4. 串行接口与定时计数器

1. 串行接口的一般概念 单片机与外界进行信息交换称之为通讯 (Communication) 。

单片机的通讯方式有两种： 并行通讯 : 数据的各位同时发送或接收。 串行通讯 : 数据一位一位顺序发送或接收。参看下图：

一、串行接口及应用

( 一 ). 异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束。字符

间隔不固定，只需字符传送时同步。 异步通讯常用格式：一个字符帧

一 . 串行通讯的基本方式

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位起始位

异步通讯的双方需要两项约定：1. 字符格式一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。

2. 波特率 ( 位 / 秒 )—— 对传送速率的规定波特率：每秒钟传送的位数，记为 bps （ bit/sec ）。例：要求每秒传送 120 个字符，每帧为 10 位。解： B=120×10=1200 波特 每位 0.83ms数据位传输率 =120×8=960 位 / 秒

（二）同步通讯：数据块传递开始要用同步字符来指示，

要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。

串行通信的校验方法

目的：保证高效而无差错的传送数据。校验位：可以奇校验、偶校验或没有校验位。

奇偶校验：主要用于对一个字符的传输过程进行校验。 通常把数据位和校验位中 1 的个数为奇数个称为奇校验。 通常把数据位和校验位中 1 的个数为偶数个称为偶校验。

异步传输信息冗余较大，例如： 1+8+1+2 中有效位数只有 8位。

串行传输中的数据传输方向如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方 A 传

到另一方 B ，则称为单工。（无线电对讲机）如果在任意时刻，信息既可由 A 传到 B ，又能由 B

传 A ，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。如果在任意时刻，线路上存在 A 到 B 和 B 到 A 的

双向信号传输，则称为全双工。（电话）

1. 数据缓冲器 SBUF

发送 SBUF 和接收 SBUF 共用一个地址 99H 。

1 ）发送 SBUF 存放待发送的 8 位数据，写入 SBUF 将同时启动发送。

发送指令： MOV SBUF ， A2 ）接收 SBUF 存放已接收成功的 8 位数据，供 CPU 读

取。 接收指令： MOV A ， SBUF

一 . 串行接口控制字

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

2. 串行口控制 / 状态寄存器 SCON(98H)

SM0 ， SM1 ：选择串行口 4 种工作方式。SM2 ：多机控制位，用于多机通讯。REN ：允许接收控制位， REN=1 ，允许接收； REN=0 ，禁止接收。TB8 发送的第 9 位数据位，可用作校验位和地址 / 数据标识位RB8 ：接收的第 9 位数据位或停止位TI ：发送中断标志，发送一帧结束， TI=1 ，必须软件清零RI ：接收中断标志，接收一帧结束， RI=1 ，必须软件清零

3. 节电控制寄存器 PCON

SMOD(PCON.7) ：波特率加倍控制位。SMOD=1 ，波特率加倍， SMOD=0 ，则不加倍。

串行口的工作方式方式 0 ：同步方式（移位寄存器方式）

要想移位寄存器工作，需要向其时钟输入端 CLK送去移位脉冲，接收一个脉冲便移动一位。该脉冲由 TXD提供（移位脉冲），参与发送或接收的数据均出入于 RXD 端。可用于扩展8 位并行输入输出口

    输出 : 将 8 位数据以 fos/12 的固定波特率从 RXD 输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI 由硬件置位。

输入 : 置位允许接收控制位 REN＝ 1 。当（ RI ） =0和（ REN ） =1 同时满足时，开始接收。当接收到第 8 位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位 RI 。

方式 1: 波特率可变的 10 位异步通讯接口

发送或接收一帧信息，包括 1 个起始位 0 ， 8 个数据位和 1个停止位 1 。

输出：串行数据从 TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位 TI 。 输入：在（ REN ） =1 时，串行口采样 RXD引脚，当采样到 1至 0 的跳变时，确认是开始位 0 ，就开始接收一帧数据。只有当（ RI ） =0且停止位为 1 或者（ SM2 ） =0 时，停止位才进入 RB8 ， 8 位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志 RI ；否则信息丢失。所以在方式 1 接收时，应先用软件清零 RI 和 SM2 标志。

