1、Lecture notes for Principle and Applications of Micro-Computers“微機(jī)原理及應(yīng)用” 講義第13講MCS-51單片機(jī)的串行端口及中斷系統(tǒng)(教材5.4, 5.5節(jié))教學(xué)目的:掌握串行端口的四種工作方式, 多源中斷系統(tǒng)應(yīng)用本講的主要內(nèi)容n MCS-51單片機(jī)串行端口的結(jié)構(gòu)n 串行端口控制/編程相關(guān)的寄存器n 多源中斷系統(tǒng)的響應(yīng) (第5章總結(jié))MCS-51的串行端口n MCS-51單片機(jī)片內(nèi)具有一個(gè)全功能的串行端口 波特率可設(shè)定, 范圍寬 全雙工收發(fā)器, 兩個(gè)獨(dú)立的接收的和發(fā)送的引腳n RXD(P3.0)和TXD(P3.1) 功能上, 其作

2、用是 “串 并” 轉(zhuǎn)換器 獨(dú)立的發(fā)送緩沖器(SBUF) 獨(dú)立的接收緩沖器(SBUF)和接收移位寄存器 的結(jié)構(gòu)使得: CPU在讀前一個(gè)字符的同時(shí)可以接收第2個(gè)字符, 而不會造成數(shù)據(jù)丟失或疊加錯(cuò)誤 有四種工作方式, 分別由SCON, PCON等寄存器控制MCS-51的串行端口的結(jié)構(gòu)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寫 SBUF讀 SBUF寄存器(SBUF)緩沖發(fā)送器緩沖寄存器(SBUF)TXD(P3.1)TIRI波特率時(shí)鐘(發(fā)送)控制RXD(P3.0)方式 0 發(fā)送1: M0; 0: M13波特率時(shí)鐘(接收)TIRI接收移位寄存器or串行口中斷請求串行端口控制/編程相關(guān)的寄存器n 接收和發(fā)送緩沖器(SBUF) SBUF

3、是一個(gè)SFR, 占用地址99H 寫SBUF操作時(shí), 訪問對象是發(fā)送緩沖器 (only-write) 讀SBUF操作時(shí), 訪問對象是接收緩沖器 (only-read)n 串口控制寄存器SCOND7D6D5D4D3D2D1D0波特率加倍位如果SMOD = 1, 波特率加倍; 如果SMOD = 0, 波特率為1倍n 波特率加倍控制位(電源控制寄存器PCON的D7位)PCONSMOD-GF1GF0PDIDL串口控制寄存器 SCOND7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 位 地 址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9A

4、H 99H 98HRI的激活條件的控制:M0: SM2必須為0;UART接收&發(fā)送中斷標(biāo)志(1:有效; 0:無效)(RI:接收; TI:發(fā)送)UART的工作方式選擇控制(4種工作方式: MSM1,SM0)保存方式2和3的第9位數(shù)據(jù)(RB8:接收; TB8:發(fā)送)允許/禁止接收控制(1:允許接收; 0:禁止接收)M1: 如果SM2=1, 必須收到有效停止位后 RI=1;M2 & M3: 如果SM2=1, 收到的第9位數(shù)據(jù)為1(即RB8=1)時(shí), RI=1串口的四種工作方式隨定時(shí)器 1 溢出率相對于n MCS-51單片機(jī)(8051內(nèi)核)串行端口的工作方式SM0SM1工作方式描述00方式 0 (同步

5、串行方式), 同步串行移位寄存器方式 (波01方式 1, 10 位 UART, 波特率可調(diào) (波特10方式 2, 11 位 UART, 波特率11方式 3, 11 位 UA(1) 波特率:每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位個(gè)數(shù)(2) 在許多文獻(xiàn)上把MCS-51的串口稱為UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用異步收發(fā)器). 實(shí)際上其串口工作在方式0時(shí), 并不是異步的, 而是同步的(移位寄存器). 因此, 準(zhǔn)確地說, 應(yīng)稱之為“可編程串口”.SBUF Tx SR串口方式0的結(jié)構(gòu)SCON.6SCON.7SM1SM0RXD(P3.0)同步數(shù)據(jù)方式選擇M

