4.1中斷系統(tǒng)4.2定時/計數(shù)器4.3串行通信及其接口習(xí)題4單片機系統(tǒng)的運行同其他系統(tǒng)一樣，CPU需要不斷地和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU與外部設(shè)備交換信息時，若用查詢的方式，則CPU就要浪費時間去等待外設(shè)。為了解決快速CPU和慢速外設(shè)之間的矛盾，提高CPU和外設(shè)的工作效率，引入了中斷技術(shù)。中斷系統(tǒng)是單片機的重要組成部分。CPU通過中斷技術(shù)可以分時操作和管理多個外部設(shè)備，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、實時控制、故障自動處理等功能，從而使CPU的工作效率得到很大的提高。4.1中斷系統(tǒng)4.1.1中斷的概念

在日常生活中，中斷事件經(jīng)常發(fā)生，例如：張同學(xué)正在教室寫作業(yè)，忽然被人叫出去，回來后，繼續(xù)寫作業(yè)，這就是生活中的“中斷”現(xiàn)象，也就是正常的工作過程被突發(fā)的事件打斷了。計算機中的中斷概念和生活中的中斷概念類似。中斷是指CPU對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的某個事件的一種響應(yīng)過程，即CPU正在執(zhí)行程序時，系統(tǒng)發(fā)生某一事件需要迅速處理，CPU暫時停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動轉(zhuǎn)去處理該事件，當(dāng)事件處理完成后，CPU再返回到被暫停的程序斷點處，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，這一過程稱為中斷，如圖4.1所示。我們把實現(xiàn)中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。

為實現(xiàn)中斷功能，單片機的中斷系統(tǒng)應(yīng)解決以下幾方面的問題。圖4.1中斷過程

1.中斷源

所謂中斷源，是指引起CPU中斷的事件，即中斷請求信號的來源。中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求或中斷申請。中斷請求信號的產(chǎn)生及該信號怎樣被CPU有效地識別是中斷源需要解決的問題，而且要求中斷請求信號產(chǎn)生一次，只能被CPU接收處理一次，不能一次中斷被CPU多次響應(yīng)，這也就是中斷請求信號的及時撤除問題。

2.中斷響應(yīng)與返回

中斷源向CPU提出中斷請求，CPU暫時停止自身的事務(wù)，轉(zhuǎn)去處理事件的過程，稱為中斷響應(yīng)過程。對事件的整個處理過程，稱為中斷服務(wù)或中斷處理。處理完畢，再回到原來被中止的地方，稱為中斷返回。CPU接收到中斷請求信號后，怎樣轉(zhuǎn)向該中斷源的中斷服務(wù)程序及執(zhí)行完中斷處理程序后如何正確返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行是問題的關(guān)鍵。中斷響應(yīng)與返回的過程中涉及到CPU響應(yīng)中斷的條件、現(xiàn)場保護等問題。

3.優(yōu)先級控制

通常一個中斷系統(tǒng)都有多個中斷源，經(jīng)常會出現(xiàn)兩個以上中斷源同時提出中斷請求的情況，這樣就需要設(shè)計者事先根據(jù)輕重緩急給每一個中斷源確定一個中斷級別(優(yōu)先權(quán))，當(dāng)多個中斷源同時發(fā)出中斷申請時，CPU能找到優(yōu)先權(quán)級別最高的中斷源，響應(yīng)它的中斷請求，在優(yōu)先權(quán)級別最高的中斷源處理完后，再響應(yīng)級別較低的中斷源。當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷源的請求并進行中斷處理時，若有優(yōu)先權(quán)級別更高的中斷源發(fā)出中斷申請，則CPU要能中斷正在進行的中斷服務(wù)程序，保留這個程序的斷點和現(xiàn)場，響應(yīng)高級中斷，在高級中斷處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的中斷程序，這種情況稱為中斷嵌套。CPU一般都可實現(xiàn)多級中斷嵌套。4.1.2MCS-51系列單片機的中斷系統(tǒng)

1.?MCS-51系列單片機中斷系統(tǒng)的組成

MCS-51系列單片機的中斷系統(tǒng)是8位單片機中功能較強的一種。51子系列單片機具有5個中斷源，52子系列單片機具有6個中斷源，具有兩級中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套，4個用于中斷控制的特殊功能寄存器IE、IP、TCON和SCON用來控制中斷的類型、中斷的開放/禁止和各種中斷源的優(yōu)先級別。其整個中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖4.2所示。圖4.2MCS-51系列單片機中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.中斷源及中斷請求標(biāo)志

51系列單片機具有5個中斷源，可分為兩大類：外部中斷和內(nèi)部中斷。外部中斷源由引腳(P3.2)和(P3.3)輸入；內(nèi)部中斷源包括片內(nèi)定時/計數(shù)器T0和T1的溢出中斷以及串行口發(fā)送/接收中斷。這些中斷源產(chǎn)生的中斷請求信號均由單片機中的特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。

1)定時/計數(shù)器控制寄存器TCON

TCON為定時/計數(shù)器T0、Tl的控制器，同時也鎖存了T0、Tl的溢出中斷請求信號標(biāo)志和外部中斷請求信號標(biāo)志，其各位的定義如下：

TFl：定時器T1的溢出中斷申請位。定時器Tl被允許計數(shù)以后，從初值開始加1計數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時置TFl=1，向CPU請求中斷，直到CPU響應(yīng)該中斷時才由硬件清0。

TR1：定時/計數(shù)器T1的啟停控制位。TR1=1時，定時器T1開始計數(shù)工作，TR1=0時，TI停止計數(shù)。TR1狀態(tài)由軟件設(shè)置。

TF0：定時器T0的溢出中斷申請位。T0被允許計數(shù)以后，從初值開始加1計數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時，硬件自動置TF0為1，向CPU請求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷后，該位由硬件清0。

TR0：定時/計數(shù)器T0的啟?？刂莆?。TR0=1時，定時器T0開始計數(shù)工作；TR0=0時，T0停止計數(shù)。TR0狀態(tài)由軟件設(shè)置。

