单片机原理及其应用.pptx

1第1章概述第2章MCS-51单片机硬件结构第3章MCS-51寻址方式和指令系统第4章MCS-51汇编程序设计第5章中断系统第6章定时器/计数器及串行口第7章存储器扩展第8章接口电路扩展第9章应用举例第1页/共86页2第6章 定时器/计数器、及串行口6.1 定时/计数器结构特点及控制6.2 串行通信及其接口第2页/共86页36.2 串行通信及其接口串行通信及其接口概述的串行口串行口的编程第3页/共86页4概述 串行通信是将字符数据的每位一位一位地依次传送。适合于计算机之间、计算机与外部设备之间的远距离通信。串行通信从传输方式分为：单工方式、半双工方式、全双工方式。从接收方式来说，串行通信有两种方式：异步通信方式、同步通信方式。第4页/共86页5第5页/共86页6第6页/共86页7第7页/共86页8的串行口一、串行口的结构二、串行口的工作方式三、波特率的计算第8页/共86页9一、串行口的结构 下图是简化的串行口结构示意图。串行口有两个独立的发送、接收缓冲器SBUF。可同时发送与接收数据。发送缓冲器只写不能读，接受缓冲器只读不能写。要注意的是它们共用一个SFR地址（99H),也就有相同缓冲器名：SBUF 第9页/共86页101串行口控制寄存器SCONSCON的字节地址为98H，可位寻址。格式如图所示。D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F9E9D9C9B9A9998SCON位地址SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。第10页/共86页11TITI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零。RIRI：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零。RENREN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。TB8TB8:发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位。RB8RB8：接收的第9位数据位或停止位。SM2SM2：多机通信控制位(接收控制）。方式0：SM2=0。方式1：一般SM2=0;若SM2=1,接收到停止位后，才激活RI。方式2，3：SM2=1,只有接收到 RB8=1,数据才进入SBUF,并使RI=1。若RB8=0,数据丢弃。SM2=0,不管RB8是何值，数据都进SBUF,并使RI=1。D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F9E9D9C9B9A9998SCON位地址第11页/共86页122特殊功能寄存器PCON其字节地址为87H，没有位寻址功能。PCON的格式如图所示，其中与串行接口有关的只有D7位SMOD。PCON格式SMOD=1 使波特率加倍。PCONSMODD7D6D5D4D3D2D1D0第12页/共86页13二、串行口的工作方式第13页/共86页141方式0 方式0是同步移位寄存器输入方式，用来扩展并行口。不用于通信。8位数据为一帧，无起始位和停止位。1）方式0发送 CPU写入发送缓冲器SBUF一字节数据，产生一个正脉冲，串口开始从低位起，以fosc/12的固定波特率从RxD输出数据，同时在TxD上出现同步移位时钟。8位数据发完后，置位TI。第14页/共86页152）方式0接收 当CPU向SCON写入控制字(方式0，REN=1,RI=0),产生一个正脉冲，串口开始以fosc/12的固定波特率从RxD接受数据,同时TxD发出移位脉冲信号，作为外接芯片的移位时钟。8位数据收完后，置位RI。第15页/共86页162.方式1可变波特率8位异步收发方式启动发送过程MOVSBUF,A发送完时，TI=1方式1的一帧数据为10位。波特率可变：1)方式1发送 CPU写入发送缓冲器SBUF一字节数据，内部/SEND 变低，串口开始从数据低位起，以TX时钟波特率从TxD输出数据，即每经过一个TX时钟，TxD上输出一个数据位。8位数据发完后，置位TI，/SEND 信号失效。第16页/共86页17读转换结果IfRIMOVA,SBUF2）方式1接收 CPU向SCON写入控制字(方式1，REN=1,RI=0),串口开始从RxD检测负跳变。