Lecture Notes for PAMC (10) - Ch5_L3-201415(1)

1、Lecture notes for Principle and Applications of Micro-Computers “微机原理及应用”讲义第13讲 MCS-51单片机的串行端口及中断系统(教材5.4, 5.5节)教学目的: 掌握串行端口的四种工作方式掌握串行端口的四种工作方式, 多源中断系统应用多源中断系统应用本讲的主要内容nMCS-51单片机串行端口的结构单片机串行端口的结构n串行端口控制串行端口控制/编程相关的寄存器编程相关的寄存器n多源中断系统的响应多源中断系统的响应 (第第5章总结章总结)MCS-51的串行端口nMCS-51单片机片内具有一个全功能的串行端口单片机片内具有一

2、个全功能的串行端口波特率可设定波特率可设定, 范围宽范围宽全双工收发器全双工收发器, 两个独立的接收的和发送的引脚两个独立的接收的和发送的引脚nRXD(P3.0)和和TXD(P3.1)功能上功能上, 其作用是其作用是 “串串 并并” 转换器转换器独立的发送缓冲器独立的发送缓冲器(SBUF)独立的接收缓冲器独立的接收缓冲器(SBUF)和接收移位寄存器和接收移位寄存器接收器的结构使得接收器的结构使得: CPU在读前一个字符的同时接收器在读前一个字符的同时接收器可以接收第可以接收第2个字符个字符, 而不会造成数据丢失或叠加错误而不会造成数据丢失或叠加错误有四种工作方式有四种工作方式, 分别由分别由S

3、CON, PCON等寄存器控制等寄存器控制MCS-51的串行端口的结构串行端口控制/编程相关的寄存器n接收和发送缓冲器接收和发送缓冲器(SBUF)SBUF是一个是一个SFR, 占用地址占用地址99H写写SBUF操作时操作时, 访问对象是发送缓冲器访问对象是发送缓冲器 (only-write)读读SBUF操作时操作时, 访问对象是接收缓冲器访问对象是接收缓冲器 (only-read)n串口控制寄存器串口控制寄存器SCONn波特率加倍控制位波特率加倍控制位(电源控制寄存器电源控制寄存器PCON的的D7位位)波特率波特率加倍位加倍位如果如果SMOD = 1, 波特率加倍波特率加倍;如果如果SMOD

4、= 0, 波特率为波特率为1倍倍串口控制寄存器 SCONUART接收接收&发送中断标志发送中断标志(1:有效有效; 0:无效无效)(RI:接收接收; TI:发送发送)UART的工作方式选择控制的工作方式选择控制(4种工作方式种工作方式: MSM1,SM0)保存方式保存方式2和和3的第的第9位数据位数据(RB8:接收接收; TB8:发送发送)允许允许/禁止接收控制禁止接收控制(1:允许接收允许接收; 0:禁止接收禁止接收)RI的激活条件的控制的激活条件的控制: M0: SM2必须为必须为0;M1: 如果如果SM2=1, 必须收到有效停止位后必须收到有效停止位后 RI=1; M2 & M3: 如果

5、如果SM2=1, 收到的第收到的第9位数据为位数据为1(即即RB8=1)时时, RI=1串口的四种工作方式nMCS-51单片机单片机(8051内核内核)串行端口的工作方式串行端口的工作方式(2)(2) 在许多文献上把在许多文献上把MCS-51的串口称为的串口称为UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用异步收发器通用异步收发器). 实际上其串口工作在方式实际上其串口工作在方式0时时, 并不是异步的并不是异步的, 而是同步的而是同步的(移位寄存器移位寄存器). 因此因此, 准确地说准确地说, 应称之为应称之为 “可编程串口可编程串口”

