 作為計(jì)數(shù)初值寄存器。適于用做較精作為計(jì)數(shù)初值寄存器。適于用做較精 確的定時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器。確的定時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器。 定時(shí)時(shí)間定時(shí)時(shí)間 T=12*(28-a)/fosc s 最大定時(shí)時(shí)間：最大定時(shí)時(shí)間：M=28=256T 43 振蕩器 12 TLx (8位） TFx 設(shè)置設(shè)置T1為方式為方式2計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) MOV TH1, #9CH ；賦初值；賦初值 MOV TL1, #9CH SETB TR1 DE:JBC TF1, RE ；查詢(xún)計(jì)數(shù)溢出；查詢(xún)計(jì)數(shù)溢出 AJMP DE RE: CPL P1.0 AJMP DE

5、 例：用定時(shí)器例：用定時(shí)器1在方式在方式2計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿(mǎn)計(jì)數(shù)，要求每計(jì)滿(mǎn)100 次，將次，將P1.0端取反。端取反。 外部計(jì)數(shù)信號(hào)由P3.5引入，每 跳變一次計(jì)數(shù)器加1 100=28-a ; a=156=9CH 45 振蕩器12 TL0 (8位） TL0中斷入口中斷入口 AJMP ITL0 ORG 001BH ;TH0中斷入口中斷入口 AJMP ITH0 ORG 0100H MAIN:MOV SP, #60H MOV TMOD, #03H 49 MOV TL0, #0B3H MOV TH0, #66H SETB TR0 ；啟動(dòng)；啟動(dòng)TL0初值初值 SETB TR1 ；啟動(dòng)；啟動(dòng)TH0初值初值

6、 SETB ET0 ;允許允許TL0中斷中斷 SETB ET1 ;允許允許TH0中斷中斷 SETB EA ;CPU中斷開(kāi)放中斷開(kāi)放 AJMP $ 50 ORG 0200H ITL0:MOV TL0, #0B3H CPL P1.0 ;輸出方波輸出方波200 s RETI ITH0:MOV TH0, #66H CPL P1.1 ;輸出方波輸出方波400 s RETI 51 五五 門(mén)控位的應(yīng)用門(mén)控位的應(yīng)用 GATE位是控制外部輸入脈沖對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器的位是控制外部輸入脈沖對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)器的 控制。當(dāng)為控制。當(dāng)為“1”時(shí)，允許外部輸入電平控制時(shí)，允許外部輸入電平控制 啟、停定時(shí)器。利用這個(gè)特性可測(cè)量外部輸啟、

7、停定時(shí)器。利用這個(gè)特性可測(cè)量外部輸 入脈沖的寬度入脈沖的寬度。 例：利用T0門(mén)控位測(cè)試INT0引腳上出現(xiàn)的正脈沖的 寬度，將所測(cè)得值高位存入片內(nèi)71H單元，低位存 入片內(nèi)70H單元。(fosc=12MHz) 測(cè)試時(shí)，應(yīng)在/INT0為低電平時(shí)，設(shè)TR0為1；當(dāng)/INT0 變高時(shí)，啟動(dòng)計(jì)數(shù)；當(dāng)/INT0再變低時(shí)，停止計(jì)數(shù)。該 計(jì)數(shù)值即被測(cè)正脈沖寬度。 52 MOV TMOD , #09H;T0定時(shí)器方式，GATE=1 MOV TL0, #00H MOV TH0, #00H MOV R0, #70H JB P3.2, $ ；等待P3.2變低 SETB TR0 ；啟動(dòng)T0準(zhǔn)備工作 JNB P3.2,

8、$ ；等待P3.2變高 JB P3.2, $ ；等待P3.2再次變低 CLR TR0 ；停止計(jì)數(shù) MOV R0, TL0 ；存放計(jì)數(shù)低字節(jié) INC R0 MOV R0, TH0 ；存放計(jì)數(shù)高字節(jié) SJMP $ 53 4-3 串行接口串行接口UART 一 兩種基本的通信方式 0 1 0 0 1 0 0 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 狀態(tài) 控制(選通) 計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)（或外設(shè)） 0 1 0 0 1 0 0 1 （a） 8T 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)（或外設(shè)） （b） . (a) 并行通信；(b) 串行通信 54 二串行通信傳輸方式 A S S B (a) (b) (c) ABAB

