《蓝桥杯单片机设计与开发》课件 第10-18章 信号频率测量 -单片机设计与开发赛题解析

【蓝桥杯】《单片机应用技术》教学课件No.10信号频率测量

IAP15F2K61S2内部集成了3个16位的定时/计数器T1、T0和T2，其核心部件是两个8位加法计数器（TH和TL），可合成为一个16位计数器，对脉冲进行计数。（1）若计数脉冲来自内部时钟，称为定时器(Timer)；（2）若计数脉冲来自T1（P3.5）、

T0（P3.4）或者T2（P3.1）引脚，称为计数器(Counter)。

【REVIEW】定时/计数器T1和T0定时/计数控制寄存器定时/计数模式寄存器在初始化过程中，设置定时器或计数器的初始值，需要进行一些运算。计数器最大计数值为M时(16位定时/计数器：M=216=65536,

8位定时/计数器：M=28=256),则初值X的计算方法如下：

【12T】X=M-要求的定时值

/

(12/系统时钟频率)

【1T】

X=M-要求的定时值/(1/系统时钟频率)

注：OSC=12MHz时：

【12T】12/系统时钟频率=1，【1T】1/系统时钟频率=1/12。定时/计数器工作之前要进行初始化配置，通常包括以下几个步骤：STEP1:确定T1和T0的工作方式，对TMOD进行赋值；STEP2：计算定时/计数初值,并写入TH1、TL1或TH0、TL0；STEP3：开放中断，对IE进行赋值；STEP4：置TR1或TR0为1，启动定时/计数器工作。No.10-1频率测量方法2.频率测量的三种方法1.什么是频率？频率测量直接测频法测周期法等精度测量法ISBN:978-7-302-61129-5No.10-2脉冲信号的频率测量★定时/计数器应用实践-信号频率测量【任务描述】在蓝桥杯单片机开发板上，用跳线帽将J3的NET_SIG与P34（第15和16针）短接，其中P34为定时/计数器T0的外部计数信号输入引脚。

新建工程，编写程序，实现以下功能：（1）单片机加电后，关闭蜂鸣器、继电器以及8个LED灯；（2）测量NE555多谐振荡器输出信号的频率，并应用数码管按下图所示格式显示信号频率值。其中“F”为频率提示符，后5位数码管显示测量的频率值，单位为Hz。当测量的频率数值不足5位时，将左侧不需要的数码管熄灭。（3）调节电位器Rb3,能够实时测量信号的频率值。（4）用示波器测量振荡器输出信号NET_SIG的频率值，计算频率测量误差。频率测量时需要将J3的15(NET_SIG)与16(SIG_out,P3.4)用跳线帽短接！实现方案(2)单位时间应用T1，设置为定时器，工作模式为0。【12T】设置为50ms定时,赋初值：TH1=(65536-50000)/256;

TL1=(65536-50000)%256;【1T】设置为5ms定时,赋初值：

TH1=(65536-60000)/256;

TL1=(65536-60000)%256;(1)测脉冲应用T0(P3.4)设置为计数器,工作模式为2，初值为0xff。处理思路：(1)测脉冲：用计数器！(2)单位时间：用定时器！#include<reg52.h>#include"user.c"//内部变量定义unsignedintpulse_cnt=

0;unsignedintfreq_value=

0;//数码显示数据缓存区,初设数据为”F(灭灭)00000”unsignedcharDTbuf[]={15,17,17,0,0,0,0,0};voidFreqValue2buf(void);//函数声明//定时器初始化子程序voidTimer01init

()

{//T0用于计数,模式2,装初值0xff

TH0=0xff;TL0=0xff;

//T1用于定时,模式0,[12T]50ms,装初值

TH1=(65536-50000)/256;

TL1=(65536-50000)%256;

//

设置TMOD

TMOD=0x06;//bit：0000_0110ET0=1；ET1=1；EA=1；TR0=1；TR1=1；}//计数器0中断服务程序voidTimer0isr()interrupt1

{

pulse_cnt++;}//定时器1中断服务程序voidTime1isr()interrupt3

{

staticunsignedchartimes=

0;

times++;if(times==20){

freq_value=pulse_cnt;

FreqValue2buf();pulse_cnt=0;

times=0;}

}//将频率值分解为BCD码存入数码显示缓冲区voidFreqValue2buf(void){DTbuf[3]=freq_value/10000;

DTbuf[4]=(freq_value/1000)%10;

DTbuf[5]=(freq_value/100)%10;

DTbuf[6]=(freq_value/10)%10;

【12T】信号频率测量应用程序1（

顺序显示+中断测量

）

DTbuf[7]=freq_value%10;

}//频率值显示子程序voidDispFreqValue(){DT_drv(0,DTbuf[0]);Delay1ms(2);

//显示F

//DT_drv(1,DTbuf[1]);Delay1ms(2);//不驱动

//DT_drv(2,DTbuf[2]);Delay1ms(2);//不驱动

if(DTbuf[3])//如果万位数不为0,则显示

{DT_drv(3,DTbuf[3]);Delay1ms(2);}

//如果万位数和千位数不同时为0，则显示

if(DTbuf[3]|DTbuf[4])