IE1：外部中斷(

P3.3)請求標(biāo)志位。當(dāng)CPU檢測到在(P3.3)引腳上出現(xiàn)的外部中斷信號(低電平或脈沖下降沿)時，由硬件自動將該位置位，請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷進入中斷服務(wù)程序后，該位被硬件自動清0(指脈沖邊沿觸發(fā)方式，電平觸發(fā)方式時不能由硬件清0)。

IT1：外部中斷(P3.3)觸發(fā)方式控制位。由軟件來置1或清0，以控制外部中斷1的觸發(fā)類型。當(dāng)IT1=0時為邊沿觸發(fā)方式(即由高變低的下降沿觸發(fā)中斷)，CPU在每個機器周期采樣(P3.3)引腳輸入電平，若相繼的兩次采樣中一個周期采樣為高電平，接著下一個周期采樣為低電平，則視為有中斷請求信號產(chǎn)生，置位IEl。采用邊沿觸發(fā)方式時，外部中斷源輸入的高電平和低電平時間必須保持1個機器周期，才能保證CPU可靠地檢測到由高到低的負跳變。當(dāng)IT1=0時，設(shè)定為低電平觸發(fā)中斷方式，當(dāng)(P3.3)引腳輸入低電平時，有中斷請求信號產(chǎn)生，置位IEl，申請中斷。采用電平觸發(fā)方式時，外部中斷輸入引腳(P3.3)必須保持低電平有效，直到該中斷被CPU響應(yīng)為止。同時，在該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完之前，外部中斷輸入引腳(P3.3)的有效電平必須被撤銷，否則將產(chǎn)生另一次中斷。

IE0：外部中斷(P3.2)請求標(biāo)志位。外部中斷0產(chǎn)生中斷請求信號時，硬件自動將該位置為1，請求中斷，當(dāng)中斷響應(yīng)之后，該位被清0，其功能與IE1類同。

IT0：外部中斷(P3.2)觸發(fā)方式控制位。IT0=0時，外部中斷0為低電平觸發(fā)方式；IT0=1時，外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式，其功能和ITl類似。

2)串行口控制寄存器SCON

SCON為串行口控制寄存器，SCON的低兩位鎖存串行口接收中斷和發(fā)送中斷標(biāo)志RI和TI，其格式如下：

TI：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。在串行口發(fā)送完一組數(shù)據(jù)時，TI由硬件自動置為1，請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷進入中斷服務(wù)程序后，TI狀態(tài)不能被硬件自動清除，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件來清除。

RI：串行口接收中斷標(biāo)志位。在串行口接收完一組數(shù)據(jù)時，RI由硬件自動置為1，請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷進入中斷服務(wù)程序后，TI狀態(tài)不能被硬件自動清除，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件來清除。其他各位是控制串行口的工作狀態(tài)的，與中斷沒有關(guān)系，在后續(xù)章節(jié)進行介紹。單片機系統(tǒng)復(fù)位之后，TCON、SCON中各位均為0，應(yīng)用時應(yīng)注意各位的初始狀態(tài)。

MCS-51單片機中，當(dāng)中斷源申請中斷時首先要置位相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，CPU檢測到中斷標(biāo)志位之后才決定是否響應(yīng)。當(dāng)CPU響應(yīng)了中斷請求，相應(yīng)的標(biāo)志位就要被清除，否則CPU在執(zhí)行完本次中斷服務(wù)程序之后還要再次響應(yīng)該中斷請求，會造成混亂。因此在應(yīng)用中需要注意中斷請求的撤銷以及中斷標(biāo)志的清除。

3.中斷控制

MCS-51單片機有兩個特殊功能寄存器，用于中斷系統(tǒng)的控制，分別為中斷允許寄存器IE和中斷優(yōu)先級寄存器IP。

1)中斷允許寄存器IE

IE控制CPU對中斷源的開放或屏蔽，以及每個中斷源是否允許中斷，其格式為

EA：CPU中斷開放標(biāo)志。EA=1，CPU開放中斷；EA=0，CPU屏蔽所有的中斷請求。

ES：串行中斷允許位。ES=l，允許串行口中斷；ES=0，禁止串行口中斷。

ETI：定時/計數(shù)器Tl溢出中斷允許位。ETl=1，允許Tl中斷；ETl=0，禁止Tl中斷。

EXl：外部中斷l(xiāng)中斷允許位。EX1=l，允許外部中斷1中斷；EXl=0，禁止外部中斷1中斷。

ET0：定時/計數(shù)器T0溢出中斷允許位。ET0=1，允許T0中斷；ET0=0，禁止T0中斷。

EX0：外部中斷0中斷允許位。EX0=1，允許外部中斷0中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷。

MCS-51單片機復(fù)位后，IE中各位均被清0，即禁止所有中斷。因此，想要開放所需要的中斷請求，則必須在程序中用軟件指令來實現(xiàn)。

2)中斷優(yōu)先級寄存器IP

MCS-51單片機具有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實現(xiàn)二級中斷嵌套。特殊功能寄存器IP就是用來設(shè)定各中斷源優(yōu)先級別的，其格式如下：

PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。PS=1，設(shè)定串行口為高優(yōu)先級中斷；PS=0，設(shè)定串行口為低優(yōu)先級中斷。

PT1：定時/計數(shù)器T1中斷優(yōu)先級控制位。PT1=1，設(shè)定定時/計數(shù)器T1為高優(yōu)先級中斷；PT1=0，設(shè)定定時/計數(shù)器T1為低優(yōu)先級中斷。

PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。PX1=l，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX1=0，設(shè)定外部中斷1為低優(yōu)先級中斷。

PT0：定時/計數(shù)器T0中斷優(yōu)先級控制位。PT0=1，設(shè)定定時/計數(shù)器T0為高優(yōu)先級中斷；PT0=0，設(shè)定定時/計數(shù)器T0為低優(yōu)先級中斷。

PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。PX0=1，設(shè)定外部中斷0為高優(yōu)先級中斷；PX0=0，設(shè)定外部中斷0為低優(yōu)先級中斷。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP各位均為0，所有中斷設(shè)置為低優(yōu)先級中斷。

