【金善愚】 單片機(jī)應(yīng)用原理篇 筆記整理
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一、引腳分布介紹

1.分類

三類

• 電源及晶振引腳(共4只)
• 控制引腳(共4只）
• 端口引腳(共32只)

2.電源引腳

• Vcc(40腳):電源端，接+5V電源。
• Vss(20腳):接地端。

3.時(shí)鐘引腳(2根)

• XTAL1(19腳)：接外部晶振和微調(diào)電容的一端。
• XTAL2(18腳)：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。

4.控制引腳(4根)

• RST/Vpp(9腳)：復(fù)位信號(hào)/備用電源輸入引腳。
  ○ 當(dāng)RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以使80C51完成復(fù)位操作。
  ○ 該引腳的第二功能是VBp，即備用電源的輸入端，具有掉電保護(hù)功能。
  ○ 若在該引腳接+5V備用電源，在使用中若主電源VCC掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。 ○

• ALE(30腳)：地址鎖存允許信號(hào)輸出。
  ○ 當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)控制鎖存PO口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)PO口數(shù)據(jù)與低位地址的分時(shí)復(fù)用。
  ○ 當(dāng)80C51上電正常工作后，自動(dòng)在ALE端輸出頻率為fosc/6的脈沖序列(fosc代表振蕩器的頻率)。

• EA(31腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。
  ○ 當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)ROM指令，但當(dāng)PC值超過(guò)OFFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外ROM指令;
  ○ 當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外ROM指令。對(duì)于80C31，由于其無(wú)片內(nèi)ROM，故其EA必須接低電平。

• PSEN(29腳)：片外ROM讀選通信號(hào)端。

5.端口引腳(32根)

• P0.0 ~ P0.7 (39 ~ 32腳) —— P0口
• P1.0 ~ P1.7 ( 1 ~ 8腳) —— P1口
• P2.0 ~ P2.7 (21 ~ 28腳) —— P2口
• P3.0 ~ P3.7 (10 ~ 17腳) —— P3口

1、P0口既可以作為普通I/O口，又可以作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的低8位，分時(shí)復(fù)用；作為普通I/O口時(shí)，外部要接上拉電阻。
2、P1口可以作為普通I/O口使用，內(nèi)部帶上拉電阻
3、P2口可以作為普通I/O口使用，又可作為外部擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位，作為普通I/O時(shí)，內(nèi)部帶上拉電阻
4、P3口可以作為普通I/O口使用，又具有第二功能，作為普通I/O時(shí)，內(nèi)部帶上拉電阻

二、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及空間分布介紹

1.存儲(chǔ)器的劃分方法

馮諾依曼結(jié)構(gòu) 與 哈佛結(jié)構(gòu)

(51單片機(jī)是改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，分時(shí)復(fù)用，但是物理存儲(chǔ)空間分開(kāi)，總線統(tǒng)一。)

2.程序存儲(chǔ)器（ROM）

1. 作用:存放程序、表格或常數(shù)，具有非易失性
2. 特點(diǎn):片內(nèi)ROM與片外ROM可有2種組合方案

方案1：4KB以內(nèi)的地址在片內(nèi)ROM,大于4KB的地址在片外ROM中(圖中折線)，兩者共同構(gòu)成64KB空間;
方案2：片內(nèi)ROM被禁用，全部64KB地址都在片外ROM中(圖中直線)。

2種組合方案由EA引腳的電平狀態(tài)決定:EA=1時(shí)為方案1，EA=0時(shí)為方案2

注意：ROM有6個(gè)特殊儲(chǔ)存器單元——用于程序引導(dǎo)

中斷程序執(zhí)行過(guò)程：某一突發(fā)事件 → 相應(yīng)中斷入口地址自動(dòng)裝入PC → 引導(dǎo)兩次跳轉(zhuǎn) → 執(zhí)行相應(yīng)中斷服務(wù)程序

主程序一般應(yīng)安排在0030H地址以后（有中斷需要時(shí))