出现负跳变后，位检测采样器启动，以波特率16倍的速率采样RxD。在7，8，9三次脉冲处采样，并以三中取二确定起始位。起始位到了后，以同样的方法接收其它数据。一帧数据收到后先放在移位寄存器中，满足下列条件，数据才进SBUF，并置位RI。RI=0,说明接收SBUF空。SM2=0 或 SM2=1且收到的停止位1（第九位1）。第17页/共86页183方式2固定波特率9位异步收发方式 方式2是9位异步收发方式，每帧数据均为11位。在8位数据后加了可程控的第九位数据，可用于多机通信。波特率固定为：1)方式2发送 按通信协议设置TB8(奇偶校验或地址/数据标志)，CPU写入发送缓冲器SBUF一字节数据，启动发送过程。串口自动把TB8装到第九位数据位，逐位发出，完毕，置位TI。第18页/共86页19【例6-11】(7-1)方式2发送在双机通信中的应用 通信检错采用偶校验，放在TB8中发送。用第二组工作寄存器区的R0作为发送数据指针。下面是发送中断服务程序：PIPTI:PUSH PSWPUSH ASETB RS1；选第二组寄存器CLR RS0CLR TI；清发送标志MOV A,R0；取数据MOV C,P；奇：P=1,偶：P=0MOV TB8,C；校验位送TB8MOV SBUF,A;数据进SBUF,启动发送INC R0；调整指针POP APOP PSWRETI第19页/共86页202）方式2接收当CPU向SCON写入控制字(方式2，REN=1,RI=0),串口开始从RxD检测负跳变。出现负跳变后，位检测采样器启动，以波特率16倍的速率采样RxD。在7，8，9三次脉冲处采样，并以三中取二确定起始位。起始位到了后，以同样的方法接收其它数据。一帧数据(11位)收到后先放在移位寄存器中，满足下列条件，8位数据才进SBUF，并置位RI。RI=0,说明接收SBUF空。SM2=0或SM2=1且收到的第九位数据RB81(地址）。第20页/共86页21【例6-12】(7-2)方式2接收在双机通信中的应用 通信检错采用偶校验，对RB8中的校验位作偶校验处理。选用第一组工作寄存器区的R0作为接收数据指针。下面是接收中断服务程序：第21页/共86页22PIRI:PUSH PSWPUSH ASETB RS0；选第一组寄存器CLR RS1CLR RI；清接收标志MOV A,SBUF；从接收缓冲区取数据MOV C,P;获得接收数据的奇偶性JNC L1；偶数个1，转查RB8JNB RB8,ERP;奇数个1，奇校验错处理AJMP L2；奇偶性正确L1:JB RB8,ERP ;偶校验错，转出错处理L2:MOV R0,A；存接收的数据INC R0POP APOP PSWRETI第22页/共86页234方式3固定波特率9位异步收发方式 方式3和方式2一样可发送或接收11位数据，一个起始位(0)，8个数据位(低位在先)，附加第9个数据位(可编程控制位)及一个停止位(1)。方式3和方式2通信波特率不同，方式2的波特率是固定的。方式3的波特率和方式1类似，可以有多种选择，由定时器T1或T2的溢出率经分频得到。为避免反复对T1装入初值，常选用方式2，此时T1计数器为8位，当需要较高波特率时，才选用其他工作方式。波特率=（2SOMD/32）*T1溢出率 第23页/共86页24三、波特率的计算方式1,3的波特率是可变的。设用T1作波特率发生器：波特率=（2SOMD/32）*T1溢出率波特率的定义：串口每秒钟发送（接收）的位数。方式0和方式2是固定波特率：方式0 波特率 fosc/12,fosc=12MHz,波特率为1Mb/s 方式2fosc=12MHz,SMOD=0,波特率为187.5kb/s,SMOD=1,波特率为375 kb/s。第24页/共86页25T1作波特率发生器，波特率计算公式为：其中，k为T1计数器的位数，取决于T1的工作方式，可以是13(方式0)、16(方式1)和8(方式2或3)。T1作波特率发生器，最常用的是方式2。第25页/共86页26第26页/共86页27波特率计算【例6-13】(7-3)用T1方式2作波特率发生器，波特率为4800b/s。晶振频率12MHz取SMOD=0 实际波特率 4460b/s,误差较大。