定时器与波特率.docx

在串行通信中,收发双方对发送或接收的数据速率要有一定的约定，我们通过软件对MCS51串行口编程可约定四种工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率决定。串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输人的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不同。 一、方式0的波特率方式0时，移位时钟脉冲由S6(即第6个状态周期，第12个节拍)给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。所以，波特率为振荡频率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影响，即：方式0的波特率fosc12三、方式l和方式3的波特率 方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，故波特宰由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定，即：方式1和方式3的波特率2SMOD/32T1溢出率其中，溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。计数速率与TMOD寄存器中CT的状态有关。当CT0时，计数速率fosc2；当CT1时，计数速率取决于外部输入时钟频率。当定时器Tl作波特率发生器使用时，通常选用可自动装入初值模式(工作方式2)，在工作方式2中，TLl作为计数用，而自动装入的初值放在THl中，设计数初值为x，则每过“256一x”个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断，此时应禁止T1中断。这时，溢出周期为：系统晶振频率选为110592MHZ就是为了使初值为整数，从而产生精确的波特率。如果串行通信选用很低的波特率，可将定时器Tl置于工作方式0或工作方式1，但在这种情况下，T1溢出时，需用中断服务程序重装初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的办法加以调整。表62列出了各种常用的波特率及其初值。51单片机串口通信及波特率设置 2010-05-21 14:131653人阅读评论(0)收藏举报MCS-51单片机具有一个全双工的串行通信接口，能同时进行发送和接收。它可以作为UART（通用异步接收和发送器）使用，也可以作为同步的移位寄存器使用。1. 数据缓冲寄存器SBUFSBUF是可以直接寻址的专用寄存器。物理上，它对应着两个寄存器，即一个发送寄存器一个接收寄存器，CPU写SBUF就是修改发送寄存器；读SBUF就是读接收寄存器。接收器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时的响应接收器的中断，没有把上一帧的数据读走而产生两帧数据重叠的问题。对于发送器，为了保持最大的传输速率，一般不需要双缓冲，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠问题。2. 状态控制寄存器SCONSCON是一个逐位定义的8位寄存器，用于控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串口的状态，SCON即可以字节寻址也可以位寻址，字节地址98H，地址位为98H9FH。它的各个位定义如下：MSB LSB SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0和SM1是串口的工作方式选择位，2个选择位对应4种工作方式，如下表，其中Fosc是振荡器的频率。SM0 SM1工作方式功能波特率0 008位同步移位寄存器Fosc/120 1110位UART可变1 0211位UARTFosc/64或Fosc/321 1311位UART可变SM2在工作方式2和3中是多机通信的使能位。在工作方式0中，SM2必须为0。在工作方式1中，若SM2=1且没有接收到有效的停止位，则接收中断标志位RI不会被激活。在工作方式2和3中若SM2=1且接收到的第9位数据（RB8）为0，则接收中断标志RB8不会被激活，若接收到的第9位数据（RB8）为1，则RI置位。此功能可用于多处理机通信。REN为允许串行接收位，由软件置位或清除。置位时允许串行接收，清除时禁止串行接收。