单片机原理与应用

1、 单片机原理与应用第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口本章要点:80C51的并行接口80C51的串行接口第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1 MCS-51系列单片机的并行接口 组成4个8位并行的输入/输出接口，可以与外界进行信息交换。这4个并行接口分别称为PO、P1、P2和P3，其中P0为三态双向口，Pl、P2、P3为准双向口。因为Pl、P2、P3用于输入时，必须先将该口锁存器置“1”，然后才能接受输入信号。由于单片机引脚有限，这4个并行端口一般都是一脚多用。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口 P0包括1个输出锁存器，2个三态

2、缓冲器，1个输出驱动电路和1个输出控制电路。输出驱动电路由一对FET(场效应管)组成，其工作状态受输出控制电路的控制。控制电路包括：1个与门、一个反相器和1路模拟转换开关(MUX)。5.1.1 P0口第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口1.地址数据总线的接口P0口的工作方式由片内控制信号进行转换。当控制信号为“l”时， P0口为地址数据总线工作状态，如图5-1所示。若此时地址数据信号为“1”，则场效应管TO导通，Tl截止，把引脚拉高输出高电平；反之，则T0截止，Tl导通，输出为低电平。在访问外存储器时，P0口作为双向三态地址数据总线，它分时输出低8位地址和传送数据信息，低8

3、位地址来源于RO、R1、PCL、DPL等寄存器。由于P0口是地址数据复用口，其输出的低8位地址要片外锁存，常用的办法是低8位地址与ALE信号配合予以实现。5.1.1 P0口第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2.通用I0接口在不访问片外存储器时，CPU使控制信号为“0”，将多路开关MUX接到P0口锁存器的Q端。此时P0口作为IO端口进行工作。P0口作为IO端口，可按位设置它们为输入或输出位。若置某些位为输出位，由于控制信号使场效应管TO截止，因而它们的输出是漏极开路式的。如果想使某些位为输入位，则应先向这些位写入“1”，向锁存器写“1”，它使场效应管Tl截止，这样该位处于悬

4、浮状态，可以作为高阻输入。5.1.1 P0口第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1.2 Pl口 Pl口每位的原理图如图所示，该口与PO口不同，它只有一种通用IO接口工作方式，并且内部接有上拉电阻，而不是场效应管。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1.3 P2口 P2口与P0口类似，也有两种工作方式：地址数据分时复用总线和通用IO接口。但它与PO口也有不同的地方，其输出端上接的不是场效应管，而是接了一个上拉电阻，因此，P2口也为准双向口，其原理图如图所示。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1.4 P3口 P3口除了用作一

5、般IO接口外，它还具有第二功能，其电路如图5-4所示第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口 P3口的第二功能引脚第二功能标记第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDINT0INT1T0T1WRRD串行输入口串行输出口外部中断0输入外部中断1输入定时/计数器0外部输入定时/计数器1外部输入外部数据存储器写选通外部数据存储器读选通5.1.4 P3口第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1.5 80C51 P0P3口的使用特点P0口:一种功能通用I/O口和地址数据分时复用总线。P1口:只有一种功能通用I/O口。P2口

6、:通用I/O口和地址总线高八位。P3口:一种功能通用I/O口和第二功能状态。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.1.6 80C51单片机的并口应用实例 例1：51单片机控制LED灯的电路，当KEY键按一下时LED亮，再按一下时LED灭，依次类推。（连接如下图所示）第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口程序如下：MAIN: MOV SP , #60HLOOP: MOV A , P0ORL A , #10H ; P0.4=1MOV P0 , A ; 准备读P0口的P0.4ANL A , #10H ;JC LOOP ; 没有按下返回CALL DELAY ;

7、调用延时程序, 去键盘抖动,再判断键是否按下MOV A , P0ORL A , #10H ; P0.4=1MOV P0 , A ; 准备读P0口的P0.4MOV A，P0ANL A , #10H ;JC LOOP ; 没有按下返回MOV A , P0MOV R0 , AMOV A , #0FHSUBB A , R0 ; 对P0.0-P0.3 求反ANL A , #0FHMOV P0 , A ; 通过P0口输出使D1-D4LED亮或者灭CALL DELAYJMP LOOPDELAY: MOV R7 , #00FHN1: MOV R6 , #0F0HN2: NOPDJNZ R6 , N2DJNZ