晶振频率取11.0592MHz，可得精确的波特率(X=250)第27页/共86页28四、串行口简单应用 串行口初始化编程格式：SIO：MOV SCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0 (MOV PCON，#80H)；波特率加倍 (MOV TMOD，#20H)；T1作波特率发生器 (MOV TH1，#X)；选定波特率 (MOV TL1，#Y)(SETB TR1)(SETB EA)(SETB ES)；开串行口中断第28页/共86页29发送程序：先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符。1.查询方式发送：TRAM：MOV A，R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送一个字符WAIT：JBC TI，NEXT；等待发送结束 SJMP WAITNEXT：INC R0 ；准备下一次发送 SJMP TRAM第29页/共86页302.中断方式发送：ORG0023H；串行口中断入口 AJMP SINTMAIN：；初始化编程TRAM：MOV A，R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送第一个字符H1：SJMP H1 ；其它工作SINT：CLR TI ；中断服务程序 INCR0 MOVA，R0 ；取数据 MOVSBUF，A ；发送下一个字符 RETI第30页/共86页31接收程序：REN=1、RI=0,等待接收，当RI=1，从 SBUF读取数据。1.查询方式接收：WAIT：JBC RI，NEXT；查询等待 SJMP WAITNEXT：MOV A，SBUF；读取接收数据 MOV R0，A；保存数据 INC R0 ；准备下一次接收 SJMP WAIT第31页/共86页322.中断方式接收：ORG0023H AJMP RINTMAIN：；初始化编程H1：SJMPH1 ；其它任务 RINT：CLRRI ；清中断标志 MOVA，SBUF；读取接收数据 MOVR0，A；保存数据 INCR0 RETI第32页/共86页33串行口的编程一、硬件连接二、双机通信三、多机通信第33页/共86页34两台8031直接通信RxDBTxDB一、硬件连接第34页/共86页35两台8751互传数据第35页/共86页36 单片机与单片机与RS232C接口接口（1）集成电路电平转换电路MC1488，1489（2）集成电路电平转换器Max232。（3）分离元件电平转换电路。第36页/共86页37两台8031采用RS232C总线通信第37页/共86页388031单片机和PC机通过RS232C总线通信接口图第38页/共86页39（a）MC1488（b）MC1489MC1488，MC1489引脚第39页/共86页40第40页/共86页41二、双机通信【例6-14】甲乙双方以串口方式1（8位数据）发送/接收数据块。通信协议：波特率4800b/s应答甲机发呼叫信号“06H”乙机发应答信号“00H”表示可以接收“05H”暂不接收数据格式 字节数 数据1 数据2 数据n 累加校验和 乙机计算的累加和与接收的累加和相同时，发“0FH”否则发“F0H”，甲机收到“F0H”则重发。第41页/共86页421.甲机发送 甲机将30H开始10个单元内容发送给乙机，以查询方式发送。晶振11.0592MHz,T1方式2的初值是FAH R1:数据区指针 R7:数据长度 R6:累加和 第42页/共86页43R1第43页/共86页44ORG 0HSTART:MOV TMOD,#20H;T1方式2MOV TH1,#0FAH;4800b/sMOV TL1,#0FAHMOV SCON,#50HSETB TR1AGAIN:CLR P1.0CLR TICLR RIMOV R1,#30H;数据区首地址MOV R7,#10;10个数据MOV R6,#0;累加和清0TX_ACK:MOV A,#06H;发呼叫“06HMOV SBUF,AWAT:JNB TI,WATCLR TI第44页/共86页45RX_REP:JNB RI,RX_REP;等待接收CLR RIMOV A,SBUF;接收应答CJNE A,#00H,TX_ACK ;应答不对，重;新呼叫TX_NUM:MOV A,R7;发字符数MOV SBUF,AWAIT2:JNB TI,WAIT2CLR TITX_DAT:MOV A,R1;发数据MOV SBUF,AADD A,R6;计算累加和MOV R6,AINC R1第45页/共86页46WAIT3:JNB TI,WAIT3DJNZ R7,TX_DAT;未完，再发下一个;数据MOV A,R6;发累加和MOV SBUF,AWAIT4:JNB TI,WAIT4CLR TICHECK:JNB RI,CHECKCLR RIMOV A,SBUFCJNE A,#0FH,AGAIN;传送不正确，重发SETB P1.0;正确SJMP$第46页/共86页472.