TB8是工作方式2和3要发送的第9位数据。在许多通信协议中该位是奇偶位，可以按需要由软件置位或清除。在多处理机通信中，该位用于表示是地址帧还是数据帧。RB8是工作方式2和3中接收到的第9位数据（例如是奇偶位或者地址/数据标识位），在工作方式1中若SM2=0，则RB8是已接收的停止位。在工作方式0中RB8不使用。TI 为发送中断标志位，由硬件置位，软件清除。工作方式0中在发送第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在发送停止位开始时由硬件置位。TI=1时，申请中断。CPU响应中断后，发送下一帧数据。在任何工作方式中都必须由软件清除TI。RI为接收中断标志位，由硬件置位，软件清除。工作方式0中在接收第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在接收停止位的中间由硬件置位。RI=1时，申请中断，要求CPU取走数据。但在工作方式1中，SM2=1且未接收到有效的停止位时，不会对RI置位。在任何工作方式中都必须由软件清除RI。系统复位时，SCON的所有位都被清除。控制寄存器PCON也是一个逐位定义的8位寄存器，目前仅仅有几位有定义，如下所示：MSB LSB SMOD GF1 GF0 PD IDL 仅最高位SMOD与串口的控制有关，其他位与掉电方式有关。PCON的地址为87H只能按字节寻址，SMOD是串行通信波特率系数控制位，当串口工作在工作方式1、2时，若使用T1作为波特率发生器其SMOD=1则波特率加倍（见下面详述）。GF1 和GF0用于一般的用途，对于AT89系列为通用的标志位，PD为电源下降位，对于AT89系列，PD为1进入掉电状态，IDL为IDLE模式位，对于AT89系列，IDL为1进入空闲工作方式，在PD和IDL同时为1时，PD优先。（1） 工作方式0SM0=0且SM1=0时，串口选择工作方式0，实质这是一种同步移位寄存器模式。其数据传输的波特率固定为Fosc/12，数据由RXD引脚输入或输出，同步时钟由TXD引脚输出。接收/发送的是8位数据，传输是低位在前，帧格式如下：.D0D1D2D3D4D5D6D7.（2）工作方式1当SM0=0且SM1=1时，串口选择工作方式1，其数据传输的波特率由定时/计数器T1、T2的溢出速率决定，可通过程序设定。当T2CON寄存器中的RCLK和TCLK置位时，用T2作为发送和接收波特率发生器，而RCLK=TCLK=0时，用T1作为波特率发生器，两者还可以交叉使用，即发送和接收采用不同的波特率。数据由TXD引脚发送，由RXD引脚接收。发送或接收一帧的数据为10位，即1位起始位（0）、8位数据位（低位在先）和1位停止位（1）。真格式如下：起始位0D0D1D2D3D4D5D6D7停止位1类似于工作方式0，当执行任一条SBUF指令时，就启动串行数据的发送。在执行写入SBUF的指令时，也将“1”写入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器有发送请求。实际上，发送过程始于内部的16分频计数器下次满度翻转（全“1”变全“0”）后的那几个机器周期的开始。所以，每位的发送过程与16分频计数器同步，而不是与“写SBUF”同步。此方式的工作过程包括发送和接收两部分。当执行任一条写SBUF指令时，就启动串行数据的发送。在执行写入SBUF的指令时，也将“1”写入发送移位寄存器的第9位，并使发送控制器开始发送。在这期间，内部的定时保证写入SBUF与激活发送之间有一个完整的机器周期。当发送脉冲有效后，移位寄存器的内容由RXD引脚串行移位输出，移位脉冲由TXD引脚输出。在发送有效的每个机器周期，发送移位寄存器右移一位，就在其左边补“0 ”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出时，原写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位，由此向左的所有位都为“0”，这标志着发送控制器要进行最后依次移位，并撤消发送有效，同时使发送中断标志TI置位。当REN=1且接收中断标志RI位清除时，即启动一个接收过程。在下一个机器周期，接收控制器将“11111110”写入接收移位寄存器，并在下一周期内激发接收有效，同时由TXD引脚输出移位脉冲。在移位脉冲的控制下，接收移位寄存器的内容每一个机器周期左移一位，同时由RXD引脚接收一位输入信号。每当接收移位寄存器左移一位，原写入的“11111110”也左移一位。当最右边的“0”移到最左边时，标志着接收控制器要进行最后一次移位。