第四章 单片机(二)

1、1,第一章 单片机原理与应用,吴振宇,概述,8051有两个16位定时/计数器。 可设置为定时和计数两种模式，在每种模式下又可设置为4种工作方式。 工作方式不同则最大定时/计数值不同。 加1计数器，计数超过所在工作方式的最大值时发生溢出，回零，同时产生中断。,控制寄存器TCON,8位寄存器，可按位寻址。 TR0/1：定时器0/1启停控制。 TF0/1：定时器0/1溢出标志，硬件复位。 中断请求受EA，ET0/1控制。,方式寄存器TMOD,8位寄存器，不可按位寻址。 GATE：门控信号。 C/T：设置工作模式为定时器或计数器。 M1 M0：工作方式设置 00 01 10 11。,控制逻辑,定时器：

2、对振荡器的12分频计数。 计数器：对T0引脚输入脉冲计数。 检测T0引脚下降沿需要2个机器周期。通常，T0上输入的脉冲频率小于100KHz。,控制逻辑,GATE决定INT0引脚信号是否参与对T0的控制。 若GATE=0，T0只受TR0控制。 若GATE=1，T0受INT1信号和TR0共同控制。此时INT0不再作为中断请求输入线。 门控信号可用于脉冲宽度的测量。,测频与测周,测频与测周均为测量脉冲信号频率的方法。 测频：在单位定时时间内对被测信号脉冲进行计数。 测周：在被测信号一个周期时间内，对某一基准时间脉冲进行计数。 主要误差是由于计数器只能进行整数计数而引入的1误差。 高频测频，低频测周。

3、,原理示意,定时/计数器是16位SFR，分为TH0和TL0两个8位。 工作方式决定最大计数值。 初值是人为设置的， 期待计数值 = 最大值 初值。 如果计数脉冲的间隔相等，则计数值就代表了时间的流逝。,工作方式 - 0,13位加1计数器，兼容48系列单片机。 由TH的8位和TL的低5位组成，TL高3位弃之不用。 最大计数值：213 = 8192 计满8192，再加1则溢出归零，产生中断请求。 如要再次使用，需要手动再次装入初值。,工作方式 - 1,16位计数器，TH和TL全部参与。 最大计数值：216 = 65536 其余特性与方式-0相同。,工作方式 - 2,8位自装入计数器。 最大计数值：

4、28 = 256 自装入即计数器溢出归零后，自动装入前一次的初值。 TH保存初值，仅用TL进行计数。 初始化时对TH和TL送相同值。,工作方式 - 3,前三种方式，T0和T1完全相同。而方式-3一般只应用于T0。 T0：两个独立的8位计数器。 TL0可设定为定时或计数模式，仍由TR0控制，并用TF0作溢出标志。 TH0只能作定时器，借用TR1和TF1。 一般只有将T1用作串口波特率发生器时，才将T0设置为方式-3，以增加一个计数器。,初始化步骤,根据需要，选择适当的模式和方式，写入TMOD。 根据期待的计数值和所选工作方式，计算初值，写入TH和TL。 开放中断，设置优先级，写入IE和IP。 控

5、制定时/计数器的起停，操作TCON。,初值的计算,计数模式：TC = M C TC：初值 M：所选方式最大计数值 C:期待计数值 定时模式：TC = M T/Ts T：期待定时时长 Ts：时钟周期的12倍 最大定时时间（以12MHz晶振为例） 方式0：Tmax = 213 1us = 8.192ms 方式1：Tmax = 65.536ms 方式2和3：Tmax = 0.256ms,初值计算举例,假设采用12MHz晶振，要定时2ms，如何设置初值？ 方式2、3最大只能定时0.256ms，不用。 若采用方式0： TC = 213 2ms/1us = 6192 = 1830H 即TH = 0 xC1

6、 TL = 0 x10 若采用方式1： TC = 216 2ms/1us = 63536 = F830H 即TH = 0 xF8 TL = 0 x30,初值计算举例,假设采用12MHz晶振，要定时1s，如何设置初值？ 4种方式最大只能定时65.536ms，都不满足要求。 类似情况可采用软件定时。 比如，用定时器定时10ms，再额外维持一个变量，在每次溢出中断中对其加1。变量值等于100时，即得到1s，清零该变量。,软件定时示例,volatile unsigned char cnt = 0; void ISR_Timer0() interrupt 1 cnt +; if( cnt = 100 )

7、 / your task here cnt = 0; / reload TH0 & TL0 ,关键字 volatile 指示编译器不要优化该变量。 如果某个变量可能会被“并行”地修改，应将其声明成 volatile 。 例如，某变量的值可能在中断服务程序中被修改，而在主程序中检测其值，则应用 volatile 声明之。,应用举例,采用12MHz晶振，在P1.0上输出周期为2.5秒，占空比为20%的脉冲信号。 选取合适的定时时间，太小导致频繁中断，影响效率。此例中选10ms。 高电平50次中断，低电平200次中断。,应用举例,2个方波信号，频率 f1 = 50KHz，f2 = 50Hz，分别用测