方式 2 ：固定波特率的 11 位 UART方式它比方式 1增加了一位可程控为 1 或 0 的第 9 位数据。输出 : 它可作为多机通讯中地址 / 数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。输入 : 在接收到附加的第 9 位数据后，当（ RI ） =0或者（ SM2 ） =0 时，第 9 位数据才进入 RB8 ， 8 位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志 RI ；否则信息丢失。且不置位 RI 。

再过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测 RXD 上从 1 到 0 的跳变。

（ 4 ）方式 3 ：异步第 9 位方式 方式 3 为波特率可变的 11 位 UART 方式。

除波特率外，其余与方式 2 相同。

当时钟频率选用 11.0592MHZ时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。

右表列出了定时器 T1 工作于方式 2 常用波特率及初值。

常用波特率

Fosc(MHZ)

SMOD TH1 初值

19200 11.0592 1 FDH

9600 11.0592 0 FDH

4800 11.0592 0 FAH

2400 11.0592 0 F4h

1200 11.0592 0 E8h

串口的电平转换电路 RS232 使 EIA （ Electronics Indu

stries Association ）组织推荐的、目前最常用的一种串行通讯接口标准。采用 25芯连接器或 9芯连接器。

常用电平为 -12V~+12V 逻辑“ 1” 为 -3V~-25V, 逻辑“ 0” 为 +3V~+25V TTL 与 EIA 之间需要用接口电路

进行转换

为什么需要电平转换电路

单片机使用的是 TTL电平，单片机的串口输出信号也是如此，

串行通信中一般使用的是 RS232 通信协议 需要外接接口进行电平匹配

MAX232 和单片机串口连接的典型电路

单片机和单片机之间的串行通信也需要电平转换芯片吗？

对于两个单片机而言，二者都是 TTL电平，所以不需要电平转换芯片。

定时 / 计数器中的核心部件为可预置初值计数器。预置初值后开始计数，直至计数值归 0 或产生溢出，可申请中断。

K1 K2

可预置初值计数器 中断请求

功能选择

启动控制

内部时钟脉冲（定时）

外部输入脉冲（计数）

溢出信号计数脉冲

计数初值

二．定时 / 计数器的工作原理

例：设 CTC 中为 8 位加 1 计数器。按要求选择功能和初值。

1. 要求检测到 100 个脉冲，发中断请求，通知 CPU 。选计数功能，计数初值为 156 。

2. 要求定时每隔 100s 时间，发一次中断请求。设内部时钟周期 1s

选定时功能，计数初值为 156 。

一．定时 / 计数器的应用1．计数功能：生产线上产品计数。每个产品通过得到一个脉冲信号，

计数器记录脉冲个数，当计数值与设定值相等，启动包装机器。

检测转速。电机转动一圈发出一个脉冲，计数器记录一秒时间内脉冲个数，显示转速。

2．定时功能：用于实时控制，定时采样、定时启动等。当定时时间与设定值相等，执行规定操作。

3 定时 / 计数器电路 CTC

3-2-1 MCS-51 定时 / 计数器

2 个可独立控制的 16 位定时器 / 计数器： T0 、 T1定时器初始化编程：1. 功能选择（定时 / 计数）2. 位数选择（ 8/13/16 位）3. 启动方式选择（内部启动 / 外部启动）4. 启动控制（启动 / 停止）5.恢复初值方式（自动重装 / 软件重装）

GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0

1 ）功能选择位 C/T ：=0 ，定时功能，计数内部机器周期脉冲；=1 ，计数功能，计数引脚 T0(T1) 输入的负脉冲。

1.TMOD 定时器方式寄存器（ 89H ）

T1 T0

一 . 定时器控制、状态寄存器

2 ）方式选择位 M1 、 M0 ： 4 种工作方式： 13/16/8 位

M1 M0 方式 功能描述0 0 0 13 位0 1 1 16 位1 0 2 8 位自动重装1 1 3 T0 为两个 8 位

3 ）门控方式选择位 GATE ：

=0 ，非门控方式 (内部启动 ) ：TRx=1 ，启动定时器工作；TRx=0 ，停止定时器工作。

=1 ，门控方式 ( 外部启动 ) ： TRx=1且引脚 INTx=1才启动。

确定定时器工作方式指令： MOV TMOD ， #方式字

例：设 T0 用方式 2非门控定时， T1 用方式 1门控计数。MOV TMOD ， #

2.TCON 定时器控制 / 状态寄存器

1 ）启动控制位 TR0 、 TR1=0 ，停止定时器工作=1 ，启动定时器工作例：启动 T0 ： SETB TR0

2 ）溢出中断标志位 TF0 、 TF1定时器溢出使 TFx=1 ，引起中断请求， CPU响应 Tx中断后，自动清 0 TFx。

可用软件检测 TFx，必须软件清 0 。WAIT ： JBC TF0 ， NEXT ；检测 T0是否溢出

SJMP WAIT ；未溢出，继续检测NEXT ： … ；溢出， TF0 清 0 ，处理溢出

3．可预置初值的 16 位加 1 计数器 TH0 、 TL0 、 TH1 、TL1预置 T0初值指令： MOV TH0 ， #XH

MOV TL0 ， #XL

二 . 定时器工作方式由方式选择位 M1 、 M0设定

1. 方式 013 位定时 / 计数器。 THx 8 位和 TLx低 5位组成 13 位加 1 计数器

计数外部脉冲个数： 1～ 8192(21

3)定时时间 (T=1s) ： 1s ～ 8.19

ms

2. 方式 116 位定时 / 计数器。 THx8 位和 TLx8 位组成 16 位加 1

计数器计数外部脉冲个数： 1～ 65536(216)定时时间 (T=1s) ： 1s ～ 65536×T= 65.54ms

3. 方式 2

自动恢复初值 8 位定时 / 计数器。 TLx为 8 位加 1 计数器， THx为 8 位初值暂存器。

用于需要重复定时和计数的场合。最大计数值： 256 (28)最大定时时间 (T=1s) ： 256s

4. 方式 3

T0分成 2 个 8 位定时器： TL0 定时 / 计数器和 TH0 定时器TL0占用 T0 控制位： C/T ， TR0 ，GATE ；TH0占用 T1 控制位： TR1,TF1 。T1 不能使用方式 3 工作

5. 计算时间常数 X( 计算初值 )

计数功能： X= 2n -计数值 n ： 8/13/16 定时功能： X= 2n - t/T t ：定时时间、 T ：机器周期

定时器初始化编程：使用定时器工作之前，先写入控制寄存器，确定好定时器工作方式

1. 按实际需要选择定时 / 计数功能2. 按时间或计数长度选择方式3. 计算时间常数

初始化编程格式：MOV TMOD ， # 方式字；选择方式MOV THx ， #XH ；装入 Tx 时间常数MOV TLx ， #XL

(SETB EA ) ；开 Tx 中断(SETB ETx ) SETB TRx ；启动 Tx定时器

三 . MCS-51 定时器的应用

4. 溢出处理编程格式：

1 ）查询方式：先查询定时器溢出标志，再进行溢出处理。… ；定时器初始化

WAIT ： JBC TFx， PT ；检测溢出标志SJMP WAIT

PT ： MOV THx， #XH ；重装时间常数MOV TLx， #XL

… ；溢出处理SJMP WAIT

2 ）中断方式：初始化后执行其他任务，中断服务程序处理溢出。

ORG 0000HLJMP MAINORG 000BH(001BH) ； Tx中断入口LJMP PTS

MAIN ： … ；初始化后执行其他程序

PTS ： … ；溢出中断服务程序

MOV THx， #XH ；重装时间常数MOV TLx， #XLRETI

四 . 举例由 P1.0 输出方波信号，周期

为 2ms ， 设 fosc=12MHz。

2ms

解：每隔 1ms改变一次 P1.0 的输出状态。用 T0非门控方式 1 定时。计算时间常数： X = 216 - t/T = 216 -1000/1 = FC18H

（ 1 ）查询方式： ORG 0000h

JMP STARTORG 1000H

START: MOV TMOD,#01HMOV TL0,#18HMOV TH0,#0FCHSETB TR0

LOOP: JBC TF0,PTF0SJMP LOOP

PTF0: CPL P1.0MOV TL0,#18HMOV TH0,#0FCHSJMP LOOP

END

（ 2 ）中断方式 ORG 0000HAJMPMAINORG 000BHAJMPPT0INTORG 0100H

MAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#01HMOV TL0,#18HMOV TH0,#0FCHSETBEASETBET0SETBTR0