通過設(shè)置IP寄存器把各中斷源的優(yōu)先級分為高、低兩級，它們遵循兩條基本原則：

①低優(yōu)先級中斷可以被高優(yōu)先級中斷所中斷，反之不能。

②一種中斷一旦得到響應(yīng)，與它同級的中斷不能再中斷它。

當(dāng)CPU同時收到幾個同一優(yōu)先級別的中斷請求時，哪一個的請求得到服務(wù)取決于內(nèi)部的硬件查詢順序，CPU將按自然優(yōu)先級順序確定響應(yīng)哪個中斷請求。其自然優(yōu)先級由硬件形成，排列如表4.1所示。表4.1中斷源的內(nèi)部查詢次序4.1.3中斷處理過程

中斷處理過程可分為三個階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。

1.中斷響應(yīng)

1)中斷響應(yīng)條件

單片機響應(yīng)中斷的條件為中斷源有請求(中斷允許寄存器IE相應(yīng)位置1)，且CPU開中斷(即EA=1)。這樣，在每個機器周期的S5P2期間，對所有中斷源按用戶設(shè)置的優(yōu)先級和內(nèi)部規(guī)定的優(yōu)先級進行順序檢測，并可在S6期間找到所有有效的中斷請求。如有中斷請求，且滿足下列條件，則在下一個機器周期的S1期間響應(yīng)中斷，否則將丟棄中斷采樣的結(jié)果：

①無同級或高級中斷正在處理。②現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后一個機器周期且已結(jié)束。

③若現(xiàn)行指令為RETI或訪問IE、IP的指令時，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另一條指令也已執(zhí)行完畢。

2)中斷響應(yīng)過程

CPU響應(yīng)中斷后，首先置位相應(yīng)的優(yōu)先級觸發(fā)器，然后把斷點地址壓入堆棧保護，并將響應(yīng)的中斷矢量地址裝入程序計數(shù)器，轉(zhuǎn)入該中斷服務(wù)程序進行處理。各中斷源與之對應(yīng)的矢量地址見表4.2。表4.2中斷源及其對應(yīng)的矢量地址對于有些中斷源，CPU在響應(yīng)中斷后會自動清除中斷標(biāo)志，如定時器溢出標(biāo)志TF0、TF1以及邊沿觸發(fā)方式下的外部中斷標(biāo)志IE0、IE1；而有些中斷標(biāo)志不會自動清除，只能由用戶用軟件清除，如串行口的接收發(fā)送中斷標(biāo)志RI、TI；在電平觸發(fā)方式下的外部中斷標(biāo)志IE0和IE1則是根據(jù)引腳的電平變化的，CPU無法直接干預(yù)，需在引腳外加硬件(如D觸發(fā)器)使其自動撤銷外部中斷請求。

中斷服務(wù)程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到中斷返回指令“RETI”為止。

3)中斷響應(yīng)時間

所謂中斷響應(yīng)時間，是指CPU檢測到中斷請求信號到轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序入口所需要的機器周期數(shù)。了解中斷響應(yīng)時間對設(shè)計實時測控應(yīng)用系統(tǒng)有重要指導(dǎo)意義。

MCS-51單片機響應(yīng)中斷的最短時間為三個機器周期。若CPU檢測到中斷請求信號的時間正好是一條指令的最后一個機器周期，則不需等待就可以立即響應(yīng)。所謂響應(yīng)中斷，就是由內(nèi)部硬件執(zhí)行一條長調(diào)用指令，需要兩個機器周期，加上檢測需要的一個機器周期，一共需要三個機器周期才開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷響應(yīng)的最長時間由下列情況決定：若中斷檢測時正在執(zhí)行RETI或訪問IE或IP指令的第一個機器周期，則包括檢測在內(nèi)需要兩個機器周期(以上三條指令均需兩個機器周期)；若緊接著要執(zhí)行的指令恰好是執(zhí)行時間最長的乘、除法指令，則其執(zhí)行時間均為四個機器周期；再用兩個機器周期執(zhí)行一條長調(diào)用指令才轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。這樣，總共需要8個機器周期。其他情況下的中斷響應(yīng)時間一般為3～8個機器周期。

2.中斷處理

CPU響應(yīng)中斷結(jié)束后即轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序的入口。從中斷服務(wù)程序的第一條指令開始到返回指令為止，這個過程稱為中斷處理或中斷服務(wù)。中斷處理包括兩部分內(nèi)容：一是保護現(xiàn)場；二是為中斷源服務(wù)。

保護現(xiàn)場是指保護PSW、工作寄存器、專用寄存器等數(shù)據(jù)。如果在中斷服務(wù)程序中要用這些寄存器，則在進入中斷服務(wù)之前應(yīng)將它們的內(nèi)容保護起來。在中斷結(jié)束時，即執(zhí)行RETI指令之前，再恢復(fù)這些寄存器的內(nèi)容，這一動作稱為恢復(fù)現(xiàn)場。

中斷服務(wù)是針對中斷源的具體要求進行的處理。

3.中斷返回

中斷服務(wù)程序中，最后一條指令是中斷返回指令RETI，該指令的功能是結(jié)束本次中斷服務(wù)，返回到原程序。在執(zhí)行RETI指令時，將壓入堆棧的中斷點地址彈出并送回程序計數(shù)器，使程序返回到原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行，同時清除相應(yīng)的優(yōu)先級觸發(fā)器。4.1.4中斷請求的撤除

中斷源發(fā)出中斷請求后，CPU首先置位相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，然后通過對中斷標(biāo)志位的檢測決定是否響應(yīng)中斷，所以撤除中斷請求就是要清除中斷標(biāo)志。CPU響應(yīng)某中斷請求后，在該中斷返回之前，應(yīng)將其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位復(fù)位，否則CPU在返回主程序后將再次響應(yīng)該中斷。MCS-51單片機各個中斷源標(biāo)志位的清除方法不相同。

對于定時器T0和定時器T1的溢出中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除TF0或TF1標(biāo)志位，即中斷請求自動撤銷，無需采取其他措施。對于串行口的中斷，CPU響應(yīng)中斷后，硬件不能自動清除TI和RI標(biāo)志位，因此在CPU響應(yīng)中斷后，必須在中斷服務(wù)程序中用軟件來清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志位，以撤銷中斷請求。