乙机接收 乙机从40H开始存放接收到的数据，以查询方式接收。F0=0 暂不接收F0=1 接收 晶振11.0592MHz,T1方式2的初值是FAH R1:数据区指针 R7:数据长度 R6:累加和第47页/共86页48R1R1第48页/共86页49ORG 0HSTART:MOV TMOD,#20H;T1方式2MOV TH1,#0FAH;4800b/sMOV TL1,#0FAHMOV SCON,#50HSETB TR1ST:MOV R1,#40H;数据区首地址MOV R6,#0;累加和清0RX_ACK:JNB RI,RX_ACK;接收字符CLR RIMOV A,SBUF;取呼叫信号CJNE A,#06H,TX_05JBC F0,TX_00 ;同意接收TX_05:MOV A,#05H;不同意接收MOV SBUF,A SJMP RX_ACK第49页/共86页50TX_00:MOV A,#00H;发同意接收信号MOV SBUF,ARX_NUM:JNB RI,RX_NUM;接收字符数CLR RIMOV A,SBUFMOV R7,A;存字符计数值RX_DAT:JNB RI,RX_DAT;接收数据CLR RIMOV A,SBUFMOV R1,A;存数据INC R1ADD A,R6;计算累加和MOV R6,ADJNZ R7,RX_DAT;数据接收完？RX_SUM:JNB RI,RX_SUM;接收累加和CLR RI第50页/共86页51MOV A,SBUFCJNE A,R6,TX_ERRTX_OK:MOV A,#0FH;发正确接收标志MOV SBUF,A SJMP GOODTX_ERR:MOV A,#0F0H;发错误接收标志MOV SBUF,ASJMP STGOOD:SJMP$第51页/共86页52三、多机通信1.多机通信一般结构（主从机模式）MCS-51间多机通信PC机与MCS-51间多机通信第52页/共86页532多机通信原理多机通信与双机通信主要不同在于主机如何识别从机。1）给每个从机分配不同的地址（一字节）。2）发送的地址帧与数据帧应有不同的标识。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3接收时：若SM2=1时，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处理（地址）；当SM2=0时，则接收到一个数据后，不管第9位数据RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器SBUF，置位RI，请求CPU处理（奇偶校验）。第53页/共86页54主机利用TB8安排地址与数据帧:TB8=1:地址帧，TB8=0:数据帧。从机用SM2识别地址帧:设定SM2=1，接收到的RB81时，为地址帧，该帧数据装入SBUF，置位RI，请求CPU处理主机地址呼叫；若接收到的RB80时，为数据帧，丢弃。具体多机通信过程：1.所有从机的SM2=1,只接收地址帧。2.主机置TB8=1,发送某一从机地址。3.所有从机收到地址帧后，与本机地址比较：相同，令SM2=0,准备接收数据帧；不同，维持SM2=1,对其后的数据帧不响应。4.主机置TB8=0,与被选中的从机进行通信。5.通信结束后，从机再次令SM2=1。第54页/共86页55第55页/共86页56【例6-15】(7-4)甲乙双方以串口方式1（8位数据）发送/接收数据块。1.甲机发送 甲方将78H,77H单元内容（2000H)作首地址，76H,75H单元内容(2020H)减一作末地址的外部数据存储器的数据块发送给乙方。波特率选4800 b/s,晶振频率6MHz.T1方式1作波特率发生器，需要在其中断服务程序中重赋初值：甲机以查询方式发送地址，中断方式发送数据。