在最后移位即将结束时，接收移位寄存器的内容送入到接收数据缓冲寄存器SBUF，然后在启动接收的第10个机器周期时，清除接收信号，将RI置位。如果在第一个时钟周期中接收到的不是起始位（“0”），就复位接收电路，继续检测RXD引脚上1到0的跳变。如果接收到的是起始位，就将其移入接收移位寄存器，然后接收该帧的其他位。接收到的位从右边移入，原来写入的1从左边移出，当起始位移到最左边时，接收控制器将控制进行最后一次移位，把接收到的第9为数据送到接收数据缓冲器SBUF和RB8，同时置位RI。在进行最后一次移位时，能将数据送入到接收数据缓冲器SBUF和RB8而且置位RI的条件如下： RI=0，即上一真数据接收完成时，发出的中断请求已经被响应，SBUF中的上一帧数据已经被取走。 SM2=0或接收到的停止位为1。这两个条件有一个不满足接收到的数据就有可能丢失，并且无法修复；如两者都满足则数据装入SBUF，停止位装入RB8且置位RI。开始发送后的一个位周期，发送信号有效，开始将起始位送TXD引脚。一位时间后，数据信号有效。发送移位寄存器将数据由低位到高位顺序输出至TXD引脚。一位时间后第一个移位脉冲出现，将最低数据位从右边移出，同时从左边补上“0”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出端时，先前写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位，而它的左区全部为“0”。在第10个位周期（16分频计数器回0时），发送控制器要进行最后一次清除发送信号，同时使发送中断标志TI置位。当REN=1且接收中断标志RI位清除后，若在RXD引脚上检测到一个由“1”到“0”的跳变，立即启动一次接收的过程。同时复位16分频计数器，使输入位的边沿与时钟对齐，并将1FFH（9个“1”）写入接收移位寄存器。接收控制器继续以波特率的16倍的速率继续对RXD引脚进行检测，对每一位时间的第7、8、9个计数状态的采样值用多数表决法，当2次或2次以上的采样值相同时，采样值被接受。（1） 工作方式2和3当SM0=1且SM1=0时，串口选择工作方式2，当SM0=1且SM1=1时，串口选择工作方式3。数据由TXD引脚发送由RXD引脚接收。发送和接收的一帧信息为11位，即1位起始位（0），9位数位（低位在前,第9位数据位是可编程位）1位停止位（1）。发送时，可编程位（TB8）可赋0或1，接收时可编程位进入SCON中的RB8。帧的格式如下： 起始位0D0D1D2D3D4D5D6D7可编程位D8停止位18051单片机波特率计算公式（配套C语言例程） 8051单片机使用定时器1工作在方式2的情况下作为串口波特率发生器，其波特率=(2smod /32)(定时器T1溢出率)，其中smod是PCON，表示是否波特率加倍，Fsoc是系统的晶振大小。波特率公式中：T1溢出率=溢出周期的倒数；溢出周期=(256-TH1)12/Fosc；最终公式：波特率：Baud=(2smod Fsoc)/(32 12(256-TH1)我们一般不太关注波特率的计算，而是关心选用的传输速度（波特率）去反算定时器1（自动重装模式）的初值（TH1），所以将上面的公式导一下，得到TH1的公式：TH1=256-(Fsoc2smod)/(1232Baud)下面针对串口发送程序，水寒写下例程，供大家参考。（我使用的是STC12C5A40S2调试，原则上在STC89C5x、AT89C5x等8051核心的单片机上都能够成功，由于程序比较简单，我没有试，但应该没有问题的）cpp view plaincopyprint?1. #include Reg52.H 2. /* 3. 请提前计算一下所选晶振能达到的最高速度，波特率不能超过最高速度 4. (1) 波特率加倍(SMOD=1)： Max_Baud = FOSC/12/16 5. (2) 波特率不加倍(SMOD=0)：Max_Baud = FOSC/12/32 6. 