6、. (1)(1)波特率波特率: :每秒传输的二进制位个数每秒传输的二进制位个数串口方式0的结构串口方式0(移位寄存器)的特点n编程设置编程设置SCON的最高的最高3位为位为0, 则选择方式则选择方式0n该方式下该方式下, 波特率波特率(同步时钟频率同步时钟频率)为为fOSC/12波特率波特率: 每秒传输的二进制位个数每秒传输的二进制位个数n写写SBUF, 则启动发送则启动发送(移位寄存器输出移位寄存器输出并并串串)n当当RI=0, 而且而且REN=1时时, 启动接收启动接收 (串串并并)n该方式下该方式下, RXD(P3.0)和和TXD(P3.1)两引脚的功能两引脚的功能RXD: 双向同步数据

7、输入双向同步数据输入/输出引脚输出引脚TXD: 同步时钟输出引脚同步时钟输出引脚 串口方式1的结构串口方式1(10位UART)的特点n当当SCON的最高的最高2位为位为01B时时, 串口按方式串口按方式1工作工作n此时的波特率取决于此时的波特率取决于T1(对对8051内核内核)的溢出率的溢出率(下下2页页)nRXD和和TXD两引脚分别为串行数据接收输入和发送输出两引脚分别为串行数据接收输入和发送输出TI=0时时, 写写SBUF, 则启动发送则启动发送, 首先发送一个首先发送一个Start位位(固定为低电平固定为低电平)后再传送后再传送8位数据位数据, 最后再发送一个最后再发送一个Stop位位(

8、固定为高电平固定为高电平) , 完成发完成发送送. 在在Stop位正确传送后位正确传送后, 自动置自动置TI=1RI=0时时, 令令REN=1, 则启动接收则启动接收, UART以以16倍于波特率的速度采样倍于波特率的速度采样RXD引脚电平引脚电平, 检测到一个有效的检测到一个有效的Start位位(低电平低电平)后开始接收后开始接收8个数个数据位据位, 正确地接收到正确地接收到Stop位位(高电平高电平)后后, 完成接收完成接收, 自动置自动置RI=1 串口方式1(10位UART)的工作时序等待等待串口方式1的波特率计算方法n一般计算公式一般计算公式 n当当T1工作在方式工作在方式2 (8位自

9、动重装的定时器位自动重装的定时器) 时时n当当T1工作在方式工作在方式0和和1 (分别为分别为n=13, 16位定时器位定时器) 时时2132SMODBaudrateT的溢出率21232(256)3212(256) 1, , SMODSMODOSCMMOSCfBaudrateiVTiVwhere iVTTf为的初始值为机器周期为振荡频率21232(29)3212(29)SMODSMODOSCnnMfBaudrateiVTiV? 1. 这里为什么要加这里为什么要加9? (Hint: 见教材见教材p.175的中断程序的中断程序.) 2. 验证教材验证教材p.176的表的表5-3.串口方式2和3的特

10、点n串口方式串口方式2和和3都是异步串行通讯方式都是异步串行通讯方式n串口工作在方式串口工作在方式2和和3时时发送数据格式发送数据格式: Start, 8bits Data, TB8, Stop接收数据格式接收数据格式: Start, 8bits Data, RB8, Stop工作时序见教材工作时序见教材p.171图图5-23和和5-24n方式方式2的波特率固定为的波特率固定为(2SMOD/64) fOSCn方式方式3的波特率的计算方法同方式的波特率的计算方法同方式1n方式方式2和和3的应用示例见教材的应用示例见教材p.172173 (两个两个MCS-51单片机之间的通讯单片机之间的通讯)多源

11、中断系统的响应nMCS-51单片机的单片机的5个中断源分个中断源分2级优先级管理级优先级管理, 可以同时使可以同时使用全部的用全部的5个中断或其中部分中断个中断或其中部分中断, 以满足系统设计的要求以满足系统设计的要求n使用时注意使用时注意 1. 优先级优先级; 2. 中断嵌套中断嵌套; 3. 可重入程序可重入程序; (资源冲突资源冲突) 4. 全局变量赋值全局变量赋值 (赋值和判断赋值和判断)外部中断的扩展 示例1A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4G1G2INT0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7805