第56页/共86页57主程序流程图第57页/共86页58ORG 0RESET:LJMP MAINORG 001BHLJMP T1INT；T1中断入口ORG 0023HLJMP SINT；串口中断入口ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60HMOV 78H,#20H；数据块首地址MOV 77H,#00HMOV 76H,#20H；数据块末地址MOV 75H,#20HACALL TRANS；调发送子程序HERE:AJMP HERE第58页/共86页59发送子程序流程图第59页/共86页60TRANS:ANL TMOD,#0FH ；保留T0方式不变ORL TMOD,#10H ；T1方式1MOV TL1,#0FAH ；T1初值MOV TH1,#0FFHMOV PCON,#80H ；SMOD=1SETB EA ;CLR ES ;关串口中断SETB ET1SETB PT1 ；T1高优先级CLR PS ;串口低优先级SETB TR1 ；启动T1CLR T1 ;清发送中断标志MOV SCON,#40H；串口方式1MOV SBUF,78H ；发送首地址高8位WAIT1:JNB TI,WAIT1 ；等待SBUF空第60页/共86页61CLRTIMOV SBUF,77H；发送首地址低8位WAIT2:JNBTI,WAIT2CLRTIMOV SBUF,76H；发送末地址高8位WAIT3:JNBTI,WAIT3CLRTIMOV SBUF,75H；发送末地址低8位SETB ESCLRF0;置发送数据开始标志WAIT4:JNBF0,WAIT4；等待全部数据发送完CLRTIRETT1中断服务程序：T1INT:CLRTR1；关T1MOVTL1,#0FAH；重置初值MOVTH1,#0FFHSETB TR1；启动T1RETI第61页/共86页62串口中断发送流程图第62页/共86页63串口中断服务程序：SINT:PUSH DPLPUSH DPHPUSH AESCOM:MOV DPH,78H；设置数据指针MOV DPL,77HMOVXA,DPTR；取数据CLRTI；清发送中断标志MOV SBUF,A；发送数据MOV A,DPH；CJNE A,76H,END1；判是否到数据块末尾MOV A,DPLCJNE A,75H,END1；再判低位，未到末尾CLRES；已到末尾，关串口中断第63页/共86页64CLR ET1；关T1中断CLR TR1；关T1SETB F0;置数据发送结束标志 ESCOM1:POP APOP DPHPOP DPLRETIEND1:INC 77H；数据块低地址加1MOV A,77HJNZ END2；判是否向高地址进位INC 78H；数据块地址高位加1END2:SJMP ESCOM1第64页/共86页652.乙机接收波特率与甲机相同为4800b/s（晶振频率6MHz）。开始接收的第一、二字节是数据块首地址，第三、四字节是数据块末地址减一。从第五字节开始是数据。设置地址/数据接收标志B.0，B.00，接收地址；B.01，接收数据。接收的地址放在78H,77H,76H,75H四个单元乙机以中断方式接收甲机发送的数据。第65页/共86页66ORG 0RESET:LJMP MAINORG 001BHLJMP T1INT；T1中断入口ORG 0023HLJMP RSINT；串口中断入口ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60HACALLRECEIVE；调接收程序AJMP$主程序第66页/共86页67接收子程序第67页/共86页68RECEIVE:ANLTMOD,#0FH；保留T0方式不变ORLTMOD,#10H；T1方式1MOV TL1,#0FAH；T1初值MOV TH1,#0FFHMOV PCON,#80H；SMOD=1SETB EA;SETB ET1SETB ES;允许串口中断SETB PT1；T1高优先级CLRPS;串口低优先级SETB TR1；启动T1MOV SCON,#50H；串口方式1，允许接收CLRB.0；置地址/数据标志为地址MOV 70H,#78H；70H放起始接收地址第68页/共86页69CLRF0；置接收状态标志WAIT:JNBF0,WAIT；F0=0,处于接收状态。RET；否则，退出接收T1中断服务程序：T1INT:CLRTR1；关T1MOV TL1,#0FAH；重置初值MOV TH1,#0FFHSETB TR1；启动T1RETI第69页/共86页70接收中断流程图第70页/共86页71RSINT:PUSH DPLPUSH DPHPUSH AMOV A,R0;保护R0PUSH AJBB.0,DATA1；是数据，转接收数据MOV R0,70H；R0指向片内RAM单元地址MOV A,SBUF；接收地址MOV R0,A；存入相应RAM单元DEC70H；存放地址减一CLRRI；清接收中断标志MOV A,#74HCJNE A,70H,RETURN；地址未接收完,返回SETB