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）

作用:存放程序運(yùn)行結(jié)果

(1) 低128字節(jié)的區(qū)域

①工作寄存器區(qū)(O0H ~1FH)
②可位尋址區(qū)(20H ~2FH)
③用戶RAM區(qū)(30H ~7FH)

①區(qū)共有32個(gè)存儲(chǔ)單元；
??每個(gè)單元都有1個(gè)8位地址(字節(jié)地址)
??每個(gè)單元都有1個(gè)寄存器名稱(RO~R7)
??32個(gè)單元分為4組(第0～第3組)
??CPU只能選一組為當(dāng)前工作寄存器組

當(dāng)前工作寄存器組取決于PSW的設(shè)置
CPU復(fù)位后RS1和RSO默認(rèn)值為0，即默認(rèn)第0組為當(dāng)前工作寄存器組。

②區(qū)共有16個(gè)存儲(chǔ)單元;共有128個(gè)位地址
??每個(gè)單元都有一個(gè)字節(jié)地址每個(gè)單元都有8個(gè)不同的位地址

③區(qū)共有80個(gè)存儲(chǔ)單元;
??每個(gè)單元都有一個(gè)字節(jié)地址，但沒(méi)有位地址,也沒(méi)有寄存器名
??此區(qū)可作為堆棧區(qū)和中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)使用——用戶RAM區(qū)

??【注意】：①區(qū)和③區(qū)只能按字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取操作，②區(qū)則可按字節(jié)和位兩種方式存取操作。

??

(2)高128字節(jié)RAM區(qū)

每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)字節(jié)地址，但只有其中21個(gè)單元可以使用，并有相應(yīng)寄存器名稱。
其中，字節(jié)地址末位是0或8的SFR，都具有位地址。

三、復(fù)位、時(shí)鐘與時(shí)序

1.復(fù)位與復(fù)位電路

1. 復(fù)位 —— 使單片機(jī)恢復(fù)原始默認(rèn)狀態(tài)的操作。
   復(fù)位時(shí)片內(nèi)各寄存器的初始值

??表中X表示可以是任意值，B表示是二進(jìn)制

??在上電復(fù)位(冷啟動(dòng))時(shí)的SRAM的內(nèi)容為隨機(jī)值，而在按鍵復(fù)位(熱啟動(dòng))時(shí)SRAM的內(nèi)容保持不變。

????注意:在用keil開(kāi)發(fā)的程序中, keil 軟件默認(rèn)會(huì)在編譯過(guò)程中加入把RAM初始化為00H

2. 復(fù)位條件
   為使電路正確復(fù)位，需要使RST信號(hào)保持至少24個(gè)時(shí)鐘周期(兩個(gè)機(jī)器周期)的高電平。
   

2.時(shí)鐘電路

單片機(jī)需要統(tǒng)一的時(shí)鐘控制，其時(shí)鐘系統(tǒng)可以有兩種方案。

方案一：外部時(shí)鐘方式

方案二：內(nèi)部時(shí)鐘方式

晶振常見(jiàn)有：6MHz、11.0592MHz、12MHz
（其中11.0592MHz 方便對(duì)應(yīng)波特率，誤差小）

3.單片機(jī)時(shí)序

1. 時(shí)序的概念
   ● 時(shí)序是對(duì)象(或引腳、事件、信息)間按照時(shí)間順序組成的序列關(guān)系。
   ● 時(shí)序可以用狀態(tài)方程、狀態(tài)圖、狀態(tài)表和時(shí)序圖4種方法表示,其中時(shí)序圖最為常用。
   ● 時(shí)序圖亦稱為波形圖或序列圖，縱坐標(biāo)表示不同對(duì)象的電平，橫坐標(biāo)表示時(shí)間(從左往右為時(shí)間正向軸),通常坐標(biāo)軸可省略。

2. 舉例：
   
   (1) 最左邊是引腳的標(biāo)識(shí)，表示該圖反映了RS、R/W、E、D0~D7四類引腳的序列關(guān)系。
   (2) 交叉線部分表示電平的變化，如高電平和低電平。
   (3) 封閉菱形部分表示數(shù)據(jù)有效范圍（偶爾使用文字 Valid Data）。
   (4) 水平方向的尺寸線表示持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度。