{DT_drv(4,DTbuf[4]);Delay1ms(2);}

if(DTbuf[3]|DTbuf[4]|DTbuf[5])//百位数{DT_drv(5,DTbuf[5]);Delay1ms(2);}

DT_drv(6,DTbuf[6]);Delay1ms(2);

//十位数

DT_drv(7,DTbuf[7]);Delay1ms(2);

//个位数

}

//主程序voidmain(){

//关LED

LED_drv(0xff);

//关BEEP和继电器BEEP_off();RELAY_off();Timer01init();while(1)DispFreqValue();}

数码管显示刷新率分析：取刷新延时2ms时,完成6个数码管刷新需要（约）12ms,因此，数码管的刷新率能够达到80次/秒以上。#include<reg52.h>#include"user.c"//内部变量定义unsignedintpulse_cnt=

0;unsignedintfreq_value=

0;//数码显示数据缓存区,初设数据为”F(灭灭)00000”unsignedcharDTbuf[]={15,17,17,0,0,0,0,0};//定时器初始化子程序voidTimer01init

(){

//

设置TMOD

TMOD=0x06;//bit：0001_0110

//T0用于计数,模式2,装初值0xff

TH0=0xff;TL0=0xff;

//T1用于定时,模式0,[12T]2ms,装初值

TH1=(65536-2000)/256;

TL1=(65536-2000)%256;

ET0=1；ET1=1；EA=1；

TR0=1；TR1=1；}//定时器0中断服务程序voidTimer0isr()interrupt1

{freq_cnt++;}//将频率值分解为BCD码存入数码显示缓冲区voidFreqValue2buf(void){DTbuf[3]=freq_value/10000;

DTbuf[4]=(freq_value/1000)%10;

DTbuf[5]=(freq_value/100)%10;

DTbuf[6]=(freq_value/10)%10;

DTbuf[7]=freq_value%10;

}//定时器1中断服务程序voidTime1isr()interrupt3

{

staticunsignedinttimes=

0;staicunsignedcharDTno=0xff;//数码管序号

DTno++;

//序号变量加1DTno&=0x07;

//截取后3位【12T】信号频率测量应用程序2（纯中断方式）应用定时器T1即实现1s定时，又驱动数码管显示。

DT_drv(DTno,DTbuf[DTno]);//驱动数码管

times++;

if(times==500)

{freq_value=pulse_cnt;

FreqValue2buf();pulse_cnt=0;

times=0;}

}//主程序voidmain(){//关LED

LED_drv(0xff);

//关BEEP和继电器BEEP_off();RELAY_off();Timer01init();while(1);}

1.对同一脉冲频率，两种方法的测量结果是否相同？2.应用信号源两种应用程序的测率误差，并分析产生测量误差的主要原因。No.10-3PCA及其应用（1）1.测（脉冲）频率（T0+T1/T2）2.串口（T1/T2）3.数码管刷新与事务处理（T0/T1/T2）4.PWM(周期<100Hz,周期>1kHz)(T2/PCA)5.超声波测距（T0/T1/PCA）IAP15F2K61S2

STC15系列单片机的可编程计数器阵列（ProgrammableCounterArray，PCA）由16位PCA定时器/计数器和三个PCA模块组成，如图10-6所示。每个PCA模块均可设置为捕获（capture）、软件定时器、高速脉冲输出和PWM输出4种工作模式。16位PCA定时器/计数器（CH和CL）是3个PCA模块的公共时间基准。定时器/计数器的内部结构如图10-7所示，通过特殊功能寄存器CMOD来选择PCA定时器/计数器的时钟源。18.1PCA相关寄存器PCA的工作状态由CCON、CMOD、CCAPMn，以及PCA_PWMn等多个特殊功能寄存器控制。1.

PCA控制寄存器CCON（可位寻址）特殊功能寄存器CCON包括PCA定时器/计数器的运行控制位，PCA定时器溢出标志位和PCA模块0~2的中断标志位。

STC15系列单片机中断系统的总体结构（中断源max:19）INT：5Timer：5UART：42.PCA模式寄存器CMOD（不可位寻址）

特殊功能寄存器CMOD用于选择PCA定时/计数器的时钟源，以及空闲模式下是否停止PCA计数的控制位和PCA计数器溢出中断允许位。3.PCA计数值寄存器CH和CL

特殊功能寄存器CH和CL分别为16位PCA计数器的高8位和低8位，地址分别为0xF9和0xE9。复位值均为0x00，用于存储PCA计数器的计数值。4.PCA模块模式寄存器CCAPM0、CCAPM1和CCAPM2

寄存器CCAPMn（n=0~2）分别用于设置PCA模块0~2的工作模式。CCAPM0的SFR地址为0xDA。单片机复位后，CCAPM0的初值为x000_0000。5.PCA模块捕获值/比较值寄存器CCAPnH和CCAPnL