6、3M2M1M0SBUF Rx SR方式控制器波特率發(fā)生器fOSC/12TXD(P3.1)時(shí)鐘 fOSC/12同步時(shí)鐘TIRISCON.1SCON.0串口方式0(移位寄存器)的特點(diǎn)n 編程設(shè)置SCON的最高3位為0, 則選擇方式0n 該方式下, 波特率(同步時(shí)鐘頻率)為fOSC/12 波特率: 每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位個(gè)數(shù)n 寫SBUF, 則啟動發(fā)送(移位寄存器輸出并串)n 當(dāng)RI=0, 而且REN=1時(shí), 啟動接收 (串并)n 該方式下, RXD(P3.0)和TXD(P3.1)兩引腳的功能 RXD: 雙向同步數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳 TXD: 同步時(shí)鐘輸出引腳串口方式1的結(jié)構(gòu)SCON.3SBUF Tx S

7、RTB8SCON.6SCON.7SM1SM0 RXD (P3.0)Rx SR方式選擇M3M2M1M0RXD (P3.1)方式和波特率控制器SBUF RxRB8SCON.2TI RISM2T1溢出率SCON.1SCON.0SCON.4串口方式1(10位UART)的特點(diǎn)n 當(dāng)SCON的最高2位為01B時(shí), 串口按方式1工作n 此時(shí)的波特率取決于T1(對8051內(nèi)核)的溢出率(下2頁)n RXD和TXD兩引腳分別為串行數(shù)據(jù)接收輸入和發(fā)送輸出 TI=0時(shí), 寫SBUF, 則啟動發(fā)送, 首先發(fā)送一個(gè)Start位(固定為低電平) 后再傳送8位數(shù)據(jù), 最后再發(fā)送一個(gè)Stop位(固定為高電平) , 完成發(fā)送.

8、 在Stop位正確傳送后, 自動置TI=1 RI=0時(shí), 令REN=1, 則啟動接收, UART以16倍于波特率的速度采樣RXD引腳電平, 檢測到一個(gè)有效的Start位(低電平)后開始接收8個(gè)數(shù)據(jù)位, 正確地接收到Stop位(高電平)后, 完成接收, 自動置RI=1串口方式1(10位UART)的工作時(shí)序RENRXD (P3.0)RID0等待Start bitD1D2D3D4D5D6Data byteD7Stop bit(a) 串行口方式 1 接收數(shù)據(jù)的時(shí)序?qū)?SBUFTXD (P3.1)D0Start bitD1D2D3D4D5D6Data byteD7Stop bitTI (b) 串行口方式

9、 1 發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序串口方式1的波特率計(jì)算方法n 一般計(jì)算公式SMOD2Baudrate =T1的溢出率32n 當(dāng)T1工作在方式2 (8位自動重裝的定時(shí)器) 時(shí)2SMOD12SMODfBaudrate= OSC32(256 - iV ) TM3212(256 - iV )whereiV為T1的初始值,TM 為機(jī)器周期,fOSC為振蕩頻率n 當(dāng)T1工作在方式0和1 (分別為n=13, 16位定時(shí)器) 時(shí)2SMOD12SMODfBaudrate = OSC32(2n - iV + 9) T3212(2n - iV + 9)ML?1. 這里為什么要加9? (Hint: 見教材p.175的中斷程序.)

10、2. 驗(yàn)證教材p.176的表5-3.串口方式2和3的特點(diǎn)n 串口方式2和3都是異步串行通訊方式n 串口工作在方式2和3時(shí) 發(fā)送數(shù)據(jù)格式: Start,8bits Data,TB8,Stop 接收數(shù)據(jù)格式: Start,8bits Data,RB8,Stop工作時(shí)序見教材p.171圖5-23和5-24n 方式2的波特率固定為(2SMOD/64) fOSCn 方式3的波特率的計(jì)算方法同方式1n 方式2和3的應(yīng)用示例見教材p.172173 (兩個(gè)MCS- 51單片機(jī)之間的通訊)7.3單片機(jī)串行口的應(yīng)用n 7.3.1串行口擴(kuò)展顯示器n 【例7-1】用8位串入并出移位寄存器74HC164擴(kuò)展顯示器。+5