3. 時(shí)序關(guān)系：
   ● RS和R/W端首先變?yōu)榈碗娖剑?br> ● 隨后D0~D7端出現(xiàn)有效數(shù)據(jù);
   ● R/W低電平tsp1之后，E端出現(xiàn)寬度為tpw的正脈沖；
   ● E脈沖結(jié)束并延時(shí)tHD1后，RS和R/W端恢復(fù)高電平；
   ● E脈沖結(jié)束并延時(shí)tHD2后，DO~D7端的本次數(shù)據(jù)結(jié)束;
   隨后DO~D7端出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)，但下次E脈沖應(yīng)在tc時(shí)間后才能出現(xiàn)根據(jù)這些信息便可以進(jìn)行相應(yīng)的軟件編程了。

4. 時(shí)鐘的度量單位：
   時(shí)鐘周期（或節(jié)拍）P、狀態(tài)周期S、機(jī)器周期、指令周期
   
   ● 1個(gè)狀態(tài)周期（S）= 2個(gè)節(jié)拍（P)
   ● 1個(gè)機(jī)器周期 = 6個(gè)狀態(tài)（S）= 12個(gè)節(jié)拍（P）
   ● 1個(gè)指令周期約為1～4個(gè)機(jī)器周期
   
   機(jī)器周期是CPU完成一個(gè)操作的最短時(shí)間
   例如：晶振為11.0592M，則時(shí)鐘周期 = 1/11059200s
   （12MHz→1us；6MHz→2us）

四、并行I/O接口

51單片機(jī)有32只I/O引腳，分屬于4個(gè)端口（P0～P3）

• 可作為并行I/0輸出通道（例如，數(shù)碼管顯示器連接通道)
• 可作為并行I/0輸入通道（例如，按鍵/開(kāi)關(guān)連接通道)
• 可作為串行通信通道（例如，雙機(jī)通訊的連接通道)
• 可作為外部設(shè)備的連接通道(例如，存儲(chǔ)器擴(kuò)展通道)

由于工作任務(wù)不同，4個(gè)端口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同。
了解4類端口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于正確使用這些I/O端口非常重要。
以下按照先易后難的原則進(jìn)行學(xué)習(xí)，即P1→P3→P0→P2

1.P1口

1個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

(1)輸出信號(hào)
復(fù)位時(shí)，鎖存器自動(dòng)置1，默認(rèn)以高電平輸出

(2) 讀引腳
讀引腳置1時(shí)，讀入引腳值
??在讀入前在內(nèi)部總線先寫(xiě)1，保證場(chǎng)效應(yīng)管是截止的狀態(tài)，使外部引腳不受影響，以免出錯(cuò)。

(3) 讀鎖存器
P1.0 = ~ P1.0; //靠讀鎖存器實(shí)現(xiàn)的

P1口的要點(diǎn):
1、P1口具有通用I/O口方式，可實(shí)現(xiàn)輸出、讀引腳（輸入）和讀鎖存器三種功能；
2、P1口為準(zhǔn)雙向通用口，作為通用輸入口時(shí)應(yīng)先使P1.n→1，作為通用輸出口時(shí)是無(wú)條件的。

2.P3口

1個(gè)位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

P3口的第二功能：

(1)輸出信號(hào)
作為通用I/O口時(shí)，第二輸出功能置1。外部引腳電平由內(nèi)部總線決定。
作為第二功能時(shí)，內(nèi)部總線保持為1。外部引腳電平由第二輸出功能端決定。

(2) 讀引腳
讀引腳置1時(shí)，讀入引腳值
??在讀入前在內(nèi)部總線先寫(xiě)1，保證場(chǎng)效應(yīng)管是截止的狀態(tài)，使外部引腳不受影響，以免出錯(cuò)。

(3) 讀鎖存器
P1.0 = ~ P1.0; //靠讀鎖存器實(shí)現(xiàn)的

P3口的要點(diǎn):
1、P3口具有通用I/O口方式，可實(shí)現(xiàn)輸出、讀引腳（輸入）和讀鎖存器三種功能；
2、P3口為準(zhǔn)雙向通用口，作為通用輸入口時(shí)應(yīng)先使P3.n→1，作為通用輸出口時(shí)應(yīng)先使第二輸出端→1；
3、P3口具有第二功能方式，可實(shí)現(xiàn)第二輸出和第二輸入兩種功能。