外部中斷請求的撤消與設(shè)置的中斷觸發(fā)方式有關(guān)。對于邊沿觸發(fā)方式的外部中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，也是由硬件自動將IE0或IEl標(biāo)志位清除的，無需采取其他措施。對于電平觸發(fā)方式的外部中斷，在硬件上，CPU對和引腳的信號完全沒有控制(在專用寄存器中，沒有相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志)，因此，需要另外采取硬件措施撤銷外部中斷請求。圖4.3給出了一種常用的撤銷外部中斷的電路。圖4.3撤銷外部中斷請求電路外部中斷請求信號通過D觸發(fā)器加到單片機引腳上。當(dāng)外部中斷請求信號使D觸發(fā)器的CLK端發(fā)生正跳變時，由于D端接地，Q端輸出0，向單片機發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，利用一根口線，如P1.0作應(yīng)答線，在中斷服務(wù)程序中用下面兩條指令來撤除中斷請求。

ANLP1.0，#0FEH

ORLP1.0，#01H

第一條指令使P1.0為0，而P1口其他各位的狀態(tài)不變。由于P1.0與直接置1端相連，因而D觸發(fā)器Q=1，撤除了中斷請求信號。第二條指令將P1.0變成1，使以后產(chǎn)生的新的外部中斷請求信號又能向單片機申請中斷。

4.1.5中斷應(yīng)用舉例

MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)在應(yīng)用時，應(yīng)先進行初始化，即進行開中斷，設(shè)置中斷觸發(fā)方式等。下面通過舉例來說明中斷系統(tǒng)的應(yīng)用。

例4.1

現(xiàn)有4臺設(shè)備A、B、C、D，需要向單片機申請中斷，試設(shè)計相應(yīng)的電路并編寫程序。

解：根據(jù)要求，四個設(shè)備相當(dāng)于四個中斷源，而單片機本身只有兩個中斷源，故需要擴展外部中斷源。本題采用P1口的4位和外部中斷結(jié)合，形成四個中斷，高電平有效。電路如圖4.4所示。圖4.4擴展四個外部中斷源電路4.2.1定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1．定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.5所示，它由6個特殊功能寄存器組成。其中，TMOD為定時/計數(shù)器方式控制寄存器，用來設(shè)置兩個16位定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式；TCON為定時/計數(shù)器控制寄存器，主要用來控制定時/計數(shù)器T0和T1的啟動和停止。兩個16位的定時/計數(shù)器T0(TH0和TL0)和T1(TH1和TL1)用于設(shè)置定時或計數(shù)的初值。4.2定時/計數(shù)器圖4.5定時/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)圖

2．定時/計數(shù)器的工作原理

MCS-51單片機內(nèi)部的兩個16位可編程的定時/計數(shù)器T0和T1均有定時和計數(shù)功能。T0和T1的工作方式及功能選擇、定時時間、啟動方式等均可以通過編程對相應(yīng)特殊功能寄存器TMOD和TCON進行設(shè)置來實現(xiàn)，計數(shù)值也由軟件命令設(shè)置于16位的定時/計數(shù)器(TH0、TL0或TH1、TL1)中。

16位定時/計數(shù)器是一個二進制的加1寄存器，當(dāng)啟動后就開始從所設(shè)定的計數(shù)初始值開始加1計數(shù)，寄存器計滿后，會自動產(chǎn)生溢出并提出中斷請求。定時與計數(shù)兩種模式下的計數(shù)方式不相同，通常選擇T0和T1工作在定時方式時，計數(shù)器對內(nèi)部時鐘機器周期數(shù)進行計數(shù)，即每個機器周期寄存器加1；選擇T0和T1工作在計數(shù)方式時，計數(shù)脈沖來自外部輸入引腳T0和T1，用于對外部事件進行計數(shù)，當(dāng)外部輸入引腳上出現(xiàn)由1到0的跳變時，計數(shù)器的值加1(如果外接一時鐘源，當(dāng)然也可將其作為定時的基準(zhǔn)源)。

定時/計數(shù)器是單片機中工作相對獨立的部件，當(dāng)設(shè)定好其工作方式及功能并啟動后，它就會獨立地進行計數(shù)，不再占用CPU的時間，直到計數(shù)溢出，才向CPU申請中斷處理，它是一個工作效率高且工作靈活的部件。4.2.2定時/計數(shù)器的工作方式及控制器

定時/計數(shù)器是可編程的，因此，在使用前必須對其進行初始化，設(shè)定其工作方式、計數(shù)初值等。

1．定時/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD(89H)

定時/計數(shù)器T0、T1都有四種工作方式，可通過程序?qū)MOD進行設(shè)置來選擇，其各位定義如下：

TMOD的低4位用于定時/計數(shù)器T0的工作方式選擇，高4位用于定時/計數(shù)器T1的工作方式選擇。

GATE：門控位，用于控制定時/計數(shù)器的啟動是否受外部中斷請求信號的控制。如果GATE=1，定時/計數(shù)器T0的啟動受芯片引腳(P3.2)控制，定時/計數(shù)器T1的啟動受芯片引腳(P3.3)控制；如果GATE=0，定時/計數(shù)器的啟動與引腳和無關(guān)。一般情況下GATE=0。

C/：定時或計數(shù)功能選擇位。當(dāng)=1時為計數(shù)方式；當(dāng)=0時為定時方式。

M1、M0：定時/計數(shù)器工作方式選擇位。MCS-51單片機的定時/計數(shù)器有四種工作方式，如表4.3所示。表4.3定時/計數(shù)器工作方式的選擇

2．定時/計數(shù)器控制寄存器TCON

TCON用于控制定時/計數(shù)器的啟、停、溢出標(biāo)志和外部中斷信號觸發(fā)方式，其各位定義如下：

TCON的高4位與定時/計數(shù)器相關(guān)，其低4位與外部中斷相關(guān)，其各位的定義在4.1.2節(jié)已經(jīng)講述，在此不再贅述。