9、 (a) 單工方式；(b) 半雙工方式；(c) 全雙工方式 55 三串行通信兩種基本方式 1異步通信 異步通信中數(shù)據(jù)或字符是一幀一幀傳送。 幀即為一個(gè)字符的完整通信格式，又稱(chēng)幀格 式。在幀格式中，一個(gè)字符由4部分組成：起 始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。 串行異步傳送的字符格式 56 2 同步通信 數(shù)據(jù)或字符開(kāi)始處是由一同步字符來(lái)指示， 并由時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。 四 波特率(Baud rate) 波特率就是數(shù)據(jù)的傳送速率，即每秒鐘傳送 的二進(jìn)制位數(shù)，單位為位/秒。 要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致。 57 4-3-1 串行接口的組成和特性 51系列單片機(jī)的串行口是全雙工異步全雙工異

10、步串 行通信接口。 一 串行口結(jié)構(gòu) 1 波特率發(fā)生器 主要由T1、T2及內(nèi)部的一些控制開(kāi)關(guān)和分頻器 組成。提供串行口的時(shí)鐘信號(hào)即TCLK、RCLK。 58 EAESSM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8TIRI 波波 特特 率率 發(fā)發(fā) 生生 器器 發(fā)送SBUF TI 串行口 （TX） RI 控制邏輯 （RX） 接收SBUF 串串行行口口 中中斷斷 T TX XC CL LK K R RX XC CL LK K T TX XD D R RX XD D 內(nèi)內(nèi)部部總總線線 I IE ES SC CO ON N 串行口結(jié)構(gòu)框圖 59 2 串行口的內(nèi)部包含 串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF 數(shù)據(jù)接收緩

11、沖器(只讀出不寫(xiě)入)和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器 (只寫(xiě)入不讀出)。物理上隔離，共用一個(gè)地址 ( 99H )。 串行發(fā)送時(shí)，從片內(nèi)總線向發(fā)送緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)； 即MOV SBUF，A 串行接收時(shí)，從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)到片內(nèi)總線。 即MOV A，SBUF 串行口控制寄存器 60 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 接收方式下，串行數(shù)據(jù)從RXD(P3.0)輸入。串行 口內(nèi)部在接收緩沖器之前還有移位寄存器，構(gòu) 成串行接收雙緩沖結(jié)構(gòu)。避免數(shù)據(jù)接收重疊。 發(fā)送方式下，串行數(shù)據(jù)從TXD(P3.1)輸出。 串行口控制邏輯 61 二串行口控制 1 串行口控制寄存器SCON(98H) SM0和SM1 SM0SM1 SM2 REN TB8

12、 RB8TIRI SM0 SM1 工作 方式 功 能波特率 0 0 0擴(kuò)展移位寄存器 fosc/12 0 1 18位UART由定時(shí)器控制 1 0 29位UARTfosc/32 fosc/64 1 1 39位UART由定時(shí)器控制 62 SM2 方式2和方式3的多機(jī)通信控制位 方式0，SM2=0。 方式1，若SM2=1，只有接收到有效停止位，接 收中斷RI才置1。 方式2和方式3中，如如SM2=1，則接收到的第9位 數(shù)據(jù)(RB8)為0時(shí)不啟動(dòng)接收中斷標(biāo)志RI(即RI=0)， 并且將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄；RB8為1時(shí)，才 將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI，產(chǎn) 生中斷請(qǐng)求。當(dāng)當(dāng)SM2=0

13、時(shí)時(shí)，則不論第9位數(shù)據(jù)為0 或1，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷 請(qǐng)求。該功能用于多機(jī)通信中。 63 REN 允許串行接收位 1允許接收；0禁止接收 由軟件置1或清0，相當(dāng)于串行接收的開(kāi)關(guān)。 TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)D8位 在方式2和方式3時(shí)，TB8為所要發(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 為數(shù)據(jù)，TB8=1為地址；也可用作數(shù)據(jù)的 奇偶校驗(yàn)位。該位由軟件置位或復(fù)位。 64 RB8 接收數(shù)據(jù)D8位 在方式2和方式3時(shí)，接收到的第9位數(shù)據(jù)，可 作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。 方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止 位。在方