3.P0口

控制端置1時(shí)，P0口作為 地址和數(shù)據(jù)總線（低8位）

P0口的要點(diǎn):
1、P0口具有通用IO口方式，可實(shí)現(xiàn)輸出、讀引腳（輸入）和讀鎖存器三種功能；
2、P0口為準(zhǔn)雙向通用口，作為通用輸入口時(shí)應(yīng)先使P0.n→1，作為通用輸出口時(shí)應(yīng)先使第二輸出端→1 ；
3、作為通用I/O口方式時(shí)，需要外接上拉電阻；
4、P0口具有地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用方式，可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)輸入兩種功能；
5、地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用方式時(shí)無(wú)需外接上拉電阻；
6、分時(shí)復(fù)用方式的數(shù)據(jù)輸入時(shí)無(wú)需程序?qū)?操作。

4.P2口

控制端置1時(shí)，P2口作為 地址和數(shù)據(jù)總線（高8位）

P2口的要點(diǎn):
1、P2口具有通用I/O口方式，可實(shí)現(xiàn)輸出、讀引腳（輸入）和讀鎖存器三種功能；
2、P2口為準(zhǔn)雙向通用口，作為通用輸入口時(shí)應(yīng)先使P2.n→1，作為通用輸出口時(shí)應(yīng)先使控制端→1；
3、作為通用I/O口方式時(shí)，無(wú)需外接上拉電阻；
4、P2口具有地址輸出方式，可實(shí)現(xiàn)地址輸出功能。

五、中斷基本概念

1.中斷

中斷系統(tǒng)是為使CPU具有對(duì)外界緊急事件的實(shí)時(shí)處理能力而設(shè)置的。

舉例：用日常生活的中斷現(xiàn)象

中斷是指在突發(fā)事件到來(lái)時(shí)先中止當(dāng)前正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)而去處理突發(fā)事件，待處理完成后，再返回到原先被中止的工作處，繼續(xù)進(jìn)行隨后的工作。

51單片機(jī)的中斷：

2.中斷源

中斷源數(shù)量和種類越多，MCU處理突發(fā)事件的能力就越強(qiáng)。

80C51單片機(jī)共有5種中斷源。

外部中斷（2個(gè)） —— 中斷源信號(hào)由外部引腳P3.2和P3.3輸入（低電平觸發(fā)、下降沿觸發(fā)【程序設(shè)定】）
定時(shí)器中斷（2個(gè)）—— 定時(shí)的時(shí)候是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，不需要外部引腳；計(jì)數(shù)（頻率測(cè)量）的時(shí)候，需要外部引腳P3.4和P3.5【可擴(kuò)展】
串口中斷（1個(gè)）—— 引腳P3.0和P3.1

• 中斷事件出現(xiàn)后，系統(tǒng)將調(diào)用與該中斷源相對(duì)應(yīng)的中斷函數(shù)進(jìn)行中斷處理
• 匯編語(yǔ)言中規(guī)定了5個(gè)特殊的ROM單元用于引導(dǎo)中斷程序的調(diào)用，這些單元的地址稱為中斷向量。
• 匯編編程時(shí)，需要在此單元處放置一條指向中斷程序入口地址的跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句，以便引導(dǎo)中斷程序的執(zhí)行。
• 對(duì)于C51語(yǔ)言，調(diào)用中斷函數(shù)時(shí)不用中斷向量，而要用到與中斷源相應(yīng)的中斷號(hào)。
• 80C51的中斷源、中斷向量及中斷號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。

3.中斷的幾個(gè)概念

• 中斷源：中斷管理系統(tǒng)能夠處理的突發(fā)事件；
• 中斷請(qǐng)求：中斷源向CPU提出的處理請(qǐng)求；
• 中斷響應(yīng)過(guò)程：由中斷管理系統(tǒng)處理突發(fā)事件的過(guò)程；
• 中斷函數(shù)：針對(duì)中斷源和中斷請(qǐng)求提供的服務(wù)函數(shù)；
• 中斷嵌套：在中斷服務(wù)過(guò)程中執(zhí)行更高級(jí)別的中斷服務(wù)。