当模块用于捕获或者比较时，CCAPnH和CCAPnL（n=0~2）用于存储模块的16位捕获值。设置模块为PWM输出模式时，CCAPnH和CCAPnL用来控制输出PWM的占空比。CCAPnH和CCAPnL对应的地址分别为0xFA和0xEA、0xFB和0xEB、0xFC和0xEC。单片机复位后，CCAPnH和CCAPnL的复位值均为0x00。

6.PCA模块PWM模式寄存器PCA_PWM0、PCA_PWM1和PCA_PWM2STC15系列单片机的PCA模块0~2可以通过设置寄存器PCA_PWMn(n=0~2)中的比特位EBSn_1和EBSn_0，设置模块0~2工作于8位PWM、7位PWM或者6位PWM模式。18.4*PCA的应用-脉冲占空比测量思考与练习

1.占空比（duty）定义为周期信号高电平的持续时间与周期的比值，如图所示。怎样测量信号的占空比？2.参考测率测量应用程序，编写能够测量555定时器输出信号占空比的应用程序，在数码管上同时显示信号的频率值和占空比值，显示格式定义如图所示。【蓝桥杯】《单片机设计与开发》教学课件【共4篇】1.基础篇；2.应用篇；3.器件篇；4.实战篇。No.11PWM的产生与应用1.脉冲2.脉冲特性参数

PWM广泛应用于开关电源和电机调速中。

要控制直流电机的速度，通常采用脉冲周期固定、占空比可调的PWM信号通过驱动电路控制直流电机的转速，其中SSR为固态继电器（SolidStateRelay）。PWM是PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)的缩写，是对模拟信号的幅度进行数字化编码的方法。简单理解：PWM就是周期不变占空比可调的脉冲序列。3.PWM

SPWM波产生的原理如下图所示，其中三角波称为载波，正弦波称为调制波。【工程实践1】

LED亮度和闪烁频率控制（1）

【任务描述】新建工程，编写代码，产生频率为100Hz的PWM控制LED的亮度。具体要求如下：（1）单片机上电后，先关闭蜂鸣器和继电器，并预设PWM信号的占空比为50%；（2）定义按键S7为LED“亮度控制”键。按下S7时，PWM信号的占空比按“0→10%→20%→30%→50%→90%”循环变化，以控制LED的亮度；（3）定义按键S6为LED“闪烁频率控制”键。未按下S6之前，LED以0.5为间隔闪烁。按下S6时，LED的闪烁频率以0.2s、0.5s和0.8s为间隔依次切换。分析：（1）PWM信号频率为100Hz时，周期为10ms。（2）若定义PWM信号周期由10个计数点组成，则可以控制PWM信号的占空比按10%步进变化,满足占空比步进要求。（3）对于100Hz的PWM信号，每个PWM周期取10个计数点时，则每个计数点之间的时间间隔为（10ms/10=）1ms。因此，需要应用定时器每隔1ms产生一次中断，10次中断对应一个PWM周期。（4）在一个PWM周期内，根据占空比的要求应用条件运算符（或条件语句）产生高、低电平，输出相应占空比的PWM信号。（5）控制LED以0.2s、0.5s和0.8s为间隔闪烁时，需要产生周期为0.4s、1s和1.6s的方波信号，用方波信号控制PWM是否输出驱动LED。根据上述分析，控制LED亮度和闪烁频率的具体设计思路是：（1）将T0设置为定时器，定时间隔为1ms，根据占空比要求应用条件运算符产生相应的PWM信号；（2）将T1设置为定时器，定时间隔为2ms，用于数码管刷新显示，同时根椐条件产生周期为0.4s、1s或1.6s的方波信号SQwav。（3）用方波SQwav控制PWM信号驱动LED闪烁。

根据上述设计思路，预定义PWM信号的占空比为50%、LED以0.5s为间隔闪烁，应用数码管显示状态、占空比和闪烁参数，应用按键S7和S6分别控制LED亮度和闪烁频率的应用程序代码参考如下。数码管显示格式定义如下表所示。//文件名CP11_PWMduty_twinkling.c#include<reg52.h>#include"user.c"#defineSQ0p2s100//快速闪烁参数定义#defineSQ0p5s250//中速闪烁参数定义#defineSQ0p8s400//慢速闪烁参数定义sbitS7=P3^0;//按键I/O定义sbitS6=P3^1;//数码显示数据缓冲区定义unsignedcharDTbuf[8]={3,16,5,0,16,2,5,0};//按键消抖采样字节变量定义unsignedcharS7buf=0xff,S6buf=0xff;//状态变量,取值范围为0~5unsignedcharstate=3;//占空比控制变量，预设为50%

unsignedcharDuty=3;

//方波输出控制变量，预设以0.5s为间隔闪烁unsignedintSQmode=SQ0p5s;bitPWM;//PWM输出bitSQwav;//方波输出//定时器T1和T0初始化voidTimer01Init(){//AUXR&=0x3F; //设置T1和T0时钟均为12T//设置T1和T0为定时器,模式0TMOD=0x00;