3．定時/計數(shù)器的工作方式

1)方式0

方式0為13位定時/計數(shù)器。13位計數(shù)寄存器由TH0(TH1)的高8位和TL0(TL1)的低5位構(gòu)成，TL0(TL1)中的高3位不用。其結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。圖4.6T0(或T1)方式0的結(jié)構(gòu)當(dāng)C/=1時，圖中多路開關(guān)自動地接到下面，定時/計數(shù)器工作在計數(shù)狀態(tài)，加法計數(shù)器對T0(T1)引腳上的外部脈沖計數(shù)。計數(shù)值由下式確定：

N=213-x=8192-x

式中，N為計數(shù)值，x是計數(shù)器的初值。x=8191時為最小計數(shù)值1，x=0時為最大計數(shù)值8192，即計數(shù)范圍為1～8192。定時/計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣T0(T1)引腳輸入信號，若一個機器周期的采樣值為1，下一個機器周期的采樣值為0，則計數(shù)器加1。由于識別一個高電平到低電平的跳變需兩個機器周期，因此對外部計數(shù)脈沖的頻率應(yīng)小于fosc/24，且高電平與低電平的延續(xù)時間均不得小于1個機器周期。當(dāng)C/

=0時為定時器方式，多路開關(guān)自動地接到上面，加1計數(shù)器對機器周期脈沖Tcy計數(shù)，每個機器周期計數(shù)器加1。定時時間由下式確定：

T=N×Tcy=(8192-x)Tcy

式中，Tcy為單片機的機器周期。如果振蕩頻率fosc=12MHz，則Tcy=1μs，定時時間范圍為1～8192μs。

可用程序?qū)?～8191的某一數(shù)送入TH0(TH1)、TL0(TL1)作為初值。TH0(TH1)、TL0(TL1)從初值開始加1計數(shù)，直至溢出。所以初值不同，定時時間或計數(shù)值也不同。必須注意的是，加法計數(shù)器溢出后，必須用程序重新對TH0(TH1)、TL0(TL1)設(shè)置初值，否則下一次加法計數(shù)器將從0開始計數(shù)。外部中斷對于定時器的控制作用表現(xiàn)在：當(dāng)GATE=0時，或門被封鎖，信號無效，或門輸出常1，打開與門，TR0直接控制定時器0的啟動和關(guān)閉；當(dāng)GATE=1時，與門的輸出由的輸入電平和TR0位的狀態(tài)來共同決定。若TR0=1則與門打開，外部信號電平通過引腳直接開啟或關(guān)斷定時器T0，當(dāng)為高電平時，允許計數(shù)，否則停止計數(shù)；若TR0=0，則與門被封鎖，控制開關(guān)被關(guān)斷，停止計數(shù)。

2)方式1

方式1是16位定時/計數(shù)器，其結(jié)構(gòu)與方式0類似，唯一的區(qū)別在于計數(shù)器的位數(shù)不同。方式1的加1計數(shù)器由TH0(TH1)的8位和TL0(TL1)的8位構(gòu)成。

在方式1時，計數(shù)器的計數(shù)值由下式確定：

N=216-x=65536-x

計數(shù)范圍為1～65536。

定時器的定時時間由下式確定：

T=N×Tcy=(65536-x)Tcy

如果fosc=12MHz，則Tcy=1μs，定時范圍為1～65536μs。

3)方式2

方式2是能自動重裝計數(shù)初值的8位計數(shù)器。方式2中把16位的計數(shù)器拆成兩個8位計數(shù)器，低8位作計數(shù)器用，高8位用以保存計數(shù)初值。當(dāng)?shù)?位計數(shù)產(chǎn)生溢出時，將溢出中斷標(biāo)志位置1，同時又將保存在高8位中的計數(shù)初值重新裝入低8位計數(shù)器中，繼續(xù)計數(shù)，循環(huán)不止。方式2的邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.7所示。

在工作方式2時，計數(shù)器的計數(shù)值由下式確定：

N=28-x=256-x

計數(shù)范圍為1～256。

定時器的定時值由下式確定：

T=N×Tcy=(256-x)Tcy

如果fosc=12MHz，則Tcy=1μs，定時范圍為1～256μs。圖4.7T0(或T1)方式2的結(jié)構(gòu)

4)方式3

定時/計數(shù)器T0和T1在前三種工作方式下，其功能完全相同。但工作方式3對T0和T1是大不相同的。當(dāng)T1設(shè)置為工作方式3時，它將保持初始值不變，并停止計數(shù)，其狀態(tài)相當(dāng)于將啟停控制位TR1設(shè)為0，因此T1不能工作在方式3下。

若將T0設(shè)為方式3，TL0和TH0被分成兩個互相獨立的8位計數(shù)器，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.8所示。其中，TL0用原T0的各控制位、引腳和中斷源，即C/、GATE、TR0、TF0和T0(P3.4)引腳、(P3.2)引腳。TL0除僅用8位寄存器外，其功能和操作與方式0(13位計數(shù)器)、方式1(16位計數(shù)器)完全相同。TL0也可設(shè)置為定時器方式或計數(shù)器方式。圖4.8T0方式3的結(jié)構(gòu)

TH0只能用作定時器，對機器周期計數(shù)。它占用了定時器T1的控制位TR1和T1的中斷標(biāo)志位TF1，其啟停僅受TR1的控制。

當(dāng)把T0設(shè)置為方式3時，T1可工作在方式0、方式1以及方式2下，但由于TH0占用了T1的啟停控制位TR1和中斷標(biāo)志位TF1，因而此時T1只能由功能選擇位C/來控制運行，不能產(chǎn)生溢出中斷申請，這時T1適用于不需要中斷控制的定時器場合，如用作串行口的波特率發(fā)生器等。4.2.3定時/計數(shù)器應(yīng)用舉例

單片機上電復(fù)位后，TMOD、TCON等特殊功能寄存器都處于清0狀態(tài)，因而要想使定時/計數(shù)器按用戶要求工作，必須先進行初始化設(shè)置和計數(shù)初值的確定等工作。