4.中斷實(shí)現(xiàn)的功能

1. 分時(shí)操作
   CPU可以使多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，并分時(shí)為各外設(shè)提供服務(wù)，從而大大提高了CPU的利用率和輸入/輸出的速度。
2. 實(shí)時(shí)處理
   當(dāng)計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)，請(qǐng)求CPU提供服務(wù)是隨機(jī)發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。
3. 故障處理
   當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)如電源斷電、存儲(chǔ)器校驗(yàn)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出等錯(cuò)誤時(shí)，CPU可及時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，減小或消除故障產(chǎn)生的影響。

六、80C51中斷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

80C51系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。

中斷信號(hào)分別沿5條水平路徑由左向右進(jìn)行傳送。其中，TCON、SCON、IE、IP是相關(guān)SFR。

IT0、IT1 選1 是下降沿觸發(fā)，選0是低電平觸發(fā)【程序】。觸發(fā)后IE0隨之置1【硬件】。

2.中斷請(qǐng)求標(biāo)志

TCON的中斷標(biāo)志

SCON的中斷標(biāo)志

中斷的控制

• EX0(IE.0)：外部INT0中斷允許位。
• ET0(IE.1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位
• EX1(IE.2)：外部INT1中斷允許位。
• ET1(IE.3)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位
• ES (IE.4)：串行口中斷允許位
• EA (IE.7)：CPU 中斷允許（總允許)位

中斷優(yōu)先級(jí)的控制

• PX0 (IP.0)：外部中斷INT0中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。
• PT0 (IP.1)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。
• PX1 (IP.2)：外部中斷INT1中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。
• PT1 (IP.3)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。
• PS (IP.4)：串行口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。

3.中斷的優(yōu)先級(jí)（默認(rèn)）

各中斷源響應(yīng)優(yōu)先級(jí) 及 中斷服務(wù)程序入口表

中斷優(yōu)先級(jí)處理有三條原則：
1、CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。
2、正在進(jìn)行的中斷過(guò)程不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所中斷。
3、正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。

??注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位時(shí)，IP初值為0 —— 默認(rèn)所有中斷源均為低級(jí)中斷。

舉例：

• 80C51單片機(jī)的INT0、INT1引腳分別輸入 壓力超限 及 溫度超限 中斷請(qǐng)求信號(hào)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0作為 定時(shí)檢測(cè) 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用戶規(guī)定的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)次序?yàn)?：
• 壓力超限 → 溫度超限 → 定時(shí)檢測(cè)
• 要求確定IE、IP的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)上述要求
  ?

答案：
IE：1xx0 0111 （87H）
IP：xxx0 0101 （05H）

七、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及原理

定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)系統(tǒng)一個(gè)重要的部件，其工作方式靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便,可用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延時(shí)、頻率測(cè)量、脈寬測(cè)量、信號(hào)發(fā)生、信號(hào)檢測(cè)等。此外，定時(shí)/計(jì)數(shù)器還可作為串行通信中波特率信號(hào)發(fā)生器。

1.結(jié)構(gòu)

C/T*位 置0 為定時(shí)功能；置1 為 計(jì)數(shù)功能；

計(jì)滿后TCON中的TF位自動(dòng)置1，表示溢出事件；

• 定時(shí)器:對(duì)片內(nèi)機(jī)器時(shí)鐘(周期方波)進(jìn)行計(jì)數(shù)
• 計(jì)數(shù)器:對(duì)Tx引腳輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)

2.工作原理

1. 80C51內(nèi)部?jī)蓚€(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ?T0?T1
   注:單片機(jī)型號(hào)不同，內(nèi)部定時(shí)器個(gè)數(shù)也不同