11、V(7)(1)(0)74HC164(7)DQ7 Q1Q074HC164(1)DQ7 Q1Q0(0)Q7 Q1Q0D74HC1648051RXDTXD功能：把數(shù)據(jù)從顯示緩沖區(qū)送到數(shù)碼管。入口；將要顯示的數(shù)放在以DIS0為首的8個(gè)單元中。出口：把預(yù)置的數(shù)輸出以更新原有的顯示。MOVR2，08H；顯示8個(gè)數(shù)碼管MOVR0，DIS7；顯示緩沖區(qū)未地址送入R0 DL0：MOVA，R0；取要顯示數(shù)作查表偏移量MOVDPTR，TAB；指向字形表首MOVCA，ADPTR；查表得字形碼MOVSBUF，A；發(fā)送顯示DL1： JNBT1，DL1；等待發(fā)送完一幀CLRT1；清中斷標(biāo)志，準(zhǔn)備繼續(xù)發(fā)送DECR0；更新顯示

12、單元DJNZR2，DL0；重復(fù)顯示所有數(shù)碼管TAB：DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4，DB92H，82H，0F8H，80H，90H；5，6，7，8，9， DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；A，B，C，D，E，DB8EH，0BFH，8CH，0FFH；F，P，暗7.3.2 串行口擴(kuò)展的鍵盤n 在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，以8位數(shù)據(jù)為一幀，先發(fā)送或接收最低位，每個(gè)機(jī)器周期發(fā)送或接收一位，故其波特率是固定的，為fosc12。串行數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）端輸入或輸出。vcc91274HC165RXDTXD8051D0D1 D2 D3 D4 D

13、5 D6D7vccORG0100HSTART：MOVR7，20MOVR0，50HMOVDPTR，#TABRCVI：MOVSCON，10HJNBRI，$CLRRIMOVA，SBUFMOVR0，#0MOVR1，#0LP1：RRCAJNCN1INCR0INCR1CJNE R1，08，LP1 SJMP RCVIN1: MOV A，R0ADD A，AJMP ADPTR TAB: AJMPOPR0AJMPOPR1 AJMPOPR7OPR0：LJMPSTARTOPR7：LJMPSTARTEND【例7-3 】編程把甲機(jī)片內(nèi) RAM50H 5FH7.3.3雙機(jī)通信TXDRXD8051應(yīng)用系統(tǒng)（乙） GNDGND

14、RXDTXD8051應(yīng)用系統(tǒng)（甲）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 波 特 ， fosc 11 0592MHz ， 預(yù)置值TH10E8H。編程使乙機(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。接收過程中要求判奇偶校驗(yàn)標(biāo)志RB8。若出錯(cuò)則置F0標(biāo)志為1，若正確則置F0標(biāo)志為0， 然后返回。發(fā)送子程序如下：n MOV TMOD，#20H；設(shè)置定時(shí)器1為方式2n MOV TL1，0E8H；設(shè)預(yù)置值n MOV TH1，0E8Hn SETBTRI；啟動定時(shí)器1n MOV SCON，0C0H；設(shè)置

15、串行口為方式3n MOV PCON，00H；SMOD0n MOV R0，#50H；設(shè)數(shù)據(jù)塊指針n MOV R7，10H；設(shè)數(shù)據(jù)長度10Hn TRS：MOVA，R0；取數(shù)據(jù)送至An MOV C，Pn MOV TB8，C；奇偶位P送至TB8n MOV SBUF，A啟動發(fā)送n WAIT：JNBTI，$；判1幀是否發(fā)送完n CLR TIn INC R0；更新數(shù)據(jù)單元n DJNZR7，TRS；循環(huán)發(fā)送至結(jié)束接收子程序編程如下：MOV TMOD，20HMOV TL1，0E8H；設(shè)置定時(shí)器1為方式2；設(shè)預(yù)置值MOV TH1，0E8HSETBTR1；啟動定時(shí)器1MOV SCON，0C0H；設(shè)置串行口為方式3M