1．定時/計數(shù)器初始化

定時/計數(shù)器初始化的內(nèi)容包含以下幾點：

(1)確定定時/計數(shù)器的工作模式及工作方式，即給TMOD置相應(yīng)的控制字。

(2)計算計數(shù)初值，送入計數(shù)器TH0、TL0或TH1、TL1中。

(3)根據(jù)使用要求確定是否需要開放中斷，若使用溢出中斷功能，則需要對中斷允許寄存器IE以及中斷優(yōu)先級寄存器IP進行設(shè)置。

(4)給定時/計數(shù)器控制寄存TCON送入命令字，啟動定時/計數(shù)器工作。

2．定時/計數(shù)器計數(shù)初值計算

定時/計數(shù)器T0和T1在系統(tǒng)復(fù)位之后均為0，若需要改變其計數(shù)值，則需要預(yù)先設(shè)置一定的計數(shù)初值。

1)定時器的初值計算

當(dāng)選擇定時功能時，計數(shù)器是對機器周期進行計數(shù)。設(shè)T為定時時間，x為計數(shù)器的初值，n為計數(shù)器位數(shù)，單片機系統(tǒng)時鐘頻率為fosc，則計數(shù)初值可通過如下公式計算：

2)計數(shù)功能的初值計算

選擇計數(shù)功能時，計數(shù)脈沖由外部引腳引入，是對外部脈沖進行計數(shù)，計數(shù)初值可由下式確定：

x=2n-N

式中，N為計數(shù)值，其他參數(shù)的定義同定時器初值計算公式。

3．應(yīng)用舉例

例4.2

用定時/計數(shù)器T1進行外部事件計數(shù)，每計數(shù)1000個脈沖后，定時/計數(shù)器T1轉(zhuǎn)為定時工作方式，定時10ms后又轉(zhuǎn)為計數(shù)方式，如此循環(huán)不止。假定fosc為6MHz，用方式1編程。

解：將T1在定時和計數(shù)兩種方式下輪換工作，首先讓T1工作在方式1。

T1為定時器時初值：

T1為計數(shù)器時初值：

x+1000=216

x=64536=FC18H

CPU與外部的信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。并行通信是指構(gòu)成信息的二進制字符的各位數(shù)據(jù)同時傳送的通信方法。并行通信的主要特點是傳輸速度快，在短距離通信中占優(yōu)勢，對長距離數(shù)據(jù)傳輸來說，因為信號線太多導(dǎo)致線路復(fù)雜，成本高。串行通信是指構(gòu)成信息的二進制字符的各位數(shù)據(jù)一位一位順序地傳送的通信方式。串行通信線路簡單，成本低但傳輸速度慢，適用于遠距離傳輸。此處著重介紹串行通信的基礎(chǔ)知識和MCS-51單片機的串行接口功能及其應(yīng)用。4.3串行通信及其接口4.3.1串行通信的基礎(chǔ)知識

串行通信又分為異步通信和同步通信兩種方式。在單片機中，主要使用異步通信方式。

1．異步通信和同步通信

1)異步通信

在異步通信中，被傳送的信息通常是一個字符代碼或一個字節(jié)數(shù)據(jù)，它們都以規(guī)定的相同傳送格式(字符幀格式)一幀一幀地發(fā)送或接收。發(fā)送端和接收端各有一套彼此獨立、互不同步的通信機構(gòu)，可以由各自的時鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

一個字符在異步傳送中又稱為一幀數(shù)據(jù)，字符幀也稱數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位四部分組成，如圖4.9所示。

起始位：為邏輯“0”信號，位于字符幀開頭，占一位，表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀

信息。

數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后就是數(shù)據(jù)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前(左)，高位在后(右)。根據(jù)字符編碼方式的不同，數(shù)據(jù)位可取5位、6位、7位或8位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴(yán)格的

限制。

奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位發(fā)送或接收完之后，可發(fā)送奇偶校驗位，它只有一位，用于傳送數(shù)據(jù)的有限差錯檢測或表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)，是發(fā)送和接收雙方預(yù)先約定好的一種檢驗方式。它可以是奇校驗也可以是偶校驗，有時也可以不用奇偶校驗。

停止位：為邏輯“1”信號，此位位于字符幀末尾，表示一幀字符信息已發(fā)送完畢。停止位可以是1、1.5或2位，在實際應(yīng)用中由用戶根據(jù)需要確定。圖4.9異步通信的字符幀格式(a)無空閑信字符幀；(b)有空閑位字符幀在串行異步傳送中，通信雙方必須事先約定：

(1)字符格式。雙方要事先約定字符的編碼形式、奇偶校驗形式及起始位和停止位的規(guī)定。例如用ASCII碼通信，有效數(shù)據(jù)為7位，加一個奇偶校驗位、一個起始位和一個停止位共10位。當(dāng)然停止位也可以大于1位。

(2)波特率。波特率就是數(shù)據(jù)的傳送速率，即每秒鐘傳送的二進制位數(shù)，單位為位/秒。它與字符的傳送速率(字符/秒)之間有以下關(guān)系：

波特率=一個字符的二進制編碼位數(shù)×字符/秒

發(fā)送端與接收端的波特率必須一致。

異步串行通信的傳送速率一般為50～9600波特，常用于計算機到CRT終端和字符打印機之間的通信、直通電報以及無線電通信的數(shù)據(jù)發(fā)送等。

2)同步通信

同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個數(shù)據(jù)字符，即數(shù)據(jù)塊，它們都是由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗字符三部分組成的。一旦檢測到同步字符，下面就是按順序傳送的數(shù)據(jù)塊。同步通信數(shù)據(jù)傳送格式如圖4.10所示。

同步通信的缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴(yán)格同步，故發(fā)送時除應(yīng)和發(fā)送的波特率保持一致外，還要求發(fā)送時鐘和接收時鐘必須保持嚴(yán)格同步。故這種方式對硬件要求較高。圖4.10同步通信的格式

3)波特率

波特率是指每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)(亦稱比特數(shù))，單位是b/s。波特率是串行通信的重要指標(biāo)，用于表征數(shù)據(jù)傳送的速度。波特率越高，數(shù)據(jù)傳輸速度越快。

在異步串行通信中，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備除了采用相同的字符幀格式外，還必須保持相同的傳送波特率，這樣才能成功地傳送數(shù)據(jù)。