//T0用于1ms定时,装初值TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;

//T1实现2ms定时，装初值TH1=(65536-2000)/256;TL1=(65536-2000)%256;ET0=1;ET1=1;//允许T0和T1中断EA=1;//开放总中断TR0=1;TR1=1;//启动T0和T1}//T0中断服务程序，用于产生PWMvoidTimer0isr()interrupt1{//PWM计数点变量

staticunsignedcharPWMcnt=0;PWMcnt++;//中断次数加1//PWMcnt为10时对应一个PWM周期if(PWMcnt=10)PWMcnt=0;//生成PWM信号PWM=(PWMcnt<Duty)?1:0;}

/*T1中断服务程序，用于刷新数码管、键值采样和产生方波信号*/voidTimer1isr()interrupt3{//数码管序号变量

staticunsignedcharDTno=0xff;

//中断次数统计变量

staticunsignedintSQcnt=0;DTno++;//数码管刷新过程DTno&=0x07;DT_drv(DTno,DTbuf[DTno]);//键值采样过程S7buf=(S7buf<<1)|S7;S6buf=(S6buf<<1)|S6;

SQcnt++;//中断次数加1if(SQcnt>=SQmode)//方波输出控制{SQcnt=0;SQwav=~SQwav;}}//按键处理子程序voidKeysProcess(){if(S7buf==0x00)

//如果S7按下{//LED亮度控制

switch(state)

{

case0:state=1;Duty=1;break;

case1:state=2;Duty=2;break;

case2:state=3;Duty=3;break;

case3:state=4;Duty=5;break;

case4:state=5;Duty=9;break;

case5:state=0;Duty=0;break;default:state=3;Duty=3;}DTbuf[0]=state;//更新显示DTbuf[2]=Duty;

//DTbuf[3]=0;while(S7buf!=0xff);//等待S7释放}if(S6buf==0x00)//如果S6按下{

switch(SQmode)

//LED闪烁频率调整{

caseSQ0p2s:SQmode=SQ0p5s;break;

caseSQ0p5s:SQmode=SQ0p8s;break;

caseSQ0p8s:SQmode=SQ0p2s;break;default:SQmode=SQ0p5s;}DTbuf[5]=SQmode/100;DTbuf[6]=(SQmode%100)/10;DTbuf[7]=SQmode%10;while(S6buf!=0xff);//等待S6释放}}//主程序voidmain(){BEEP_off();//关闭蜂鸣器RELAY_off();//断开继电器Timer01Init();//T0和T1初始化while(1){KeysProcess();//按键处理

//SQwav和PWM均为1时if(SQwav&PWM)LED_drv(0x00);//点亮LEDelse//否则LED_drv(0xff);//熄灭LED}}【工程实践2】PWM应用进阶-呼吸流水灯

【任务描述】在蓝桥杯开发板上，将键盘设置为独立按键模式，然后编写程序，应用PWM信号实现呼吸流水灯。具体任务如下：（1）系统上电后，关闭蜂鸣器和继电器，并点亮LED4和LED5，其余LED熄灭；（2）按下S4按键并松开后，8个LED灯从左向右呼吸点亮，即：LED1缓慢点亮→LED1缓慢熄灭→LED2缓慢点亮→LED2缓慢熄灭→。。。→LED8缓慢点亮→LED8缓慢熄灭→LED1缓慢点亮→。。。,其中缓慢点亮的时间设置为0.5s,缓慢熄灭的时间为0.5s;（3）再次按下S4按键并松开后，切换流水方向，即从当前LED开始从右向左呼吸流水；（4）在按键S4按下期间，LED暂停呼吸并保持现有的亮度，直到S4松开后从当前状态恢复呼吸流水；（5）按下按键S7时，暂停流水并保持当前LED亮度，同时用数码管显示当前LED的序号和亮度，如图所示。松开S7后数码码熄灭，恢复呼吸流水。分析：(1)要求每个LED灯,缓慢点亮0.5s,缓慢熄灭0.5s，因此一次呼吸过程为1s;(2)若将缓慢点亮过程和缓慢熄灭过程均定义为10级占空比，按10%步进，则每级占空比的PWM信号持续时间为0.5s/10=50ms;(3)若定义每级占空比包含10个PWM周期，则每个PWM的周期为50ms/10=5ms；(4)若定义每个PWM周期包含10个计数点，则每个计数点的间隔为5ms/10=0.5ms,因此需要设计定时器每0.5m产生一次中断，计数一次；(5)根据上述分析，一次呼吸过程需要2000个计数值：（1）0~999为缓慢点亮过程，每级占空比对应100个计数值，包含10个PWM周期，每个PWM周期对应10个计数点；（2）1000~1999为缓慢熄灭过程，每级占空比对应100个计数值，包含10个PWM周期，每个PWM周期对应10个计数点。//文件名CP11_LEDbreath_twinkling.c#include<reg52.h>#include"user.c"//按键引脚定义sbitS7=P3^0;//显示当前状态信息键sbitS4=P3^3;//呼吸灯流动方向控制键//全局变量定义unsignedcharS4no=0;//S4按键次数统计：0~2unsignedcharDuty=0;//占空比,初值为0unsignedcharLEDno=0;//当前LED灯号：0~7bitKEYpressed;//按键按下状态标志bitPWM;//PWM信号