14、式0時(shí)，不使用RB8位。 TI 發(fā)送中斷標(biāo)志 在方式0時(shí)，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)第8位結(jié)束后，或在其 它方式發(fā)送停止位后，由內(nèi)部硬件使TI置位， 向CPU請(qǐng)求中斷。CPU在響應(yīng)中斷后，必須用 軟件清零。此外，TI也可供查詢(xún)使用。 65 RI接收中斷標(biāo)志位 在方式0時(shí)，當(dāng)接收數(shù)據(jù)的第8位結(jié)束后，或在 其它方式接收到停止位的中間時(shí)由內(nèi)部硬件 使RI置位，向CPU請(qǐng)求中斷。在CPU響應(yīng)中斷 后，也必須用軟件清零。RI也可供查詢(xún)使用。 66 2 特殊功能寄存器PCON SMOD位是串行口波特率系數(shù)控制位，為1時(shí) 使波特率加倍。 其余位是掉電方式控制位，與串行口無(wú)關(guān)。 SMOD 67 4-3-2串行接口的工作原理

15、一 方式0 1 方式0為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常 用于擴(kuò)展并行I/O口。 2 數(shù)據(jù)由RXD串行輸入/輸出，TXD輸出移位 脈沖。 3 數(shù)據(jù)傳輸波特率固定為fosc/12。 4 接收/發(fā)送的是8位數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)低位在前。 68 輸出：輸出： 當(dāng)執(zhí)行寫(xiě)SBUF的指令時(shí)(MOV SBUF，A), 啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。從低位開(kāi)始串行輸出。當(dāng)完 成一個(gè)字節(jié)的輸出后就停止移位，并置位TI。 輸入：輸入： 在REN=1，RI=0時(shí)啟動(dòng)串行口接收。當(dāng)外部 移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部移位寄存器，并寫(xiě)入 SBUF，則置位RI，停止移位，完成一個(gè)字節(jié)的 輸入。 注意：每當(dāng)發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件將發(fā) 送中斷T

16、I或接收中斷RI標(biāo)志置“1”；CPU響應(yīng) TI或RI中斷請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)清除標(biāo)志，必須由軟 件清“0”. 69 二 方式1 1 方式1時(shí)，串行口為10位通用異步接口。 2 數(shù)據(jù)傳輸波特率由定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1和T2的溢出決 定，由程序設(shè)定。 當(dāng)T2CON中RCLK和TCLK置位時(shí)，由T2作接收/ 發(fā)送的波特率發(fā)生器；當(dāng)RCLK和TCLK都為0時(shí)， 由T1作接收/發(fā)送的波特率發(fā)生器。 3 數(shù)據(jù)從引腳TXD端輸出，從引腳RXD輸入。 70 發(fā)送發(fā)送 當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器時(shí)，啟動(dòng)發(fā)送器開(kāi) 始發(fā)送。8位數(shù)據(jù)發(fā)送完，置位TI=1，并 申請(qǐng)中斷，通知CPU可發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。 接收接收 在REN=1的前提下，確認(rèn)是

17、真正起始位 “0”后，開(kāi)始接收一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)RI=0且 SM2=0時(shí)，數(shù)據(jù)被接收。 71 三 方式2和方式3 1 CPU向發(fā)送緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)串行口發(fā)送。 發(fā)送完畢，使TI=1。 2 接收時(shí)，先置REN為“1”，將RI清“0”。再 根據(jù)SM2狀態(tài)和所接收到RB8狀態(tài)決定串口 在信息到來(lái)后是否會(huì)使RI=1，申請(qǐng)中斷，接 收數(shù)據(jù)。 當(dāng)SM2=0,不管RB8狀態(tài)，將RI置1串口接收 當(dāng)SM2=1, RB8=1時(shí)，多機(jī)通信，接收信息為地 址，將RI置1串口接收 RB8=0時(shí)，接收信息為數(shù)據(jù)，但不發(fā)給 本從機(jī)，此時(shí)RI不置1數(shù)據(jù)丟失 72 4-3-3 波特率 一 方式0： 波特率=振蕩器頻率/12 二