4)串行通信的制式

串行通信中，信息數(shù)據(jù)在通信線路兩端的通信設(shè)備之間傳遞，按照數(shù)據(jù)傳遞方向和兩端通信設(shè)備所處的工作狀態(tài)，可將串行通信分為單工、半雙工和全雙工三種工作制式，如圖4.11所示。圖4.11串行通信數(shù)據(jù)傳送的制式(a)單工傳送；(b)半雙工傳送；(c)全雙工傳送

(1)單工制式。單工方式下，通信線路A端只有發(fā)送站，B端只有接收站，數(shù)據(jù)只能從A站發(fā)至B站，數(shù)據(jù)傳送是單向的，不能反向傳送信息，如圖4.11(a)所示。

(2)半雙工制式。如圖4.11(b)所示，數(shù)據(jù)傳送是雙向的，但任一時刻數(shù)據(jù)只能從A站發(fā)至B站，或者從B站發(fā)至A站，也就是說，只能是一方發(fā)送另一方接收，不能同時發(fā)送和接收。

(3)全雙工制式。全雙工制式下，通信線路A、B兩端都有發(fā)送器和接收器，如圖4.11(c)所示，數(shù)據(jù)傳送也是雙向的，A、B兩端可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。因此，工作效率比前兩種都要高。4.3.2MCS-51單片機的串行通信接口及其工作方式

MCS-51單片機中有一個全雙工的串行口，通過軟件編程，它可作異步通信串行口(UART)使用，也可作同步移位寄存器用。它的字符幀格式可以是8位、10位或11位，可以設(shè)置多種波特率，能方便地構(gòu)成雙機、多機串行通信接口，從而能實現(xiàn)51單片機系統(tǒng)之間點對點的單機通信、多機通信以及與系統(tǒng)機的單機或多機通信。

1．串行口的結(jié)構(gòu)與功能

MCS-51串行口結(jié)構(gòu)框圖如圖4.12所示。MCS-51單片機串行口主要由兩個物理上獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF、發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門組成。兩個特殊功能寄存器SCON和PCON用來控制串行口的工作方式和波特率。發(fā)送緩沖寄存器SBUF只能寫，不能讀；接收緩沖寄存器SBUF只能讀，不能寫。兩個緩沖寄存器共用一個地址99H，可以用讀/寫指令區(qū)分。圖4.12MCS-51單片機串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖串行發(fā)送時，通過“MOVSBUF，A”寫指令，CPU把累加器A的內(nèi)容寫入發(fā)送緩沖器SBUF，再由TXD引腳一位一位地向外發(fā)送；串行接收時，接收端從RXD一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個完整的字符數(shù)據(jù)后通知CPU，再通過“MOVA，SBUF”讀指令，CPU從接收緩沖器SBUF讀出數(shù)據(jù)，送到累加器A中。發(fā)送和接收的過程可以采用中斷方式，從而可以大大提高CPU的效率。

2．與串行口相關(guān)的控制寄存器

MCS-51單片機中，與串行口工作相關(guān)的特殊功能寄存器有四個，分別為串行口控制寄存器SCON、電源控制寄存器PCON、中斷允許寄存器IE和中斷優(yōu)先級寄存器IP。其中PCON、IE、IP在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此只介紹SCON。

SCON用于串行口的工作方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標(biāo)志，是一個可位尋址的8位特殊功能寄存器。其各位的定義如下：

SM0、SM1：由軟件置位或清0，用于選擇串行口四種工作方式，如表4.4所示。

SM2：多機通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，則接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)為0時不啟動接收中斷標(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，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI，產(chǎn)生中斷請求。當(dāng)SM2=0時，則不論第9位數(shù)據(jù)為0或為1，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷請求。在方式0時，SM2必須為0。

REN：允許串行接收控制位。若REN=0，則禁止接收；若REN=1，則允許接收。該位由軟件置位或復(fù)位。表4.4串行口工作方式和波特率對照表

TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)D8位。在方式2和方式3時，TB8為所要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=0為數(shù)據(jù)；TB8=1為地址。TB8也可用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。該位由軟件置位或復(fù)位。

RB8：接收數(shù)據(jù)D8位。在方式2和方式3時，接收到的第9位數(shù)據(jù)可作為奇偶校驗位或地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。方式1時，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。在方式0時，不使用RB8位。

TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)第8位結(jié)束后，或在其他方式發(fā)送停止位后，由內(nèi)部硬件使TI置位，向CPU請求中斷。CPU在響應(yīng)中斷后，必須用軟件清零。此外，TI也可供查詢使用。

RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0時，當(dāng)接收數(shù)據(jù)的第8位結(jié)束后，或在其他方式接收到停止位中間由內(nèi)部硬件使RI置位，向CPU請求中斷。同樣，在CPU響應(yīng)中斷后，也必須用軟件清零。RI也可供查詢使用。

串行發(fā)送中斷標(biāo)志TI和串行接收中斷標(biāo)志RI是同一個中斷源，CPU事先不知道是發(fā)送中斷TI還是接收中斷RI產(chǎn)生的中斷請求，所以在全雙工通信時，必須由軟件來判別。單片機復(fù)位時，SCON所有位均清0。