例如：22.1184MHz晶振，波特率加倍时，最大波特率=22118400/12/16=115200 7. */ 8. #define FOSC 22118400 /振荡频率 9. #define BAUD 9600 /波特率 10. #define SMOD 1 /是否波特率加倍 11. #if SMOD 12. #define TC_VAL (256-FOSC/16/12/BAUD) 13. #else 14. #define TC_VAL (256-FOSC/32/12/BAUD) 15. #endif 16.17. typedef unsigned char uint8; 18. typedef unsigned int uint16; 19.20. code const char str1 = Ther string is transmitted from 80C51!rn; 21. code const char str2 = Author: xqlu(at)rn; 22.23. /*函数声明*/ 24. void InitUART(void); 25. void SendOneByte(uint8); 26. void SendrStr(const uint8 *ptr); 27.28. /*主函数*/ 29. void main(void) 30. 31. uint8 i=0; 32. InitUART(); 33.34. while(str2i!=0) 35. 36. SendOneByte(str2i+); 37. 38.39. SendrStr(str1); 40.41. while(1); 42. 43.44. /*中断服务函数*/ 45. void UART_ISR(void) interrupt 4 46. 47. uint8 RX_Data; 48. /只响应“接收”中断，“发送”中断来了就直接抹掉 49. if(RI) 50. 51. RI = 0; /串口中断标志不能自己清除，需要手动清除 52. RX_Data=SBUF; 53. SendOneByte(RX_Data); 54. 55. else 56. TI = 0; /串口发中断是发送完缓冲区数据之后产生 57. 58.59. /*串口初始化函数*/ 60. void InitUART(void) 61. 62. TMOD = 0x20; 63. SCON = 0x50; 64. TH1 = TC_VAL; 65. TL1 = TH1; 66. PCON = 0x80; /发送速率加倍 67. ES = 1; 68. EA = 1; 69. TR1 = 1; 70. 71. /*串口发送字符函数*/ 72. void SendOneByte(uint8 c) 73. 74. ES = 0; /禁止发送中断 75. SBUF = c; 76. while(!TI); 77. TI = 0; 78. ES = 1; 79. 80. /*串口发送字符串函数*/ 81. void SendrStr(const uint8 *ptr) 82. 83. do 84. 85. SendOneByte(*ptr); 86. while(*ptr+!=0); 87. 波特率的研究通常情况下，8051系列单片机外接晶振频率一般是12MHz、24MHz、48MHz如图7-6-1，为什么会这样选取呢？从前面的章节已经介绍8051系列单片机的每12个时钟周期为一个指令周期，当8051系列单片机外接12MHz晶振时，指令周期=12/12MHz=1us；若外接24MHz晶振时，指令周期=12/24MHz=0.5us；若外接48MHz晶振时，指令周期=12/48MHz=0.25us。8051系列单片机外接能够被除尽的晶振，在使用单片机内部的定时器/计数器资源时作定时器使用时能够得到精确定时应用；当使用汇编语言编程时，可以清楚知道当前每一行代码执行的时间。8051系列单片机外接能够被除尽的晶振即12MHz、24MHz、48MHz这些晶振时，波特率的精确性就得不到保证。假若现在单片机外接的晶振为12MHz时，以T/C2作波特率发生器，根据波特率公式：波特率=Fosc/2x16x(65536-t) 9600=12MHz/2x16x(65536-t)t=65496.9375“65496.9375”不是一个整数值，是一个带有小数点的数值。对于常用的8位、9位、11位一帧的数据接收与传输，最大的允许误差分别是6.25%、5.56%、4.5%。虽然波特率允许误差，但是这样通信时便会产生积累误差，进而影响数据的正确性。唯一的解决办法就是更改单片机外接的晶振频率，更改为常用于产生精确波特率的晶振如11.0592MHz、22.1184MHz。假若现在单片机外接的晶振为11.0592MHz时，以T/C2作波特率发生器，根据波特率公式：波特率=Fosc/2x16x(65536-t) 9600=11.0592MHz/2x16x(65536-t)t=65500=0xFFDC虽然使用11.0592MHz、22.1184MHz的晶振能够产生精确的波特率，但是用于系统精确的定时服务不是十分的理想。例如单片机外接11.0592MHz晶振时，指令周期=12/11.0592MHz1.085us，是一个无限循环的小数。