B.0;置接收数据标志第71页/共86页72RETURN:POPAMOV R0,A；恢复R0POPAPOPDPHPOPDPLRETIDATA1:MOV DPH,78H;取数据存放地址MOV DPL,77H；到DPTRMOV A,SBUF;接收数据MOVXDPTR,A；存入外部存储器CLRRI;清接收中断标志INC77H；存放地址加1第72页/共86页73MOV A,77HJNZEND2；高位地址不用加1INC78H；加低位地址进位END2:MOV A,76H；检查是否到达数据末地址CJNE A,78H,RETURNMOV A,75HCJNE A,77H,RETURNCLRES;关串口中断CLRET1；关T1中断CLRTI；SETB F0；置接收完数据标志AJMP RETURN第73页/共86页74【例6-16】(7-5)甲乙双方以串口方式3（8位数据）发送/接收数据块。1.甲机发送甲方先发送存在78H,77H单元的地址，然后发送00H,01H,FEH共255个数据。波特率选2400b/s,晶振频率6MHz。T1作波特率发生器，工作在方式2，初值为F3H甲机以查询方式发送地址，中断方式发送数据。TB8=1地址TB8=0数据第74页/共86页75流程图第75页/共86页76程序：ORG 0LJMP TRANSORG 0023HLJMP SINT；串口中断入口ORG 0100HTRANS:MOV A,#20H;T1方式2MOV TMOD,A；MOV TL1,#0F3H;波特率初值MOV TH1,#0F3HMOV PCON,#80HSETB EA;CPU开中断CLRES；禁止串口中断CLRET1；禁止T1中断SETB TR1;启动T1MOV SCON,#0E0H;串口方式3,SM2=1SETB TB8;地址标识第76页/共86页77MOV SBUF,78H；发送高位地址WAIT1:JNBTI,WAIT1;等待发送一字节CLRTI;清发送标志MOV SBUF,77H；发送低位地址MOV IE,#90H;CPU,串口开中断CLRTB8；数据标识MOV A,#00H；第一个数据WAIT2:CJNE A,#0FFH,WAIT2；发送未结束，等待CLRES；关串口中断WAIT:AJMP WAIT；停止串口中断服务程序SINT:CLRTI;清发送标志MOV SBUF,A；发送数据INCA；准备下一个数据RETI第77页/共86页782.乙机接收开始接收的第一、二字节是数据块首地址，第三字节开始是255个数据，从接收到的地址开始存放。波特率与甲机相同，为2400b/s（晶振频率11.0592MHz）。乙机以中断方式接收甲机发送的数据。第78页/共86页79主程序流程图第79页/共86页80主程序ORG 0LJMP MAINORG 0023HLJMP RE；串口中断入口ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60HACALLRECEIVE;调接收程序SJMP$RECEIVE:MOV A,#20H;T1方式2MOV TMOD,AMOV TL1,#0E8H;波特率初值MOV TH1,#0E8HMOV PCON,#80HSETB EA;CPU开中断CLRET1；禁止T1中断第80页/共86页81SETB ES；允许串口中断SETB TR1;启动T1MOV SCON,#0F0H;串口方式3,SM2=1,允许接收MOV R0,#0FEH;接收高位/低位地址标志SETB F0;置接收状态标志WAIT:MOV C,F0JCWAITRET第81页/共86页82接收中断流程图第82页/共86页83串口接收中断服务程序：RE:MOV C,RB8；取地址/数据标志JNC PD2;是数据INC R0；是地址,MOV A,R0；判高位/低位地址标志JZ PD；转接收低位地址MOV DPH,SBUF ；接收高位地址AJMP PD1PD:MOV DPL,SBUF；接收低位地址CLR SM2；只接收8位数据帧PD1:CLR RI；清接收中断标志RETI第83页/共86页84PD2:MOV A,SBUF；接收一个数据MOVXDPTR,A；存入INCDPTR；数据指针加1CLRRI；清接收中断标志CJNE A,#0FEH,RETURN；没接收完数据SETBSM2；数据接收完，恢复SM2CLRF0；清除接收状态标志RERURN:RETI第84页/共86页85本 章 结 束第85页/共86页86感谢您的观看！第86页/共86页