3．串行口工作方式

MCS-51單片機串行口有四種工作方式，分別為方式0、方式1、方式2和方式3。

1)方式0

方式0下，串行口用作同步移位寄存器，其波特率固定為單片機振蕩頻率的1/12，串行傳送數(shù)據(jù)8位為一幀，由RXD(P3.0)引腳發(fā)送或接收，低位在前，高位在后。TXD(P3.1)引腳輸出同步移位脈沖信號，可以作為外部擴展的移位寄存器的移位時鐘，因而串行口方式0常用于擴展外部并行I/O口。方式0發(fā)送時，CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令，即啟動發(fā)送，TXD輸出移位脈沖，串行口即將8位數(shù)據(jù)以振蕩頻率的1/12的波特率從RXD端串行發(fā)送出去。1幀(8位)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制端均恢復(fù)原狀態(tài)，只有TI保持高電平，呈中斷申請狀態(tài)。要再次發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須由軟件將TI清0。方式0接收時，在RI=0的條件下，將REN(SCON.4)置1就啟動一次接收過程。此時RXD為串行數(shù)據(jù)接收端，TXD依然輸出同步移位脈沖。REN置1啟動了接收控制器。TXD輸出同步移位脈沖控制外接芯片逐位輸入數(shù)據(jù)，波特率為fosc/12。在內(nèi)部移位脈沖作用下，RXD上的串行數(shù)據(jù)逐位移入移位寄存器。當(dāng)8位數(shù)據(jù)(一幀)全部移入移位寄存器后，接收控制端失效，停止輸出移位脈沖，將8位數(shù)據(jù)并行送入接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中保存。與此同時，接收控制器硬件置接收中斷標(biāo)志RI=1，向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，用軟件使RI=0，使移位寄存器開始接收下一幀信息，然后通過讀接收緩沖器的指令，讀取SBUF中的數(shù)據(jù)。

2)方式1

在方式1下，串行口為10位通用異步通信接口。一幀信息包括1位起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位(低位在前)和l位停止位(1)。TXD是發(fā)送端，RXD是接收端。其傳送波特率可變。

方式1發(fā)送時，CPU執(zhí)行一條寫SBUF指令便啟動了串行口發(fā)送，數(shù)據(jù)從TXD輸出。在指令執(zhí)行期間，CPU送來“寫SBUF”信號，將并行數(shù)據(jù)送入SBUF，啟動發(fā)送控制器。經(jīng)一個機器周期，發(fā)送控制端有效，通過輸出控制門從TXD上逐位輸出一幀信息。一幀信息發(fā)送完畢后，發(fā)送控制端失效，發(fā)送控制器硬件置發(fā)送中斷標(biāo)志TI=1，向CPU申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后，由軟件使TI=0，可發(fā)送下一幀信息。方式1接收時，數(shù)據(jù)從RXD端輸入。當(dāng)REN置1后，就允許接收器接收，接收器便以波特率的16倍速率采樣RXD端電平。當(dāng)采樣到1到0的跳變時，啟動接收器接收，并復(fù)位內(nèi)部的16分頻計數(shù)器，以實現(xiàn)同步。計數(shù)器的16個狀態(tài)把1位時間等分成16份，并在每位的第7、8、9個計數(shù)狀態(tài)時采樣RXD電平。因此，每一位的數(shù)值采樣3次，至少有兩次相同的值才被確認。如果起始位接收到的值不是0，則起始位無效，復(fù)位接收電路。在檢測到一個1到0的跳變時，再重新啟動接收器。如果接收值為0，起始位有效，則開始接受本幀的其余信息。在RI=0的狀態(tài)下，接收到停止位為1(或SM2=0)時，將停止位送入RB8，8位數(shù)據(jù)進入接收緩沖器SBUF，并置中斷標(biāo)志RI=1。在方式1的接收器中設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識功能，當(dāng)同時滿足兩個條件時，接收的數(shù)據(jù)才有效，且實現(xiàn)裝載SBUF、把RB8及RI置1，接收控制器再次采樣RXD的負跳變，以便接收下一幀數(shù)據(jù)。這兩個條件是RI=0和SM2=0，或接收到的停止位為1。如果這兩個條件任意一個不滿足，則所接收的數(shù)據(jù)無效，接收控制器不再恢復(fù)。

3)方式2與方式3

方式2、方式3都是11位異步通信接口，發(fā)送或接收的一幀信息由11位組成，其中1位起始位、9位數(shù)據(jù)位(低位在前)和1位停止位。方式2與方式3僅波特率不同，方式2的波特率為fosc/32(SMOD=1時)或fosc/64(SMOD=0時)，而方式3的波特率由定時/計數(shù)器T1及SMOD決定。

在方式2、方式3時，發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的過程與方式1的基本相同，不同之處僅在于對第9位數(shù)據(jù)的處理上。發(fā)送時，第9位數(shù)據(jù)由SCON中的TB8位提供。接收數(shù)據(jù)時，當(dāng)?shù)?位數(shù)據(jù)移入移位寄存器后，將8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，第9位數(shù)據(jù)裝入SCON中的RB8。

4．波特率設(shè)置

串行口的四種工作方式對應(yīng)著三種波特率模式。

對于方式0，波特率是固定的，為fosc/12。

對于方式2，波特率由振蕩頻率fosc和SMOD(PCON.7)所決定，其對應(yīng)公式為

波特率=

當(dāng)SMOD=1時，波特率為fosc/32。

對于方式1和方式3，波特率由定時/計數(shù)器T1的溢出率和SMOD決定，即由下式確定：

波特率=

其中，溢出率取決于計數(shù)速率和定時器的預(yù)置值。當(dāng)利用TI作波特率發(fā)生器時，通常選用方式2，即8位自動重裝初值模式，其中TLl作計數(shù)器，THl存放自動重裝的定時初值。因此，對Tl初始化時，寫入方式控制字TMOD=00100000B。這樣每過“256-x”個機器周期，定時器Tl就會產(chǎn)生一次溢出，溢出周期為

溢出率為溢出周期的倒數(shù)，因此，波特率的公式還可寫成：

波特率=實際應(yīng)用時，總是先確定波特率，再計算定時器T1的定時初值。根據(jù)上述波特率的公式，得出計算定時器方式2的初值x的公式為

x=256-4.3.3串行通信應(yīng)用舉例

MCS-51單片機的全雙工串行口是可編程的，所以在應(yīng)用時應(yīng)先對其進行初始化，即確定串行口的工作方式以及波特率等。

1．利用串行口擴展并行I/O接口

當(dāng)串行口工作于方式0時，是移位寄存器方式，此時可以利用串行口外接移位寄存器將串行口擴展為并行口。

例4.3

利用串行口方式0擴展I/O接口，接8個共陰極數(shù)碼管，使片內(nèi)RAM的30H～37H單元的內(nèi)容依次顯示在8個數(shù)碼管上。

解：串行口工作在方式0，在TXD和RXD引腳連接串入并出的移位寄存器74LS164即可實現(xiàn)題