8、R7 , N1RET第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口DPTR数据指针bit 片内RAM（包括部分特殊功能寄存器）中的直接寻址位A 累加器BB寄存器C 进位标志位，是布尔处理机中的累加器，也称之为累加位间址寄存器的前缀标志/位地址的前缀标志，表示对该位操作数取反（）某寄存器或某单元的内容（）由寻址的单元中的内容箭头左边的内容被箭头右边的内容所取代5.1.6 80C51单片机的常用符号说明第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.2 80C51的串行通信接口 80C51单片机内有一个全双工串行I/O接口，用此串行接口可以连接移位寄存器、串行打印机、CRT终

9、端等，也可用此接口组成多机系统或简单的计算机网络。 为了便于理解80C51串行接口的用法，本节先介绍一下串口通讯的一般知识，然后再讨论80C51单片机的串行接口。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.2.1 串行通信的概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口1.串行通信 一个信息的各位数据被逐位顺序传送的通信方式成为串行通信。串行通信可通过串行接口来实现。它的通信速度慢，但需要的传输线较少，适于长距离的通信。5.2.1 串行通信的概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2.串行通信的方向（1）单工所谓单工，就是只能向一个方向传送信息

10、，而不能进行与此相反方向的传送。（2）半双工半双工通讯允许两个方向传输数据，但不能同时传输，只能交替进行，因为它使用一对通讯线路。（3）全双工全双工通讯允许两个方向同时传送数据。5.2.1 串行通信的概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口3.串行通信的速率 串行通讯是一位一位地传送数据。串行口每秒钟发送或接收数据的位数称为波特率。若发送接收一位数据需要时间为t，则波特率为1t。4. 异步通信/同步通信 同步问题是串行通讯的一个重要问题。为了使收发信息准确，收发端的动作必须在同一时间进行，否则就不能正确传输信息。串行通信又有异步通信和同步通信两种方式。5.2.1 串行通信的

11、概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（1）异步通信 异步通信是在每个字符代码前面增加一位起始位(0)，在接收端收到起始位之后，立即启动内部时钟，按规定的速率接收一个字符的代码，在代码之后跟一个或多个停止位(1)，表示一个字符代码的结束。如字符R的ASCII码为0100l0l，用异步通信方式发送时，其波形如图5-9所示。5.2.1 串行通信的概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（2）同步通信 发送端按一定的时间间隔发送信号，接收端也按同样速率接收信号，收发两端使用同一时钟信号同步进行工作。采用同步方式传送，字符与字符之间不再留有空隔，也不用停顿，可

12、以连续进行收发，故速度较快。这种方式适用于大批量数据传送。5.2.1 串行通信的概念第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口 80C51单片机串行IO口是可提供同步或异步两种通信方式的全双工串行接口。它由下面几个特殊功能寄存器组成，即发送数据寄存器(SBUF)、接收数据寄存器(SBUF)、串行口控制寄存器(SCON)和电源控制寄存器(PCON)等。5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口1串行发送接收寄存器(SBUF) 串行

13、发送寄存器与接收寄存器实际上是两个独立的寄存器，但它们共用一个名字SBUF和地址。发送时，将欲发送的数据写入SBUF，数据便存入发送寄存器，同时启动发送器开始工作。 接收工作则要用软件方法使串行控制寄存器(SCON)的REN位置1才能启动。5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2串行口控制寄存器（SCON） 串行控制寄存器SCON是选择串行口工作方式及控制串行口工作的寄存器。在启动串行口之前，应先用软件将控制命令写入SCON，串行口才能按选中的方式进行工作。串行控制寄存器SCON各位的定义见下表。D7D6D5D4D3D2D1D0SM0

14、SM1SM2RENTB8RB8TIRI5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口(1)SM0、SMl：串行口工作方式选择位这两位用于选择串行口的工作方式。8051有4种工作方式，见下表。SM0SM1功能说明00 方式0为移位寄存器方式，波特率为 fosc /1201 方式1为8位UART，波特率可变10 方式2为9位UART，波特率为fosc/64或波特率为fosc/3211 方式3为9位UART，波特率可变5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口(2)REN：允许串行接收控制位(