8、频、测周法测量其频率，并比较误差。 测频法：T0定时模式，开放50ms闸门；T1计数模式，对引脚脉冲计数。 测周法：待测信号高电平作时间闸门，T1定时模式。,测量结果,高频测频，低频测周。,串行通信,并行通信：数据的各位同时发送或接收。 串行通信：数据一位一位按顺序发送或接收。 相同时钟频率下，并行比串行速度快。（为什么SATA硬盘代替了IDE硬盘？） 并行使用的传输线多，远距离传输时耗费资源。,串行通信分类,按照串行数据的同步方式，可以分为同步通信和异步通信两类。 1100 1010 0100 1110 同步通信是利用软件识别同步字符来实现数据的发送和接收。 异步通信是利用字符的再同步技术的

9、通信方式。,异步通信,数据以字节为单位组成字符帧传送。 依靠字符帧的格式来协调数据的发送和接收，即确定数据的开始与结束。 1100 1010 0100 1110 发送端和接收端使用各自的时钟来控制数据收发，彼此独立，互不同步。,字符帧格式,起始位：逻辑0低电平，向接收设备指示开始发送一帧数据。 数据位：根据需要可以取58位，低位在前高位在后。 奇偶校验位：可以选择奇校验或偶校验。 停止位：逻辑1高电平，向接收端指示一帧数据发送完毕。 空闲位：位于两相邻帧之间，根据需要，可有可无。,波特率,每秒钟传送二进制码的位数，单位是bps（bit per second）。 用于表征数据传输的速度。 收发双

10、方必须保持波特率一致。 码元传输时间：传输一位需要的时间，为波特率的倒数。 8051系列一般最高使用9600bps。,同步通信,异步通信中每帧的起始、停止位降低了有效数据的传输速率。 同步通信一次只传送一帧数据，但一帧中可以包含若干字符。 要求收发两端始终保持严格同步，故传输数据的同时还要传输时钟。 同步通信速率比异步通信高，但更复杂。,同步通信帧格式,同步字符用于确认数据字符的开始。 数据字符个数不受限制，由所需传输的数据块长度决定。 校验字符用于接收端对接收到的数据字符的正确性检验。,串行通信的制式,按数据传输方向，可分为单工、半双工、双工三种制式。单工基本已经淘汰。 半双工（Half D

11、uplex）：允许信息在两个方向上传输，但收发双方间只有一个通信回路，分时发送与接收。,串行通信的制式,全双工（Full Duplex）：存在两个通信回路，在任何时刻，通信中的每一方可以同时发送和接收。,电平转换,RS-232C采用负逻辑，逻辑“0”为+5 +15V，逻辑“1”为-15 -5V。 接收端+3V +15V识别为“0”，-3V -15V识别为“1”，噪声容限2V。 若采用TTL电平，经过长距离传输，可能使发送端的“1”到达接收端是衰减成“0”。 该接口与TTL电平连接时需要进行电平转换。常用芯片为MAX232/3232。,8051的串行口,51内部有一个全双工的串行口，可实现串行异

12、步通信。 若在输入/输出引脚加上电平转换器，可构成标准的RS-232接口。 有4种工作模式。 串口主要由SCON和PCON中的SMOD位控制。,串口控制寄存器SCON,SM0/1：串口方式控制。 SM2：多机通信控制位。 REN：允许接收位。 TB8/RB8：发送/接收数据位8，用于模式2和3。 TI：发送中断标志，发送完一帧后硬件置位，发送前软件复位。 RI：接收中断标志，收取完一帧后硬件置位，读取后软件复位 TI和RI合用一个中断向量，可以在响应中断后读取TI和RI值，以确定产生的是哪一个中断。,工作方式-0,同步移位寄存器 相当于一个并入串出的移位寄存器。 并行数据由内部总线进入SBUF

13、，由TxD线串行送出。 SM2，TB8，RB8应设置为0。 波特率固定为 fosc/12 一般用于外接移位寄存器扩展并口。,工作方式-1,10位异步通信。1位起始位 + 8位数据位 + 1位停止位。 SM2应设置为0。 波特率可变，受定时器控制。 发送过程： 确保TI = 0； 将待发送数据装入SBUF（SBUF = 0 xAA）。 硬件自动在数据两端添加起始和停止位。 在时钟作用下，在TxD线上依次出现10位。 完毕后维持TxD为高，并将TI置位。,工作方式-1,接收过程： 确保RI = 0和REN = 1。 检测到起始位后，在时钟作用下依次检测RxD上出现的8位数据。 检测到停止位后，将8位数据放入SBUF，并将停止位放入RB8。 用户从SBUF中读出数据（rxbuf = SBUF），并清除RI中断。,工作方式-2，3,11位异步收发，方式2为固定波特率，方式3波特率可变。 发送时将第9位数据装入TB8，既可为奇偶校验位，也可为控制位。 接收时： 若SM2 = 0，无论第9位是什么，都把数据放入SBUF，并产生中断。适用于奇偶校验。 若SM2 = 1，只有第9位是“1”时，才把数据放入SBUF，并产生中断。,波特率计算,方式0： 固定为