16、OV PCON3，00H；SMOD0MOV DPTR，3000H；設(shè)置數(shù)據(jù)塊指針MOV R7，10H；設(shè)數(shù)據(jù)塊長度SETBREN；允許接收WAIT：JNBRI，$；判1幀是否接收完CLR RIn MOV A，SBUF；讀入1幀數(shù)據(jù)n JNB PSW.0，PZ；奇偶位P為0則跳轉(zhuǎn)n JNB RB8，ERR；Pl，RB80則出錯(cuò)n SJMPYES；二者全為1則正確n PZ：JBRB8，ERR；P0，RB8l則出錯(cuò)n YES：MOVXDPTR，A；正確，存放數(shù)據(jù)n INC DPTR；修改地址指針n DJNZR7，WAIT；判斷數(shù)據(jù)塊接收完否n CLR PSW.5；接收正確且接收完清F0標(biāo)志n RET

17、；返回n ERR：SETBPSW.5；出錯(cuò)則置F0標(biāo)志為“l(fā)”n RET；返回7.3.4多機(jī)通信n 多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)，主要靠主、從機(jī)之間正確地設(shè)置與判斷多機(jī)通信控制位SM2和發(fā)送或接收的第9數(shù)據(jù)位（D8）。以下簡述如何實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。TXD RXD 80C512#從機(jī)TXD RXD 80C511#從機(jī)TXD RXD 80C510#從機(jī)8051主機(jī)RXDTXD多機(jī)之間的通信過程可歸納如下：n （1）主、從機(jī)均初始化為方式2或方式3，置SM21，允許中斷。n （2）主機(jī)置TB81，發(fā)送要尋址的從機(jī)地址。n （3）所有從機(jī)均接收主機(jī)發(fā)送的地址，并進(jìn)行地址比較。n （4）被尋址的從機(jī)確認(rèn)地址后，置本機(jī)SM

18、20， 向主機(jī)返回地址，供主機(jī)核對。（5n ）核對無誤后，主機(jī)向被尋址的從機(jī)發(fā)送命令， 從機(jī)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。n （6）通信只能在主、從機(jī)之間進(jìn)行，兩個(gè)從機(jī)之間的通信需通過主機(jī)作中介。n （7）本次通信結(jié)束后，主、從機(jī)重置SM21，主機(jī)可再對其他從機(jī)尋址。例：主機(jī)向02號從機(jī)發(fā)送50H5FH中的數(shù)據(jù)；02 號從機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)放到內(nèi)RAM30H 3FH單元中。ORG0030HMAIN：MOVSCON，98HM1：MOVSBUF，02HL1：JNBTI，$CLRTIJNBRI，$MOVA,SUBFXRLA,#02HJZRHTAJMPM1n 主機(jī)程序： RHT：CLRTB8 MOVR0，50H M1

19、：MOVR7，10H L3：MOVA，R0MOVSBUF，AJNBTI，$CLRTIINCR0DJNZR7,L3AJMPMAINEND從機(jī)程序：ORG0030HMAIN：MOVR0，30HMOVR6，10HSI：MOVSCON，0B0HSR1：JNBRI，$CLRRISR2：MOVA,SUBFXRLA,#02HJNZSR1CLRSM2MOVSBUF，#02HJNBTI，$CLRTI SR3 ：JNBRI，$ CLRRI JNBTB8，RHT SETBSM2 SJMPSR1 RHT：MOVA，SBUF MOVR0， A INCR0 DJNZR6,SR3 AJMPSI END多源中斷系統(tǒng)的響應(yīng)n

20、MCS-51單片機(jī)的5個(gè)中斷源分2級優(yōu)先級管理, 可以同時(shí)使用全部的5個(gè)中斷或其中部分中斷, 以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求主程序中斷服務(wù)程序中斷請求(保護(hù)現(xiàn)場)高優(yōu)先級主程序斷點(diǎn)中斷請求高優(yōu)先級(保護(hù)現(xiàn)場)中斷服務(wù)程序恢復(fù)中斷服務(wù)程序斷點(diǎn)斷點(diǎn)現(xiàn)場恢復(fù)斷點(diǎn)現(xiàn)場繼續(xù)執(zhí)行 中斷程序中斷返回中斷返回n 使用時(shí)注意1. 優(yōu)先級;2. 中斷嵌套;3. 可重入程序;(資源沖突)4. 全局變量賦值(賦值和判斷)外部中斷的擴(kuò)展示例外EIQ1部EIQ2中EIQ3斷EIQ4請EIQ5求EIQ6信EIQ7號EIQ8U2U18051INT01A11Y11A21Y21A31Y31A41Y42A12Y12A22Y22A32Y32A