2. T0由兩個(gè)8位的 SFR TH0 和 TL0 構(gòu)成 T1由兩個(gè)8位的 SFR TH1 和 TL1 構(gòu)成

3. 具有定時(shí)或事件計(jì)數(shù)的功能，可用于：1)內(nèi)部定時(shí)控制 ? 2)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等

4. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是：加一計(jì)數(shù)器

5. 每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都可以由軟件設(shè)置為
   定時(shí)工作方式（C/T*）= 0
   計(jì)數(shù)工作方式（C/T*）= 1

6. T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制

7. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器一旦啟動(dòng)（TRx=1），便可和CPU并行工作，對(duì)提高CPU工作效率和簡(jiǎn)化外圍電路大有益處

3.工作方式之定時(shí)

1. 定時(shí)方式時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖由51單片機(jī)的片內(nèi)振蕩器經(jīng)12分頻后產(chǎn)生的。
2. 每經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器(T0或T1)的數(shù)值加1，直至計(jì)數(shù)滿產(chǎn)生溢出。

4.工作方式之計(jì)數(shù)

1. 計(jì)數(shù)方式時(shí)，通過(guò)引腳P3.4 (T0）或 P3.5 (T1)對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2. 當(dāng)輸入脈沖信號(hào)產(chǎn)生由1至0的下降沿時(shí)，定時(shí)器的值加1，在每個(gè)機(jī)器周期，CPU采樣引腳P3.4 (T0）和P3.5 (T1）的輸入電平。若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為高，下一個(gè)機(jī)器周期采樣值為低，則計(jì)數(shù)器加1。
3. 由于檢測(cè)一個(gè)1至0的跳變需要2個(gè)機(jī)器周期，故最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的二十四分一。
4. 雖然對(duì)輸入信號(hào)的占空比無(wú)特殊要求，但為了確保某個(gè)電平在變化之前至少被采樣-次，要求電平保持時(shí)間至少是一個(gè)完整的機(jī)器周期。

5.與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)的SFR

八、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

定時(shí)器方式寄存器 TMOD

TMOD——定時(shí)器模式寄存器的位分配（地址0x89、不可位尋址)

有四種工作方式，由M0、M1控制

1.工作方式0

M0、M1為00時(shí)，是工作方式0，表示使用 13位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

2.工作方式1

M0、M1為10時(shí)，是工作方式1，表示使用16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

3.工作方式2

M0、M1為01時(shí)，是工作方式2，表示使用8位自動(dòng)重裝的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

4.工作方式3

M0、M1為11時(shí)，是工作方式3，表示使用8位自動(dòng)重裝的定時(shí)/計(jì)數(shù)器
工作方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，是將T0分成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0，計(jì)數(shù)器T1在工作方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)。

5.定時(shí)器使用方法

初始化完成以下工作：
第一：設(shè)置特殊功能寄存器TMOD，使之工作在需求的狀態(tài)。
第二：設(shè)置計(jì)數(shù)寄存器的初值，精確設(shè)定好定時(shí)時(shí)間。
第三：置ETx=1，允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷
第四：置EA=1，CPU開(kāi)中斷
第五：設(shè)置特殊功能寄存器TCON，通過(guò)打開(kāi)TRx來(lái)讓定時(shí)器進(jìn)行工作。

九、串行通信基本概念

單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)與單片機(jī)之間的信息交換，通常單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信我們用的較多。

通信有并行通信和串行通信兩種行式。在單片機(jī)系統(tǒng)及現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。

1.通信形式

（1）并行通信

（2）串行通信

2.通信制式

51單片機(jī)是全雙工制

3.串行通信方式

（1）同步通信

（2）異步通信

異步串行通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方收、發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。異步通信是以字符(構(gòu)成的幀)為單位進(jìn)行傳輸。

異步通信一幀字符信息由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。有的字符信息也有帶空閑位形式，即在字符之間有空閑字符。

十、串行口結(jié)構(gòu)及工作原理

51單片機(jī)有一個(gè)可編程的全雙工的異步串行通信接口（具有通用異步收發(fā)器的全部功能，UART）能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為同步移位寄存器使用。