HERE: SJMP HERE PT0INT: CPL P1.0

MOV TL0,#18HMOV TH0,#0FCHRETI

END

长定时方法：增加一个软件计数器或一个硬件计数器。

硬件方式： T0 定时， T1 计数T0 的定时跳变信号 P1.0 的负跳变次

数，计满 5个跳变为 1 秒。

P1.0P1.0

P1.7P1.7

编制程序使 P1.7驱动 LED亮 1 秒灭 1 秒地闪烁。

设时钟频率为 6MHz

T0 方式 1 定时， T1 方式 2 计数T1 计数值为 5，初值为 #0FBH ；设置 T0 的定时值为 100ms ，初值为 #3CH ；T0溢出后 ( 每 100ms), P1.0反转一次同时 P1.0 每下跳变一次（反转两次）， T1 计数一次累计 5次， P1.7反转一次

START ： MOV TMOD ， #61H ； T0 方式 1 定时， T1 方式 2 计数 MOV TL1 ， #0FBH ；差 5 个负跳变就溢出，同时自动重装 MOV TH1 ， #0FBH ； T1 计数值为 5 CLR P1.0 SETB TR1 ； T1 开始计数

LOOP1 ： CPL P1.7LOOP2 ： MOV TL0 ， #3CH ；设置 T0 的定时值为 100ms ，

MOV TH0 ， #0B0H ；每 100ms 作一次反相跳变 SETB TR0 ； T0 开始计数

LOOP3: JBC TF0 ， LOOP4;T0溢出后 ( 每 100ms), P1.0反转一次SJMP LOOP3; 同时 P1.0 每下跳变一次（反转两次），

LOOP4 ： CPL P1.0 ； T1 计数一次JBC TF1 ， LOOP1 ；累计 5次， P1.7反转一次SJMP LOOP2

START: MOV TMOD,#61H;T0 方式 1 定时， T1 方式 2 计数 MOV TL1,#0FBH;差 5个负跳变就溢出，同时自动重装 MOV TH1,#0FBH;T1 计数值为 5 CLR P1.0 SETB TR1;T1 开始计数 LOOP1: CPL P1.7 LOOP2 : MOV TL0,#3CH;T设置 0 的定时值为 100ms ，

MOV TH0,#0B0H ;每 100ms 作一次反相跳变

SETB TR0 ;T0 开始计数 LOOP3: JBC TF0,LOOP4;T0溢出后 ( 每 100ms), P1.0反转一次 SJMP LOOP3;同时 P1.0 每下跳变一次（反转两次）， LOOP4: CPL P1.0;T1 计数一次 JBC TF1,lOOP1; 累计 5次， P1.7反转一次 SJMP LOOP2 end

例定时器外部引脚 T0(T1) 用作外部中断信号输入端。

外部负脉冲引起中断请求，选计数方式，时间常数为 FFH 。

例：门控方式测量正脉冲宽度解： INT1 引脚输入被检测信

号，记录在正脉冲的时间内包含机器脉冲个数。

TR1=1 T1 启动 TR1=0(门控方式 ) （ T1

停止）

INT1

1 ）设脉宽小于 65.5ms等待查询 INT1 ，正脉冲过后，读出 TH1TL1 。

START ： MOV TMOD ， #90H;T1门控方式（ INT1＝ 1 启动定时），方式 1 定时

MOV TL1 ， #0H ； T1 清零 MOV TH1 ， #0H

WAIT1 ： JB P3.3 ， WAIT1 ；等待负脉冲的到来 SETB TR1 ；开始定时

WAIT2 ： JNBP3.3 ， WAIT2 ；等待正脉冲的到来

WAIT3 ： JB P3.3 ， WAIT3 ；等待负脉冲的到来CLR TR1 ；结束定时MOV R2 ， TL1MOV R3 ， TH1

…

2 ）设脉宽大于 65.5ms ，中断方式记录 TH1TL1溢出中断次数。

SETB TR1SETB ET1 ；开 T1 中断SETB EA

WAIT2 ： JNB P3.3 ，WAIT2 ；等待正脉冲到来WAIT3 ： JB P3.3 ，WAIT3 ；等待正脉冲结束

CLR TR1 ；关闭 T1MOV IE ， #00 ；关闭中断MOV R2 ， TL1 ；读出 T1MOV R3 ， TH1LCALL PPS ；计算脉宽

HERE ： SJMP HERE ；其他任务PRIC ：INC R4 ；记录溢出次数

RETIPPS ： … ；计算脉宽子程序

计算脉宽的子程序的计算式如下：脉宽 t = （ R4 ×216 + R3 R2 ) ×T （ T 为机器周期）