当单片机外接22.1184MHz晶振时，指令周期=12/22.1184MHz0.5425us，也是一个无限循环的小数。串口工作在方式1时分别采用T/C1和T/C2产生常用波特率初值表如下。波特率 （11.0592MHz）初值波特率（12MHz）初值TH1、TL1（SMOD=0）TH1、TL1（SMOD=1）TH1、TL1（SMOD=0）TH1、TL1（SMOD=1）12000xE70xD012000xE50xCB24000xF30xE724000xF20xE548000xF90xF348000xF90xF296000xFC0xF996000xFC0xF9144000xFD0xFB144000xFD0xFB192000xFE0xFC192000xFE0xFC波特率（11.0592MHz）初值波特率（12MHz）初值RCAL2HRCAL2LRCAL2HRCAL2L12000xFE0xE012000xFE0xC824000xFF0x7024000xFF0x6448000xFF0xD848000xFF0xB296000xFF0xDC96000xFF0xD9144000xFF0xE8144000xFF0xE6192000xFF0xEE192000xFF0xEDMCS-51单片机串行口工作方式与波特率计算举例1）方式0 方式0是外接串行移位寄存器方式。工作时，数据从RXD串行地输入/输出，TXD输出移位脉冲，使外部的移位寄存器移位。波特率固定为fosc/12（即，TXD每机器周期输出一个同位脉冲时，RXD接收或发送一位数据）。每当发送或接收完一个字节，硬件置TI=1或RI=1 1）方式0 方式0是外接串行移位寄存器方式。工作时，数据从RXD串行地输入/输出，TXD输出移位脉冲，使外部的移位寄存器移位。波特率固定为fosc/12（即，TXD每机器周期输出一个同位脉冲时，RXD接收或发送一位数据）。每当发送或接收完一个字节，硬件置TI=1或RI=1，申请中断，但必须用软件清除中断标志。 实际应用在串行I/O口与并行I/O口之间的转换。 2）方式1 方式1是点对点的通信方式。8位异步串行通信口，TXD为发送端，RXD为 接收端。一帧为10位，1位起始位、8位数据位（先低后高）、1位停止位。波特率由T1或T2的溢出率确定。 在发送或接收到一帧数据后，硬件置TI=1或RI=1，向CPU申请中断；但必须用软件清除中断标志，否则，下一帧数据无法发送或接收。 （1）发送：CPU执行一条写SBUF指令，启动了串行口发送，同时将1写入 输出移位寄存器的第9位。发送起始位后，在每个移位脉冲的作用下，输出移位寄存器右移一位，左边移入0，在数据最高位移到输出位时，原写入的第9位1的左边全是0，检测电路检测到这一条件后，使控制电路作最后一次移位，/SEND和DATA无效，发送停止位，一帧结束，置TI=1。 （2）接收：REN=1后，允许接收。接收器以所选波特率的16倍速率采样RXD 端电平，当检测到一个负跳变时，启动接收器，同时把1FFH写入输入移位寄存器（9位）。由于接、发双方时钟频率有少许误差，为此接收控制器把一位传送时间16等分采样RXD，以其中7、8、9三次采样中至少2次相同的值为接收值。接收位从移位寄存器右边进入，1左移出，当最左边是起始位0时，说明已接收8位数据，再作最后一次移位，接收停止位。此后： A、若RI=0、SM2=0，则8位数据装入SBUF，停止位入RB8，置RI=1。 B、 若RI=0、SM2=1，则只有停止位为1时，才有上述结果。 C、若RI=0、SM2=1，且停止位为0，则所接数据丢失。 D、若RI=1，则所接收数据丢失。 无论出现那种情况，检测器都重新检测RXD的负跳变，以便接收下一帧。 3）方式2、方式3 方式2和方式3是9位异步串行通信，一般用在多机通信系统中或奇偶校验的通信过程。在通讯中，TB8和RB8位作为数据的第9位，位SM2也起作用。方式2与方式3的区别只是波特率的设置方式不同。 （1）发送 向SBUF写入一个数据就启动串口发送，同时将TB8写入输出移位寄存器第9位。开始时，SEND和DATA都是低电平，把起始位输出到TXD。DATA为高，第一次移位时，将1移入输出移位寄存器的第9位，以后每次移位，左边移入0，当TB8移到输出位时，其左边是一个1和全0。检测到此条件，再进行最后一次移位，/SEND=1，DATA=0，输出停止位，置TI=1。 内容来自单片机之家 （2）接收 置REN=1，与方式1类似，接收器以波特率的16倍速率采样RXD端。在 起始位0移到输入寄存器的最左边时，进行最后一次移位。在RI=0，SM2=0或接收到的第9位=1时，收到的一字节数据装入SBUF，第9位进入RB8，置R