//状态信息显示子程序

voidLEDinfo_display(void){DT_drv(0,LEDno+1);Delay1ms(5);//显示LED号DT_drv(6,Duty);Delay1ms(5);//显示占空比

DT_drv(7,0);Delay1ms(5);//显示0}//定义关闭所有数码管子程序

voidAllDT_off(void){P0=0xff;DTseg_en;ALL_off;P0=0xff;DTbit_en;ALL_off;}//T0初始化子程序voidTimer0Init(){//AUXR&=0x7F;//设置定时器T0为12T时钟//设置T0为16位定时器，自动重装初值方式TMOD&=0xf0;//位与后赋值//定时0.5ms,@12MHzTH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256;ET0=1;//开T0中断EA=1;//开放总中断TR0=1;//启动T0}

//T0中断服务程序voidTimer0isr()interrupt1

{//中断次数统计变量：0~2000staticunsignedinttimes=0;

//若S4未按下过,则显示初始状态,关闭数码管返回if(S4no==0){LED_drv(~0x18);AllDTs_off();return;}

//如果按键处于按下状态,不处理直接返回if(KEYpressed)return;//PWM信号生成与LED驱动

times++;//中数次数计数

//如果一次呼吸过程结束if(times==2000){times=0;//重新开始计数

//根据S4按键的次数调整呼吸灯流动方向

if(S4no==1)LEDno++;elseLEDno--;//LED序号越界处理,截取变量LEDno后3位LEDno&=0x07;}//每计数100次重新定义占空比(0~9)if((times%100)==0)if(times<1000)Duty=(times/100);elseDuty=19-(times/100);

//每计数10次生成一个PWM周期PWM=((times%10)<Duty)?1:0;

//驱动LED显示if(PWM)LED_drv(~(0x01<<LEDno));elseLED_drv(0xff);}

//按键扫描子程序voidScanKeys()

{

//如果S4按下if(S4==0){Delay1ms(20);//延时消抖

if(S4==0)KEYpressed=1;//如果S4仍处于按下状态,设置KEYpressed有效while(S4==0);//等待S4释放

//S4已释放,设置KEYpressed无效

KEYpressed=0;S4no++;//S4按键次数加1//如果S4按键次数大于2，则转为1if(S4no>2)S4no=1;}

//如果S7按下if(S7==0){Delay1ms(20);//延时消抖if(S7==0)//如果S7仍处于按下状态{KEYpressed=1;//设置KEYpressed有效//S7按下期间,显示当前灯号及占空比while(S7==0)LEDinfo_display();}//S7已释放,设置KEYpressed无效KEYpressed=0;AllDT_off();//关闭所有数码管}}//主程序voidmain(){//关闭蜂鸣器和继电器BEEP_off();RELAY_off();

AllDTs_off();

//T0初值化

Timer0Init();//主循环,只检测按键

while(1)ScanKeys();}

PCA及其应用（2）18.3*PWM输出模式

将比较/捕获模式寄存器CCAPMn的比特位ECOMn和PWMn同时置1时，即可配置PCA模块n工作于PWM模式，然后再通过PWM寄存器PCA_PWMn将PCA模块配置为8位PWM、7位PWM或者6位PWM模式。

设置PWM寄存器中PCA_PWMn中的比特位[EBSn_1,EBSn_0]=[0,0]或者[1,1]时，则PCA模块n工作于8位PWM输出模式，此时PCA模块的内部结构如图11-7所示，通过将{0,CL[7:0]}与[EPCnL,CCAPnL[7:0]]进行比较产生PWM波。综合训练题11-1.设计模拟风扇控制系统，用按键控制风扇的运行模式和设置定时时间。具体的功能要求描述如下：1.运行模式风扇有“睡眠风”、“自然风”和“正常风”三种工作模式，对应的PWM占空比分别为20%、30%和70%。2.显示格式数码管以表题11-1所示的格式显示当前工作模式和剩余工作时间。3.按键功能描述（1）定义按键S4为工作模式切换键。每次按下S4后，依次按“睡眠风”、“自然风”和“正常风”的顺序切换工作模式；（2）定义按键S5为定时时间设置键。每次按下S5后，定时时间在1、2和3分钟之间倍依次切换，然后以倒计时方式显示剩余工作时间。剩余工作时间为0时，停止PWM输出。（3）定义按键S7为停止键。按下S7后，将剩余工作时间清0，同时停止PWM输出，直到应用按键S5重新设置定时时间。4.LED指示驱动L5~L8指示PWM的占空比。同时，