1.傳輸速率

• 常用串口波特率：300、600、1200、2400、4800、9600、19200…115200；
• 波特率：就是發(fā)送一位數(shù)據(jù)的速率，每秒傳送的位數(shù)稱為波特率，即發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間=1/baud；以此衡量傳送的速度
• 1波特 = 1位/秒，單位是bps(位/秒)
• 如每秒傳送240個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位（1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，這時(shí)的波特率為10位X240個(gè)/秒=
  2400bps。

2.通信協(xié)議

基本的通信約定：
為了保證串行通信的可靠接收，通信雙方在字符幀格式，波特率，電平格式，校驗(yàn)方式等方面采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)即雙方需要共同遵守的通信協(xié)議。

軟件通信約定:
確定收發(fā)雙方串口傳送的數(shù)據(jù)的具體的含義。
1）用戶自定義通信協(xié)議
2）標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議

3.通信校驗(yàn)

1. 奇偶校驗(yàn)
   在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的奇偶校驗(yàn)位（1或0）。
   奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1"的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位"1"的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中"1"的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位"1"的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)"1"的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)不一致，說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。

2. 和校驗(yàn)
   和校驗(yàn)是發(fā)送方將所有發(fā)送數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。
   接收端接收數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的"校驗(yàn)和"進(jìn)行比較，若相符則正確；否則，認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中出錯(cuò)。

3. CRC校驗(yàn)（循環(huán)冗余校驗(yàn)）
   CRC校驗(yàn)通過(guò)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)有效信息與校驗(yàn)位之間的循環(huán)校驗(yàn)，這種校驗(yàn)方法糾錯(cuò)能力強(qiáng).廣泛應(yīng)用于通信中。
   附 CRC校驗(yàn) 小工具 ：http://www.ip33.com/crc.html

4.51單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)

51單片機(jī)的串行口主要由兩個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF(一個(gè)發(fā)送緩沖寄存器，一個(gè)接收緩沖寄存器）和發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器及若干控制門電路組成。

5.UART的四種模式

模式0：為同步移位寄存器的輸入/輸出方式，主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。

模式1：10位數(shù)據(jù)的異步通信，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（一個(gè)字節(jié)），1位停止位1。其傳輸波特率是可變的。對(duì)于51單片機(jī)，波特率由定時(shí)器1（T1）的溢出率決定。通常我們?cè)谧鰡纹瑱C(jī)與單片機(jī)串口通信，單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通信時(shí)，基本都選擇方式1。

模式2和3：為11位數(shù)據(jù)的異步通信。原理和模式1一樣，只是添加了一位奇偶校驗(yàn)位(防止通信出錯(cuò))。

SCON

PCON

SCON含義如下表：

??注意：TI 、RI必須手動(dòng)軟件清零

6.波特率計(jì)算方式

• 方式0的波特率 = fosc / 12
• 方式1的波特率 = (2^SMOD / 32) x (T1溢出率)
• 方式2的波特率 = (2^SMOD /64) x fosc
• 方式3的波特率 = (2^SMOD /32) x (T1溢出率)

式中， fosc為系統(tǒng)晶振頻率，通常為12MHz或11.0592MHz，SMOD是PCON寄存器的最高位。
T1溢出率是定時(shí)器T1溢出的頻率，只要算出T1定時(shí)器每溢出一次所需要的時(shí)間T，那么T的倒數(shù)1/T就是它的溢出率。
如：設(shè)定時(shí)器T1每50ms溢出一次，那么其溢出率 t 就是20Hz。則 初值 = 2^N - t / T_{機(jī)器周期}

附：常用波特率初值表

• 常用的波特率通常按規(guī)范取為1200、2400、4800、9600…若采用12MHz或6MHz計(jì)算出的T1的定時(shí)初值將不是一個(gè)整數(shù)，這樣通信時(shí)便會(huì)產(chǎn)生積累誤差，進(jìn)而產(chǎn)生波特率誤差，影響串行通信的同步性能。
• 解決的方法只有調(diào)整單片機(jī)的時(shí)鐘頻率，通常采用11.0592MHz晶振。因?yàn)橛盟軌蚍浅?zhǔn)確的計(jì)算出T1的定時(shí)初值。

總結(jié)

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