15、3)TB8：发送第9位数据(4)RB8：接收的第9位数据(5)TI：发送中断标志(6)RI：接收中断标志(7)SM2：多机通讯控制位5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口3.电源控制寄存器PC0N 电源控制寄存器PC0N主要是为CM0S芯片实现某些功能而设。对HM0S芯片，只有其最高位D7有意义。 PC0N的D7位为波特率选择位SMOD。在方式1、2、3中，若SMOD=1，则波特率加倍；SMOD=0，波特率不加倍，PC0N寄存器不能按位寻址，SMOD的设置需用字节进行操作。5.2.2 80C51单片机串行接口的结构第5章 MCS-51

16、系列单片机的并行、串行输入/输出接口 1方式0方式0为移位寄存器方式，通过外接CM0S或TTL移位寄存器实现串行、并行转换。该工作方式用于扩展I0接口。在这种方式下，传送的数据为8位，数据只能从RxD端输入输出。TxD端用于输出移位同步时钟信号，其波特率固定为振荡频率的112，即每个机器周期传送一位数据。方式0可以认为是同步工作方式。5.2.3 80C51单片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（1）方式0输出 5.2.3 80C51单片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（2）方式0输入 5.2.3 80C51单

17、片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2方式l 方式l为波特率可变的8位异步通讯方式，可与标准的UART设备相接。这种方式传送一帧信息为l0位，其中一位为起始位，8位数据位(先低位后高位)，一位停止位。至于波特率的选择，下面将会详细的介绍。5.2.3 80C51单片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（1）方式l输出（2）方式l输入5.2.3 80C51单片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2方式l3方式2 方式2为波特率固定的9位异步通讯方式，其波特率为振荡频率的132或

18、164。它适用于多机通讯系统。（1）方式2输出（2）方式2输入4方式3方式3为波特率可变的9位异步通讯方式，除波特率有所区别外，与方式2完全相同5.2.3 80C51单片机串行接口的工作方式第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口5.2.4多机通信1.多机通信原理 单片机的多机通信是指由两台以上单片机组成的网络结构，各单片机之间通过串行通信方式共同实现对某一过程的最终控制。80C51单片机串行口的方式2和3具有多机通信功能，主要表现在SCON寄存器中的SM2位上，其工作原理如图所示。第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口2. 多机通信系统设计（1）MCS-51

19、多机通信系统硬件 以典型的主从式多机系统（1个主机多个从机）为例，阐述多机通信的程序设计。通信接口采用标准的RS-485通信接口。每个从机在网络中的具有唯一的站号。系统结构如图所示。5.2.4多机通信第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（2）系统软件设计 设多机通信系统主从机晶振为6MHz，波特率为2400，均以方式3进行多机串行通信。每次通信时主机先发送对应的从机地址，然后发一个字节数据。主机软件设计：初始化程序INIT： MOVTMOD，#20HMOVTH1，#0F9H ；设置波特率为2400MOVTL1，#0F9HMOVSCON，#0F0H ；串行口为方式3，SM2=

20、1，允许接收SETBTR1 ；启动定时器RET5.2.4多机通信第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口通信子程序COM：SETBTB8 ；地址标志MOVSBUF, #ADDR1 ;发送要通信的从机地址LOOP: JNB TI, LOOP ；等待地址发完CLR TICLR TB8 ；数据标志MOV A, R0 ；取要发送的数据MOV SBUF, A ；发数据LOOP1: JNB TI,LOOP1 ；等待数据发完CLR TIRET第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（2）系统软件设计 从机软件设计初始化程序INIT: MOVTMOD，#20HMOVTH1，#0

21、F9H ；设置波特率为2400MOVTL1，#0F9HMOVSCON，#0F0H ；设置串行口为方式3，SM2=1，允许接收ANLPCON，#7FHSETBTR1SETBES ；允许串行口中断SETBEAWAIT： SJMPWAIT ；听号第5章 MCS-51系列单片机的并行、串行输入/输出接口（2）系统软件设计 串口中断服务通信程序 当接收到地址帧“呼号”且地址帧与本机地址相符时，要置SM2为0以便准备接收数据帧，同时需要将本机地址发回作为应答，建立与主机的联络。编程如下：SIO：CLR RIPUSH PSW ；现场保护PUSHACC MOV A，SBUF ；接收串行数据 XRLA，#ADDR ；判断是否与本机地址相符JNZ BACK ；不相符则返回CLRSM2 ；相符则SM2为0且发回本机地址CLR ES ；关串口中断，避免中断嵌套MOVA， SBUF ；接收数据WAIT：JNBRI，WAIT CLR