（1）仅在“睡眠风”模式时点亮L1；（2）仅在“自然风”模式时点亮L2;（3）在“正常风”模式时点亮L3。【蓝桥杯】《单片机设计与开发》教学课件【共4篇】1.基础篇；2.应用篇；3.器件篇；4.实战篇。No.12串行口通信No.12-1通信基础知识1.通信通信是指消息的传递或交换，分为模拟通信和数字通信两大类。(1)模拟通信是利用正弦波的幅度、频率或相位的变化（AM、FM或PM），或者利用脉冲的幅度、宽度或者脉冲的相对位置来传递信息（PAM、PWM和PPM），以达到通信的目的。另外，还有脉冲编码调制（PCM）。(2)数字通信是用数字信号对载波进行调制后来传递信息的通信方式，通常有的幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK、差分幅移键控DPSK、正交幅度调制QAM和正交频分复用调制OFDM等多种类型。

通信协议是指通信双方完成信息的传递或交换应遵循的规则和约定，可以理解为计算机与计算机、或者计算机与设备之间进行通信所使用的共同语言。

通信协议主要由以下三个要素组成：

①

语法：是如何通信，包括数据格式和编码等；

②

语义：是通信内容，包括数据含义和控制信息等；

③

时序：是何时通信，包括通信的顺序和传输速率等。①

并行通信/串行通信；②

同步通信/异步通信;③

有线通信/无线通信;④近距离通信/远距离通信...

2.通信协议3.通信方式近距离无线通信（1）Bluebooth（2）WIFI（3）NFC（4）ZigBee（5）Lora近距离有线通信（1）RS-232（2）RS-422（3）RS-485板级通信（1）UART（2）I2C（3）SPI汽车级总线：CAN并行通信串行通信并行通信的特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。串行通信的特点：传送控制复杂、速度慢，传输线少，成本低。USB：UniversalSerialBus异步通信起始位（1位）；数据位（8位）；奇偶校验位（0/1位）；停止位（1位）。

特点易于实现效率不高异步通信特征：收、发设备时钟独立，以数据帧为单位传输

远距离有线通信调制解调器调制解调

DTE：数据终端设备DCE：数据通信设备近距离有线通信RS-232C是DTE与DCE间的接口标准。DB-25连接器DB-9连接器

RS-232C采用负逻辑电平:-3～-25V为逻辑“1”，+3～+25V为逻辑“0”。新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛。4.近距离有线通信接口标准

RS232接口定义插针序号信号名称功能信号方向1

PGND保护接地

2（3）TXD发送数据（串行输出）DTE→DCE

3（2）RXD接收数据（串行输入）DTE←DCE

4（7）RTS请求发送DTE→DCE

5（8）CTS允许发送DTE←DCE

6（6）DSRDCE就绪（数据建立就绪）DTE←DCE

7（5）

SGND信号接地

8（1）DCD载波检测DTE←DCE

20（4）DTRDTE就绪（数据终端准备就绪）DTE→DCE

22（9）RI振铃指示DTE←DCE奇偶校验传输速率码元：在串行数字通信中用时间间隔相同的符号来表示数字。

这样的时间间隔内的信号称为码元，这个间隔称为码元长度。比特率：表示数字信号的传输速率，以每秒传输二进制码位数表示。

比特率单位：bit/s波特率：每秒钟传送信息的位数，单位：波特（Baud）。常用波特率为：2400、4800、9600、14.4K、19.2K，...，115200传输距离与传输速率的关系传输距离随波特率的增加而减小。CRC

如果在数字通信中，如果每个码元用两个二进制数字表示，例如，用00、01、10和11分别表示0V、2V、4V和6V，即四相调制：每个码元有2个比特位。此时波特率等于比特率一半。

循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck),是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。5.串行通信的两个相关概念

蓝桥杯4T开发板外围功能器件：（1）1线（1-wire）-DS18B20：数字温度传感器（2）2线（I2C）-AT24C02：E2PROM存储器

-PCF8591：A/D和D/A转换器（3）3线(2+)-DS1302：

实时时钟芯片（3）4线（SPI）-93C66,TLC5615,TLC549,LTC2308串行通信的传输方向

单工

半双工

全双工No.12-2计算机串行口1.串行口的结构

UART为通用异步收发器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter），通常称为串口，其特点是通信线路简单，成本低，适用于对数字信号传输速率要求不高的应用场合。

计算机UART通常使用DB-9物理接口，应用两条信号线和地线就能够进行全双工通信。其中TxD为数据发送口，RxD为数据接收端。单向传输数字信号时，只需要一条信号线和地线。2.串行口通信协议

UART以帧(frame)为单位传输数据，由1比特起始位(START)、(5~)8比特的数据位(D0~D7)、0~1比特奇偶校验位(PARITY)和1~2比特停止位(STOP)构成。其中START恒为低电平，表示数据帧开始；STOP恒为高电平，表示数据帧结束。在帧前和帧后，传输线为高电平，为空闲状态。UART支持50、100、300、600、1200、2400、4800、9600、38400、19200和115200bits/s等多种传输速率，以适应不同的设备接口。在嵌入式系统设计中，UART常用于主机与设备之间，或者上位机与下位机之间的字符通信。