18、 方式2： 波特率=2SMOD*振蕩器頻率/64 三 方式1、3(T1產(chǎn)生波特率)： 波特率=2SMOD*振蕩器頻率/32*12(256- (TH1) 注：記住當(dāng)振蕩器頻率選用11.0592MHZ時(shí)， 對(duì)于常用波特率，能正確計(jì)算T1的初值。 73 4-3-4 多機(jī)通信原理 在主從式多機(jī)系統(tǒng)中： 1主機(jī)發(fā)出的信息有兩類(lèi)。一類(lèi)為地址，用來(lái)確定需要 和主機(jī)通信的從機(jī)，特征是串行傳送的第9位數(shù)據(jù)為1； 另一類(lèi)是數(shù)據(jù)，特征是串行傳送的第9位數(shù)據(jù)為0。 2對(duì)從機(jī)來(lái)說(shuō)，在接收時(shí)，若RI=0，則只要SM2=0， 接收總能實(shí)現(xiàn)；而若SM2=1，則發(fā)送的第9位TB8必須 為1接收才能進(jìn)行。 74 1 主機(jī)首先發(fā)出

19、要求通信的從機(jī)地址信號(hào)。 此時(shí)，所有從機(jī)的SM2都為“1”，所有從 機(jī)均收到地址信號(hào)。 2 從機(jī)判斷主機(jī)發(fā)出的地址信號(hào)是否與本從 機(jī)號(hào)相符。相符的從機(jī)SM2“0”，反之為 “1”。 3 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。僅SM2=0的從機(jī)可收到。 75 4-3-5 串行口的應(yīng)用和編程 一串行口應(yīng)用 同一印板內(nèi)，兩個(gè)單片機(jī)串行口可直接通信。 單片機(jī)與PC機(jī)之間利用串行口通信，必須進(jìn)行 電平轉(zhuǎn)換。 二串行口編程 串行口初始化編程： 選擇串行口工作方式，波特率，允許串行口中 斷。即對(duì)SCON、PCON、TMOD、TCON、 TH1、TL1、IE、IP、SBUF編程。 76 例：編寫(xiě)程序，功能為對(duì)串行口初始化為方式1輸

20、 入/輸出，fosc=11.0592MHZ,波特率為9600， 先在串行口上輸出字符串“MCS-51”，接著讀串 行口上輸入的字符,又將該字符從串行口上輸出。 MOV TMOD, #20H MOV TH1, #0FDH MOV TL1, #0FDH SETB TR1 MOV SCON, #52H MOV R4, #0 MOV DPTR, #TSAB 77 LP1: MOV A, R4 MOVC A, A+DPTR JZ LP6 LP3: JBC TI, LP2 SJMP LP3 LP2: MOV SBUF, A INC R4 SJMP LP1 LP6: JBC RI, LP5 SJMP LP6

21、 LP5: MOV A, SBUF LP8:JBC TI, LP7 SJMP LP8 LP7:MOV SBUF, A SJMP LP6 TSAB:DB MCS-51 DB 0AH,0DH,0 78 用串行口進(jìn)行雙機(jī)異步通信 例：將甲機(jī)片內(nèi)RAM50H5FH單元中的 數(shù)據(jù)塊從串行口輸出。定義在方式3下發(fā) 送，TB8作奇偶校驗(yàn)位。采用定時(shí)器1方式 2作波特率發(fā)生器，波特率為1200， fosc=11.0592MHz。 使乙機(jī)從甲機(jī)接收16個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)塊，并存 入片外3000H300FH單元。接收過(guò)程中 要求判奇偶標(biāo)志RB8。若出錯(cuò)則置F0標(biāo)志 為1，反之為0，然后返回。 79 甲機(jī)發(fā)送子程序 MOV TMOD,#20H MOV TL1, #0EBH MOV TH1, #0E8H SETB TR1 MOV SCON,#0C0H MOV R0, #50H MOV R7, #10H TRS:MOV A,