12、1EIQ1EIQ2EIQ3EIQ4EIQ5EIQ6EIQ7EIQ8XTAL1XTAL2+5VResetC1C2XT1C3R1U1U2U3外外部部中中断断请请求求信信号号总结第5章nMCS-51单片机的中断系统及其相关的控制和标志单片机的中断系统及其相关的控制和标志寄存器寄存器 (5个中断源个中断源, TCON, SCON, IE, IP)n外部中断外部中断0和和1的结构和响应过程的结构和响应过程(4步步: 采样置标志位采样置标志位; 检验中断条件检验中断条件; 执行硬件调用执行硬件调用; 中断返回中断返回), 外部中断的应用和编程控制方法外部中断的应用和编程控制方法n定时定时/计数器计数器0和

13、和1的内部结构和相关寄存器的内部结构和相关寄存器(TCON, TMOD, THi, TLi), 方式方式03的工作原理和编程方法的工作原理和编程方法(初始化和初始值计算方初始化和初始值计算方法法), 以及它们的应用以及它们的应用n串口的内部结构和串口的内部结构和4种工作方式种工作方式n多源中断响应多源中断响应中断程序的执行过程#include void main (void) Init_8051(); ; while(1) ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 中断程序中断程序1 ; ; ; ; 中断程序中断程序2 ; ; ; 中断程序中断程序3 ; ; ; 保存断点保存断点/现场现场修

14、改修改PC的值的值保存断点保存断点/现场现场修改修改PC的值的值恢复现场恢复现场恢复现场恢复现场保存断点保存断点/现场现场修改修改PC的值的值恢复现场恢复现场断点断点中断嵌套中断嵌套? 1. “断点断点/现场现场”指的是什么？指的是什么？2. 恢复现场时恢复现场时,CPU做了什么？做了什么？3. CPU有多个中断时有多个中断时, 如果让如果让某些中断可以执行某些中断可以执行, 某些中断某些中断不执行不执行? 同时发生多个中断时同时发生多个中断时, 如何让某些先执行如何让某些先执行?MCS-51单片机的中断系统 MCS-51单片机的中断系统由单片机的中断系统由5个中断源组成个中断源组成, 并分两

15、级优先级管理并分两级优先级管理先后顺序高优先orINT0TF0INT1TF1RITI触发方式选择触发方式选择IT0IT1IE0IE1EX0ET0EX1ET1ESEAPX0PX1PT0PT1PS先先后后顺顺序序先先后后顺顺序序高优先高优先低优先低优先中断响应中断响应优先级控制优先级控制中断总控制中断总控制中断源控制中断源控制10101010101010外部中断外部中断0定时定时/计数器计数器中断中断0定时定时/计数器计数器中断中断1外部中断外部中断1接收接收&发送发送中断中断IEIPTCONSCON总结第25章 至此至此, 我们已经完全掌握了我们已经完全掌握了“MCS-51单片机的原理单片机的原

16、理”部分内容部分内容nMCS-51单片机的内部结构和引脚单片机的内部结构和引脚, 存储器和时钟存储器和时钟n其指令集和汇编程序设计方法其指令集和汇编程序设计方法n如何用如何用C语言开发语言开发MCS-51单片机系统单片机系统nMCS-51单片机的中断系统和内部的功能单元单片机的中断系统和内部的功能单元 掌握单片模式的掌握单片模式的MCS-51单片机系统的设计和开发基础单片机系统的设计和开发基础 这里所掌握的学习方法这里所掌握的学习方法, 可以用于连接其它单片机可以用于连接其它单片机 扩展模式的扩展模式的MCS-51单片机系统的设计和开发需要掌握第单片机系统的设计和开发需要掌握第6和和7章的内容章的内容练习：在内部RAM的21H单元开始存放有一组单字节不带符号数，数据长度为30H，要求找出最大数存入BIG单元。（程序代码）练习3-8：从数组中找最小数和最大数。数组的