串行口应用异步通讯协议，只传输数据不传输时钟，所以收发时需要事先约定传输速率(波特率或者比特率)和数据格式，从而能够使接收数据能够与发送的数据相对应。3.单片机串行口AT89系列单片机UART的接收缓冲器和发送缓冲器逻辑同名、物理分开；收发双缓冲。(2)串行口控制寄存器SCON（★）(1)中断允许寄存器IE：ESSM0和SM1：工作方式控制位TI：UART发送完成中断标志位，需要手动清0RI：UART接收完成中断标志位，需要手动清0ES：串行口中断允许控制位：=1允许中断，=0禁止中断；REN：串行接收使能位：

=1允许接收，=0禁止接收；不建议学习！(3)电源控制寄存器PCON：SMODSMOD：波特率倍增位。当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。不建议学习！(4)串行口工作方式：0/1/2/3方式0：用作同步移位寄存器，

用于扩展并行口；

波特率=fosc/12。RXD：输入或输出引脚TXD：移位脉冲输出引脚发送和接收都是8位波特率固定为：fosc/12CR用于对74LS164清0S/L下降沿将并行数据装入，高电平启动数据移入。

不建议学习！

方式1：8位UART（10位帧数据）

起始位：1位数据位：8位停止位：1位

方式2/方式3：9位UART（11位帧数据）起始位：1位数据位：9位停止位：1位串口发送时序（写SBUF启动发送过程）串口接收时序（置REN=1启动接收过程）(5)串行口发送/接收时序【方式0/2】固定波特率:

方式2波特率=（2SMOD/64）*fosc【方式1/3】可变波特率:波特率=（2SMOD/32）*

定时器T1溢出率

定时器T1溢出率=fosc/{12×[256－(TH1)]}fosc=11.0592MHz时：方式0波特率=921600；方式2波特率=345600/172800.方式0波特率=fosc/12

波特率要选择标称值。由于TH1的初值是整数，为了获得标称值，依公式晶振频率要选11.0592MHz。

方式1和方式3波特率与TH1初值的对应关系：波特率/（b/s）19.2k9600480024001200TH1初值FDHFDHFAHF4HE8HSMOD10000(6)串口波特率STEP1：设置定时器T1(工作方式2)，作为波特率发生器。STEP2：选择UART波特率，装载TH1和TL1STEP3：启动定时器T1（设置TR1=1）STEP4：确定串行口工作方式(SCON),

并使AUXR=0x00(default);STEP5：允许串口中断（设置ES=1）STEP6：打开总中断（设置EA=1）(7)串行口初始化(8)串行口的基本应用//文件名CP12_UARTdemo.c#include<STC15F2K60S2.h>#include"user.c"//串口初始化子程序

voidUartS1Init(void)//9600bps@11.0592MHz{PCON&=0x7F; //波特率不倍速SCON=0x50; //8位数据,可变波特率AUXR&=0xBF; //设置定时器1时钟为Fosc/12,即12TAUXR&=0xFE; //选择定时器1为波特率发生器TMOD&=0x0F; //清除定时器1模式位TMOD|=0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式TL1=0xFD; //设定定时初值【任务描述】应用UART实现单片机与STC-ISP串口助手的数据收发。

设置UART为10位帧数据模式，波特率为9600bps。数据发送采用查询方式，数据接收采用中断方式。单片机每接收到一个字节数据后，返回该字节数据和字符串“received”给串口助手进行验证。TH1=0xFD;//设定定时器重装值ET1=0;//禁止定时器1中断TR1=1;//启动定时器1ES=1;//允放串口中断

EA=1;//开放总中断}//发送一个字节数据voidSend_byte(unsignedcharTxData){SBUF=TxData;//将发送数据送入SBUF时，自动启动发送过程while(TI==0);//等待发送结束(发送结束TI由硬件自动置1)TI=0;//发送结束，将TI清零，允许发送下一个字节数据。}//发送字符串子程序voidSend_string(unsignedchar*str){while(*str!='\0')//'\0'为字符串结束标志{Send_byte(*str);//发送1个字符str++;//指向下一个要发送的字符}}//串口接收中断服务程序

voidUART_RecvByte(void)interrupt4{unsignedcharRxData;

//将接收中断标志位清零，允许串口继续接收数据RI=0;RxData=SBUF;//读取接收到的数据

LED_drv(~RxData);//用于分析数据编码Send_byte(RxData);//发回接收到的数据进行验证Send_string("received\r\n");//发送反馈信息“received”}voidmain(void){BEEP_off();//关闭蜂鸣器RELAY_off();//断开继电器LED_drv(0xff);//熄灭LEDUartS1Init();//串口S1初始化while(1);//空循环,等待接收中断}提示：如果应用方式0（16位自动重装）作为波特发生器，与应用方式2(8位自动重装）作为波特发生器的方式相比，能够得到相对准确的波特率，从而增强串口通信的可靠性。【工程实践】LED亮度和闪烁频率控制（2）