21、42Y4G1 G2P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6P1.7U3ResetXTAL1XT1XTAL2+5VC3R1C1C2總結(jié)第5章n MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)及其相關(guān)的控制和標(biāo)志 寄存器 (5個(gè)中斷源, TCON, SCON, IE, IP)n 外部中斷0和1的結(jié)構(gòu)和響應(yīng)過程(4步: 采樣置標(biāo)志位; 檢驗(yàn)中斷條件; 執(zhí)行硬件調(diào)用; 中斷返回), 外部中斷的應(yīng)用和編程控制方法n 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0和1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)寄存器(TCON, TMOD, THi, TLi), 方式03的工作原理和編程方法(初始化和初始值計(jì)算方法), 以及它們的應(yīng)用n 串口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和

22、4種工作方式n 多源中斷響應(yīng)中斷程序的執(zhí)行過程#include void main (void)中斷嵌套Init_8051(); while(1);保存斷點(diǎn)/現(xiàn)場修改PC的值恢復(fù)現(xiàn)場斷點(diǎn)中斷程序1;保存斷點(diǎn)/現(xiàn)場修改PC的值恢復(fù)現(xiàn)場中斷程序2;保存斷點(diǎn)/現(xiàn)場;修改PC的值;恢復(fù)現(xiàn)場中斷程序3;L?1. “斷點(diǎn)/現(xiàn)場”指的是什么？2. 恢復(fù)現(xiàn)場時(shí),CPU做了什么？3. CPU有多個(gè)中斷時(shí), 如果讓某些中斷可以執(zhí)行, 某些中斷不執(zhí)行? 同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷時(shí), 如何讓某些先執(zhí)行?MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)高優(yōu)先J MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)由5個(gè)中斷源組成, 并分兩級優(yōu)先級管理先后順序TCON0中

23、斷源控制 中斷總控制 優(yōu)先級控制EA中斷響應(yīng)高優(yōu)先外部中斷0INT0IT0IE0PX01EX010定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷0觸發(fā)方式選擇PT0TF0ET010先后順序0外部中斷1INT1IT1IE1PX11EX110低優(yōu)先觸發(fā)方式選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷1接收&發(fā)送中斷PT1TF1ET110先后順序RITIorPSES10SCONIEIP總結(jié)第25章J 至此, 我們已經(jīng)完全掌握了“MCS-51單片機(jī)的原理”部分內(nèi)容n MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳, 存儲器和時(shí)鐘n 其指令集和匯編程序設(shè)計(jì)方法n 如何用C語言開發(fā)MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)n MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)和內(nèi)部的功能單元J掌握單片模式的MC

24、S-51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)基礎(chǔ)J這里所掌握的學(xué)習(xí)方法, 可以用于連接其它單片機(jī)J擴(kuò)展模式的MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)需要掌握第6和7章的內(nèi)容練習(xí)：在內(nèi)部RAM的21H單元開始存放有一組單字節(jié)不帶符號數(shù)，數(shù)據(jù)長度為30H，要求找出最大數(shù)存入BIG單元。（程序代碼）MOV R2, #30H MOV R0, #21H MOV B,#00HLOOP1: MOV A, R0 CLR CSUBB A,BJC SKIP; 有借位， B大，不交換MOV A, R0 MOV B, ASKIP: INC R0DJNZ R2, LOOP MOV A, B MOV BIG, A RET練習(xí)3-8：從數(shù)組中找最小數(shù)和最大數(shù)。數(shù)組的起始地址為30H,數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)在R1中，并將最小數(shù)存放在A中，最大數(shù)存放在B中。（程序代碼）NEXT: INC R0DJNZ R1, BIG MOV A