新建工程，编写代码，产生频率为100Hz的PWM控制LED的亮度。具体要求如下：（1）单片机上电后，先关闭蜂鸣器和继电器，并预设PWM信号的占空比为30%；（2）通过STC-ISP串口助手发送数字“7”时，PWM信号的占空比按“0→10%→20%→30%→50%→90%”循环变化，以控制LED的亮度；（3）通过STC-ISP串口助手发送数字“6”时，LED的闪烁频率以0.2s、0.5s和0.8s为间隔依次切换;(3)通过发送字符“?”查询状态和闪烁间隔。分析

串行口S1默认使用定时器T1为波特率发生器，与11.2节原应用程序中定时器T1用于数码管刷新和产生方波信号相冲突。解决方案：

（1）11.2节：T0用产生PWM，T1用于数码管刷新和产生方波信号；

修改：定时器T1替换为定时器T2，。。。。

（2）改用定时器T2作为串行口S1的波特率发生器。设计

改用定时器T2作为串行口S1的波特率发生器，通过串口助手发送数字“7”和“6”替代按键S7和S6控制LED亮度和闪烁频率，并通过发送字符“?”查询当前状态和闪烁间隔的应用程序代码参考如下。//文件名CP12_PWMduty_twinkling.c#include<STC15F2K60S2.h>#include"user.c"#defineSQ0p2s100//快速闪烁参数定义#defineSQ0p5s250//中速闪烁参数定义#defineSQ0p8s400//慢速闪烁参数定义//数码显示数据缓冲区定义。显示格式：状态1B-占空比2B-闪烁参数3BunsignedcharDTbuf[8]={3,16,3,0,16,2,5,0};//全局变量定义unsignedcharDuty=3;//占空比控制变量，预设占空比30%unsignedintSQmode=SQ0p5s;//方波输出控制变量，预设以0.5s闪烁unsignedcharstate=3;//状态变量，预设为3bitPWM;//PWM输出bitSQwav;//方波输出信号//定时器T1和T0初始化voidTimer01Init(){//设置T1和T0时钟均为12T//AUXR&=0x3F; //设置T1和T0均为定时器,模式0：16位定时,自动重装初值

TMOD=0x00;

//T0用于1ms定时,装初值TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;//T1实现2ms定时，装初值TH1=(65536-2000)/256;TL1=(65536-2000)%256;ET0=1;ET1=1;//允许T0和T1中断TR0=1;TR1=1;//启动T0和T1//EA=1;//开放总中断}//串口初始化子程序

voidUartS1Init(void) //9600bps@12.000MHz{SCON=0x50; //8位UART,允许接收

AUXR|=0x01; //设置定时器T2作为波特率发器AUXR&=0xFB; //设置定时器T2时钟为12TT2L=0xE6; //设置T2计数初值T2H=0xFF; //设置T2计数初值IE2&=0xFB;//设置IE2比特位ET2=0，禁止T2中断AUXR|=0x10;//设置AUXR比特位T2R=1，启动T2ES=1;//允许串口中断

EA=1;//开放总中断}//T0中断服务程序，用于产生PWM信号voidTimer0isr()interrupt1{staticunsignedcharPWMcnt=0;//PWM计数点变量PWMcnt++;//中断次数加1//PWMcnt为10时对应一个PWM周期if(PWMcnt>=10)PWMcnt=0;//生成PWM信号PWM=(PWMcnt<Duty)?1:0;}//T1中断服务程序，用于刷新数码管、键值采样和产生方波信号voidTimer1isr()interrupt3{staticunsignedcharDTno=0xff;//数码管序号变量staticunsignedintSQcnt=0;//中断次数统计变量DTno++;//数码管刷新过程DTno&=0x07;DT_drv(DTno,DTbuf[DTno]);SQcnt++;//中断次数加1if(SQcnt>=SQmode)//方波输出控制{SQcnt=0;SQwav=~SQwav;}}//串口发送字节数据子程序voidSend_byte(unsignedcharTxData){SBUF=TxData;//将数据送到SBUF，自动启动发送过程while(TI==0);//等待发送结束(结束时TI由硬件自动置1)TI=0;//将TI清零，允许发送下一字节数据。}//串口发送字符串子程序voidSend_string(unsignedchar*str){while(*str!='\0')//'\0'为字符串结束标志{Send_byte(*str);//发送1个字符str++;//指向下一个发送字符}}//串口接收中断服务程序

voidUART_RecvData(void)interrupt4{

unsignedcharRxData;RI=0;//将接收中断标志位清零(让串口可以继续接收数据)

RxData=SBUF;//读取接收到的数据

if(RxData==0x37)//接收的命令为7时（注:7的ASCII为0x37）{switch(state)//根据状态码调整LED亮度{case0:state=1;Duty=1;break;case1:state=2;Duty=2;break;case2:state=3;Duty=3;break;case3:state=4;Duty=5;break;case4: