c8051单片机原理及应用4

4. C8051F单片机的片内功能部件,4.1 定时器/计数器 4.2 可编程计数器阵列 4.3 UART通信接口 4.4 SMBus 4.5 SPI总线,4.1 定时器/计数器,定时和计数功能最终都是通过计数实现的，若计数的事件源是周期固定的脉冲，则可以实现定时功能，否则只能实现计数功能。因此可以将定时和计数功能由一个部件实现。实现定时和计数的方法一般有软件、专用硬件电路和可编程定时器/计数器三种方法。采用软件只能定时，且占用CPU时间，降低了CPU的使用效率。专用硬件电路可实现精确的定时和计数，但参数调节不便。可编程定时器计数器，不占用CPU时间，能与CPU并行工作，实现精确的定时和计数，又可以通过编程设置其工作方式和其它参数，因此使用方便。,4.1 定时器/计数器,C8051F020内部有T0T4共5个16位定时器/计数器，其中T0T2与MCS-51中的定时器/计数器兼容，还有两个16位自动重装初值的定时器T3 和T4既可以作为通用定时器使用，也可以用于ADC和SMBus。,表4-1 C8051F020定时器/计数器的工作方式,4.1.1 定时器的一般结构和工作原理,最大定时时间,TMAX=2nT计数 式中n由工作方式决定，T计数为定时器/计数器的计数脉冲周期时间，由C8051F的主脉冲或主脉冲经12分频提供，是否需要12分频取决于对时钟控制寄存器CKCON的设定（提供12分频选项是为了与标准8051兼容）。 T0T4均为加1计数器,时钟控制寄存器CKCON,位7：未用。读=0b，写=忽略。位6-3：T4M-T0M：T4到T0的时钟选择（不包含T3，T3的时钟选择由T3控制寄存器TMR3CN的第0位T3XCLK决定）。 0：定时器按系统时钟的12分频计数 1：定时器按系统时钟频率计数位2-0：保留。读=000b，写入值必须是000b。,1定时、计数方式,定时方式：每一个计数周期(T计数)计数器加1，直至计满溢出(从全1到全0)产生中断请求。对于一个N位的加1计数器，若T计数是已知的，则从初值a开始加1计数至溢出所占用的时间为：,当N=8、a=0时，最大定时时间为： T=256T计数计数方式：外部输入信号的下降沿触发计数，计数器在每个时钟周期或时钟周期的12分频采样外部输入信号，若一个周期的采样值为1，下一个周期的采样值为0，则计数器加1，故识别一个从1到0的跳变需2个周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是时钟频率的12或1/24（取决于是否12分频）。同时，外部输入信号的高电平与低电平保持时间均需大于一个周期。,4.1.2 定时器/计数器T0和T1,对定时器/计数器T0和T1的访问和控制是通过操作SFR实现的。T0和T1都是16位的加1计数器，访问时以两个字节的形式出现：TL0+TH0、TL1+TH1TCON用于允许/禁止定时器0和定时器1并指示它们的工作状态。T0和T1都有四种工作方式，可以TMOD中的方式选择位M1-M0进行选择。,1、方式寄存器TMOD,T0M0,T0M1,C/T0,GATE0,T1M0,T1M1,C/ T1,GATE1,TMOD,字节地址89H,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,2、控制寄存器TCON,3T0和T1的工作方式和计数器结构,表4-2 定时器T0、T1的工作方式,（1）工作方式0 特别重要,13位计数器,TR0=1,启动计数,启动计数,（1）工作方式0,若T0工作于方式0的定时器模式，计数初值为a，则T0从初值a加1计数至溢出所需的时间为：,式中fOSC为系统时钟频率，T0M为T0的时钟选择位。如果fOSC12MHz，则T0M=0时，T(213a)s；T0M=1时，T(213a)/12s。,（2）工作方式1,和方式0的差别仅仅在于计数器的位数不同，方式1为16位的定时器计数器。T0工作于方式1时，由TH0作为高8位，TL0作为低8位，构成一个16位计数器。若T0工作于方式1定时，计数初值为a，fOSC12MHz，则T0从计数初值a加1计数到溢出的定时时间为： T(216a)s 或 T(216a)/12s。,（3）工作方式2,（3）工作方式2,适用于需要重复定时或计数的场合。定时精度比较高，但定时时间较短。定时时间可用下式计算：,（4）工作方式3,只适用于T0，若T1设置为方式3，则停止计数。,4T0和T1的初始化,初始化步骤 初始化TMOD根据需要初始化CKCON装入初值中断设置（IE、IP）启动定时/计数器（TCON）计数器方式初值的计算 TC=MC 为计数器的模，与工作方式有关 ，C为需要的计数值定时器方式初值的计算T=(MTC)T计数 T计数=CLK或12CLK TC=MT/T计数,4T0和T1的初始化,最大定时时间（fOSC12MHz、T0M=0 ）：方式0：TMAX = 2131s = 8.192ms方式1：TMAX = 2161s = 65.536ms方式2、3： TMAX = 281s = 0.256ms,5T0和T1的应用举例,例4.1 若fOSC=12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源，请计算定时2ms所需的初值，并给出初始化程序。解： fOSC= 12MHz，用系统时钟的十二分频作为计数源时，方式2、3的最大定时时间只有0.256ms，因此要想获得2ms的定时时间，必须用方式0或方式1。方式0TC=2132ms/1us=6192=1830H 即：TH0=0C1H；TL0=10H（高三位为0） 方式1TC=2162ms/1us=63536=F830H 即：TH0=0F8H；TL0=30H,初始化程序 void T0_mode1_2ms_init() CKCON /启动T0，可用TR0=1代替 ,5T0和T1的应用举例,5T0和T1的应用举例,给定时器赋初值的语句也可以采用如下方法： TH0=(65536-2000)/256; TL0=(65536-2000)%256;或 TH0=-2000/256; TL0=-2000%256;,5T0和T1的应用举例,例4.2 若fOSC=12MHz，T1工作于方式1，产生50ms的定时中断，TF1为高级中断源。试编写主程序和中断服务程序，使P1.0产生周期为1s的方波。 解：让P1.0每500ms取反一次即可实现。定时器的单次定时时间不可能达到500ms，可让定时器多次定时产生500ms的定时时间，如让T1工作在方式1，单次定时时间为50ms，那么T1中断10次就是500ms的时间。 （1）确定定时常数假设使用fOSC的12分频作为计数源，则T计数12/ fOSC 12/（12106）1s由公式TC=MT/T计数，可知TC=216-5010315536=3CB0HTH1=0x3c，TL0=0xb0。,5T0和T1的应用举例,（2）初始化程序 包括T1初始化和中断系统初始化，主要是对IP、IE、CKCON、TCON、TMOD的相应位进行正确的设置，并将时间常数送入T1。本例中将初始化操作放在主程序中完成，当程序规模较大时，应编写单独的初始化程序，以利于程序的模块化设计。（3）中断服务程序 中断服务程序除了完成要求的方波产生这一工作之外，还要注意将时间常数重新送入T1中，为下一次产生中断作准备。,程序清单如下（主程序）：,#include sbit P1_0 = P10;int count=10;/10次T1中断为500msvoid main( void ) CKCON /死循环，等待中断，产生方波,程序清单如下（中断服务程序）：,void Timer1_ISR (void) interrupt 3 TH1=0x3c; /重装初值 TL1|=0xb0; count-; /中断计数 if (count=0) /500ms到，重赋计数初值，P1.0取反 count=10; P1_0=!P1_0; ,问题：为什么用TL1|=0xb0;而非TL1=0xb0？,程序清单如下（查询式程序）：,#include sbit P1_0= P10;void main( ) int count=10;/10次T1中断为500msCKCON/启动T1,For(; ;) /死循环，产生方波 TH1=-50000/256; /T1初值 TL1=-50000%256; Do while(!TF1); /查询等待TF1置位， TF1=0; If (count!=0) count-; else count=10;P1_0=!P1_0; ,4.1.3 定时器/计数器T2,T2为16位定时/计数器，由TL2（低字节）和TH2（高字节）组成。C/T2=0(定时)时，系统时钟作为定时器的输入（由CKCON的T2M位指定不分频或12分频）。C/T2 =1（计数）时，T2输入引脚上的负跳变使计数器加“1”。T2还可以用于启动ADC数据转换。 三种工作方式（由T2CON中的配置位选择）：自动重装初值的16位定时器/计数器方式、带捕捉的16位定时器/计数器方式和波特率发生器方式。,1T2控制寄存器T2CON,位7（TF2）：T2溢出标志位T2溢出时由硬件置位。允许T2中断时，使CPU转向T2的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。RCLK0或TCLK0为1时（波特率发生器方式），TF2不会被置1。位6（EXF2）：T2外部中断标志位EXEN2为“1”时，当T2EX输入引脚发生负跳变时，由硬件置位。允许T2中断时，使CPU转向T2的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。,1T2控制寄存器T2CON,位5（RCLK0）：UART0接收时钟选择标志位0：T1溢出作为接收时钟。1：T2溢出作为接收时钟。位4（TCLK0）：UART0发送时钟选择标志位0：T1溢出作为发送时钟。1：T2溢出作为发送时钟。位3（EXEN2）：T2外部允许标志位0：T2EX上的负跳变被忽略。1：T2EX上的负跳变导致一次捕捉或重载。位2（TR2）：T2启/停控制位0：停止。1：启动。,1T2控制寄存器T2CON,位1（C/T2）：定时器/计数器功能选择位0：定时器功能，由T2M(CKCON.5)定义的时钟加“1”。1：计数器功能，由外部输入引脚(T2)的负跳变加“1”。位0（CP/RL2）：捕捉/重载选择位EXEN2必须为1才能使T2EX上的负跳变能够被识别并触发捕捉和重载。当RCLK0或TCLK0为“1”时，该位被忽略，T2将工作在自动重装载方式。0：T2溢出或T2EX上发生负跳变时将自动重装载1：T2EX发生负跳变时捕捉。,2T2的工作方式和计数器结构,（1）方式0：自动重装初值的16位定时器/计数器方式原理框图如图4-5所示。TH2、TL2构成16位加“1”计数器。RCAP2H、RCAP2L构成16位初值寄存器，EXEN2=1时，当T2EX上有负跳变或T2溢出时，将RCAP2H、RCAP2L中预置的初值自动重新装入TH2、TL2，T2重新开始计数，并置位中断标志EXF2或TF2，向CPU申请中断。EXEN2=0时，T2EX上的负跳变被忽略，只有当T2溢出时才重载初值并向CPU申请中断。,表4-3 T2的方式选择,（1）方式0：16位自动重装初值方式,（2）方式1：16位带捕捉方式,RCLK0=0、TCLK0=0、CP/RL2=1时，T2工作在此方式EXEN2=1时为允许捕捉方式，T2EX引脚上的负跳变将TH2、TL2的当前值捕捉到RCAP2H、RCAP2L寄存器，同时置EXF2=1，发出中断请求。EXEN2=0时，RCAP2H、PCAP2L不起作用，此时T2与T1、T0的方式1完全相同。即：C/T20时为16位定时器方式，C/T21时为16位计数器方式，计数溢出时TF21，发送中断请求信号。 原理框图如图4-6所示。,（2）方式1：16位带捕捉方式,（3）方式2：波特率发生器方式,RCLK或TCLK置1时，T2工作于波特率发生器方式。 与自动重装载方式相似。但不置位TF2，也不产生中断。溢出事件用作UART0的移位时钟输入。 T2溢出可用于产生独立的发送或接收波特率,也可同时产生发送和接收波特率，取决于T2CON的设置。 T2的计数源可以是系统时钟的二分频，也可以是T2引脚上的输入，取决与C/T2的设置。 如果EXEN2为1，则T2EX 引脚上的负跳变将置位EXF2标志，并产生一个T2中断（如果允许）。因此，T2EX 输入可以被用作额外的外部中断源。原理框图如图4-7所示。,（3）方式2：波特率发生器方式,（3）方式2：波特率发生器方式,当选择系统时钟的二分频做计数源时，T2 为UART0提供的波特率可以用如下公式计算：,当选择外部引脚T2上的输入作为时基时，T2为UART0提供的波特率可以用如下公式计算：,4.1.4 定时器/计数器T3,1. 定时器T3的结构 16位定时/计数器 ，由TMR3L（低字节）和TMR3H（高字节）组成 T3的时钟输入可以通过程序选择为外部振荡器的8分频、系统时钟或系统时钟的12分频。 T3只有自动重装初值一种工作方式，初值保存在TMR3RLL（低字节）和TMR3RLH（高字节）两个SFR中，T3没有计数器方式。 除作为通用定时/计数器使用外，T3还可以用于启动ADC数据转换、SMBus定时等。 原理框图如图4-8所示。,1. 定时器T3的结构,2定时器3控制寄存器TMR3CN,位7（TF3）：T3溢出标志位溢出时置1，不能由硬件自动清0，必须用软件清0 位6-3：未用。读=0000b，写=忽略 位2（TR3）：T3运行控制位 0：停止。1：启动。位1（T3M）：T3时钟选择位 0：T3使用系统时钟的12分频。1：T3使用系统时钟。位0（T3XCLK）：T3外部时钟选择位 0：由T3M定义。1：外部振荡器输入的8分频。,3T3应用举例,例 4.3 假设C8051F020的并行口P2、P3连接16个LED指示灯，试编写程序使P3口所接的LED灯循环点亮，P2口所接的LED灯实现走马灯效果。（实验四） 解：要实现题目要求的效果，只需要定期更新P2、P3口的状态即可。这里可以使用T3定时器再加软件计数的方法达到所要求的时间，假设T3定时0.1秒产生中断，则软件计数器每0.1秒加1，让计数器加到5时，改变P2、P3口的状态，就可以实现每秒2次刷新LED灯的状态。,3T3应用举例,#include sfr16 TMR3RL = 0x92; /16位SFR sfr16 TMR3 = 0x94; #define SYSCLK 2000000 /系统时钟使用2MHz/函数声明void PORT_Init(void); void Timer3_Init(int counts);void Timer3_ISR(void);/P2口8个LED （共阴极）产生走马灯效果所需的数据 unsigned int xdata p2led=0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7, 0xfb,0xfd,0xfe;,3T3应用举例,void main (void) WDTCN = 0xde; /禁止看门狗定时器 WDTCN = 0xad;PORT_Init(); /端口初始化 Timer3_Init(SYSCLK/12/10); /T3初始化，产生0.1秒的定时中断 EA = 1; /开中断 while (1) ; /循环等待T3中断，产生走马灯效果 void PORT_Init (void) XBR2 = 0x40; /使能交叉开关,3T3应用举例,void Timer3_Init (int counts) TMR3CN = 0x00; TMR3RL = -counts; /T3赋初值，也可以采用8位SFR方式，向例4.2那样 TMR3 = 0xffff; /立即重载 EIE2 |= 0x01; /开T3中断 ,P42 EIE2格式 TMR3CN |= 0x04; /启动T3,3T3应用举例,void Timer3_ISR (void) interrupt 14 static int count; static int i=9,j=0; static int led=0xff; /P3口LED灯的初始状态 TMR3CN /P3口LED灯循环一个周期 ,4.1.5 定时器/计数器T4,16位的定时器/计数器，由TL4（低字节）和TH4（高字节）组成。 T4还可以用于启动ADC 数据转换。T4与T2的功能和结构类似，与T2有区别的是，T4可以作为UART1的波特率发生器。,T4CON的格式：,位7（TF4）：T4溢出标志位T4溢出时由硬件置位。允许T4中断时，使CPU转向T4的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。RCLK0或TCLK0为1时（波特率发生器方式），TF4不会被置1。位6（EXF4）：T4外部中断标志位EXEN4为“1”时，当T4EX输入引脚发生负跳变时，由硬件置位。允许T4中断时，使CPU转向T4的中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。,T4CON的格式：,位5（RCLK1）：UART1接收时钟选择标志位0：T1溢出作为接收时钟。1：T4溢出作为接收时钟。位4（TCLK1）：UART1发送时钟选择标志位0：T1溢出作为发送时钟。1：T4溢出作为发送时钟。位3（EXEN2）：T4外部允许标志位0：忽T2EX上的负跳变被略。1：T2EX上的负跳变导致一次捕捉或重载。位2（TR4）：T4运行控制位0：禁止T4。1：允许T4。,T4CON的格式：,位1（C/T4）：定时器/计数器功能选择位0：定时器功能：T4由T4M(CKCON.6)定义的时钟加“1”。1：计数器功能：T4由外部输入引脚(T4)的负跳变加“1”。位0（CP/RL4）：捕捉/重载选择位该位选择T4为捕捉还是自动重装载方式。EXEN4必须为1才能使T4EX上的负跳变能够被识别并触发捕捉和重载。当RCLK0或TCLK0为“1”时，T4将工作在自动重装载方式。0：当T4溢出或T4EX上发生负跳变时将自动重装载1：在T4EX发生负跳变时捕捉。,4.2 可编程计数器阵列,可编程计数器阵列 (Programmable Counter Array)提供了增强的定时器功能，与标准8051的定时器/计数器相比，需要的CPU干预更少。C8051F020内部集成有一个可编程计数器阵列，称为PCA0 。包含一个专用的16位定时器/计数器和5个16位捕捉/比较模块。每个捕捉/比较模块有自己的I/O线 (CEXn)。通过配置交叉开关，可以将I/O线连接到并行I/O端口。定时/计数器有六个计数源：系统时钟、系统时钟/4、系统时钟/12、外部振荡器时钟源8分频、定时器0溢出、ECI线上的外部时钟信号。每个捕捉/比较模块可独立工作在6种工作方式之一。,4.2 可编程计数器阵列,4.2.1 PCA定时器/计数器,16位PCA定时/计数器由PCA0L（低字节）和PCA0H（高字节）组成。在读PCA0L的同时自动锁存PCA0H的值。读PCA0H或PCA0L不影响计数器工作。原理框图如图4-10所示。PCA0MD寄存器中的CPS2-CPS0位用于选择PCA定时/计数器的计数脉冲源，如下表所示。,4.2.1 PCA定时器/计数器,4.2.1 PCA定时器/计数器,定时/计数器溢出时 (从0xFFFF加1到0x0000)，PCA0MD中的CF 置1，如果允许CF中断，则可以产生一个中断请求。PCA0MD中的ECF位置1即可允许CF中断，但要使CF中断得到响应，必须先总体允许PCA0中断（通过将EA位 (IE.7) 和EPCA0位 (EIE1.3) 置1可总体允许PCA0中断）。CF位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。PCA0中断配置的详细信息如图4-11所示。清除PCA0MD寄存器中的CIDL位则允许PCA在微控制器内核处于等待方式时继续正常工作。,4.2.1 PCA定时器/计数器,4.2.2 PCA捕捉/比较模块,5个捕捉/比较模块都可独立工作在六种工作方式（由PCA0CPMn设置），如下表所示：,1边沿触发的捕捉方式,CEXn引脚上有效的电平变化（CEXn输入信号的高、低电平至少要持续两个系统时钟周期）可以捕捉PCA0定时 /计数器的值，将其装入到对应模块的16位捕捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 进行比较。当发生匹配时，PCA0CN中的捕捉/比较标志 (CCFn) 置1，如果允许CCF中断，则可产生一个中断请求。CCFn位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。原理框图如图4-12所示。,1边沿触发的捕捉方式,2软件定时(比较)器方式,置1 PCA0CPMn寄存器中的ECOMn和MATn位可将PCA0设置在软件定时器方式。该方式将PCA0定时/计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 进行比较。匹配时，PCA0CN中的捕捉/比较标志 (CCFn) 置1，如果允许CCF中断，则可产生一个中断请求。CCFn位不能由硬件自动清除，必须用软件清0。注意：向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位值时，应先写低字节，后写高字节。对PCA0CPLn的写入操作将清ECOMn位；PCA0CPHn写入时将置1 ECOMn位。 原理框图如图4-13所示。,2软件定时(比较)器方式,3高速输出方式,该方式下，每当PCA的计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器 (PCA0CPHn和PCA0CPLn) 发生匹配时，模块的CEXn引脚上的逻辑电平将发生改变。置1 PCA0CPMn寄存器中的TOGn、MATn和ECOMn位可将PCA0设置为该方式。与软件定时器方式一样应注意，当向PCA0的捕捉/比较寄存器写入一个16位数值时，应先写低字节，后写高字节。 原理框图如图4-14所示。,3高速输出方式,4频率输出方式,该方式在对应的CEXn引脚产生可编程频率的方波。捕捉/比较寄存器的高字节保持着输出电平改变前要计的PCA时钟数。,所产生的方波的频率由下式定义： FPCA是由PCA方式寄存器PCA0MD中的GPS2-0位选择的PCA时钟频率。,4频率输出方式,捕捉/比较模块的低字节与PCA0计数器的低字节比较，两者匹配时，CEXn的电平发生改变，高字节中的偏移值加到PCA0CPLn。注意：在该方式下如果允许模块匹配 (CCFn) 中断，则发生中断的速率为2FCEXn。置位PCA0CPMn寄存器中ECOMn、TOGn和PWMn位可将PCA0设置为频率输出方式。,4频率输出方式,58位脉宽调制器方式,该方式下，每个模块都可以独立地产生脉宽调制 (PWM)输出。PWM的频率取决于PCA0定时/计数器的计数时钟源。使用模块的捕捉/比较寄存器PCA0CPLn可以改变PWM输出信号的占空比。当PCA0定时器/计数器的低字节 (PCA0L)与PCA0CPLn中的值相等时，CEXn输出高电平，当PCA0L中的计数值溢出时，CEXn输出低电平。当定时器/计数器的低字节PCA0L溢出时（从0xFF到0x00），保存在PCA0CPHn中的值自动装入PCA0CPLn，不需软件干预。置1 PCA0CPMn寄存器中的ECOMn和PWMn位可将PCA0设置为8位脉冲宽度调制器方式。,58位脉宽调制器方式,8位PWM方式的占空比由下面方程给出： 可见，最大占空比为100% (PCA0CPHn=0)，最小占空比为0.39% (PCA0CPHn =0xFF)。可以通过清0 ECOMn位产生0%的占空比。,58位脉宽调制器方式,616位脉宽调制器方式,4.2.3 PCA特殊功能寄存器,1、PCA控制寄存器PCA0CN,位7（CF）：PCA定时器/计数器溢出标志位PCA0定时/计数器溢出时由硬件置位。如允许CF中断，将使CPU转向CF中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。 位6（CR）：PCA0定时/计数器运行控制位0：停止计数 1：启动计数位5：未用。读=0b，写=忽略。位4-位0（CCF4- CCF0）：PCA0模块4-模块0捕捉/比较标志位匹配或捕捉时由硬件置位。允许CCF中断时，将使CPU转向CCF中断服务程序。不能由硬件自动清0，必须用软件清0。,2、PCA0方式选择寄存器PCA0MD,位7（CIDL）：PCA0定时/计数器等待控制位0：当CPU处于等待方式时，PCA0继续正常工作。1：当CPU处于等待方式时，PCA0停止工作。位6-4：未用。读=000b，写=忽略。位3-1（CPS2-CPS0）：PCA0定时器/计数器计数时钟源选择位这些位选择PCA0计数器的计数时钟源，如表4-5所示。位0（ECF）PCA0定时器/计数器溢出中断允许位0：禁止CF中断。 1：允许CF中断。,3、PCA0捕捉/比较寄存器PCA0CPMn,PCA0CPMn地址： PCA0CPM0=0xDA (n=0)、PCA0CPMl=0xDB (n=1) PCA0CPM2=0xDC (n=2)、PCA0CPM3=0xDD (n=3) PCA0CPM4=0xDE (n=4)位7：PWMl6n：16位脉冲宽度调制允许位 当工作在脉冲宽度调制方式时 (PWMn=1)，该位选择16位PWM方式。 0：选择8位PWM。1：选择16位PWM。,位6（ECOMn）：比较器功能允许位0：禁止。1：允许。位5（CAPPn）：正沿捕捉功能允许位0：禁止。1：允许。位4（CAPNn）：负沿捕捉功能允许位0：禁止。1：允许。位3（MATn）：匹配功能允许位0：禁止。1：允许。位2（TOGn）：电平切换功能允许位 0：禁止。1：允许。位1（PWMn）：脉宽凋制方式允许位 0：禁止。1：允许。位0（ECCFn）：捕捉/比较标志中断允许位0：禁止CCFn中断1：当CCFn位置1时，允许捕捉/比较标志的中断请求。,3、PCA0捕捉/比较寄存器PCA0CPMn,PCA应用举例,例4.4 对液体流量进行测量的流量计是通过对脉冲进行计数实现的，某应用系统中需要对2路液体的流量进行测量。系统中使用PCA0工作在上升沿捕捉方式对脉冲进行计数，试编写实现该功能的程序。解：实现该功能的程序如下：#include c8051f020.h unsigned long xdata Plus_NUM2=0x0l,0x0l ; /用于脉冲计数void PORT_Init (void) /端口初始化 XBR0 = 0x10; /CEX0、CEX1配置到P0.0、0.1 XBR2 = 0x40; /允许交叉开关 P0MDOUT=0x00; /P0为开漏输出 ,PCA应用举例,void SYSCLK_Init (void) /时钟初始化 int i; OSCXCN = 0x67; /外部晶振22.1184MHz for (i=0; i 256; i+) ;/延时 while (!(OSCXCN /关PCA0,PCA应用举例,void PCA0_ISR (void) interrupt 9 /PCA0中断服务程序 EA=0; /关中断 if (CCF0=1) /模块0对第一路液体脉冲计数 CCF0=0; /清CCF中断标志 Plus_NUM0+; /脉冲计数 if (CCF1=1) /模块1 CCF1=0; Plus_NUM1+; EA=1; /开中断,PCA应用举例,void main (void) /主程序 WDTCN = 0xde; /关看门狗WDTCN = 0xad; SYSCLK_Init (); /初始化时钟 PORT_Init (); /初始化IO口Init_PCA0(); /初始化PCA0 CR=1; /启动PCA0EA=1; /开中断while (1); /等待中断,4.3 UART通信接口,C8051F具有丰富的串行通信接口。包括2个UART通信接口、一个与I2C兼容的SMBus接口和一个SPI接口。UART串行接口是全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收。它可以作UART（通用异步接收和发送器）用，也可以作同步位移寄存器用。 应用UART串行接口可以实现C8051F单片机系统之间点对点的单机通信、多机通信以及C8051F与系统机（如IBM-PC机等）的单机或多机通信。,4.3.1 串行通信及基础知识,1数据通信的概念 并行通信和串行通信 并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。其优点是传递速度快；缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。并行通信在位数多、传送距离又远时就不太适宜。串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式，它的突出优点是只需一对传送线（利用电话线就可作为传送线），这样就大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信。其缺点是传送速度较低。,2串行通信的传送方向,三种：一种为单工（或单向）配置，只允许数据向一个方向进行传送；另一种是半双工（或半双向）配置，允许数据向两个方向中的任何一个方向传送，但一次只能有一个发送，一个接收；第三种传送方式是全双工（或全双向）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单工配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。,3异步通信和同步通信,（1）异步通信 异步通信用起始位0表示字符的开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位1表示字符结束，如图4-18所示。一个字符又称一帧信息。图4-18a中，一帧信息包括1位起始位、8位数据位和1位停止位，图418b中，数据位增加到9位。在C8051F单片机系统中，第9位数据D8可以用作奇偶校验位，也可以用作地址数据帧的标识位，D81表示该帧信息传送的是地址，D80表示传送的是数据。两帧信息之间可以无间隔，也可以有间隔，且间隔时间可任意改变，间隔用空闲位“1”来填充。,异步通信,图4-18 异步通信数据格式,（2）同步通信,在同步通信中，每一数据块开头时发送一个或两个同步字符，使发送与接收双方取得同步。数据块的各个字符间取消了起始位和停止位，所以通信速度得以提高，如图4-19所示。同步通信时，如果发送的数据块之间有间隔时间，则发送同步字符填充。,图4-19 同步通信数据格式,4.3.2 串行接口的组成和特性,1UART的组成C8051F的UART可以实现同时发送和接收数据的全双工通信。串行口的内部有独立的数据接收缓冲器和数据发送缓冲器。这两个数据缓冲器都用符号SBUF0来表示（UART1的数据缓冲器用SBUF1表示）的，地址都是99H（SBUF1的地址是F2H）。CPU对特殊功能寄存器SBUF0或SBUF1执行写操作，就是将数据写入发送缓冲器；对SBUF0或SBUF1的读操作，就是读出接收缓冲器的内容。,1UART的组成,UART的原理框图如图4-20所示。由原理图可知，发送电路由发送SBUF 、零检测器和发送控制器等组成。接收电路由接收SBUF、接收移位寄存器和接收控制器等组成。除发送和接收电路以外，还有波特率发生器、错误校验电路、多机通信控制电路和交叉开关等组成，交叉开关可将接收与发送引脚配置到P0到P3的任意口线。,UART的组成发送部分,UART的组成接收部分,2串行口控制寄存器SCON,位7-5：该三位的功能由PCON中的SSTAT0位决定SSTAT0 =1时，用于UART0 的出错状态指示位。FE0=1为帧格式错，即收到的停止位为0；RXOV0=1为接收覆盖错误，即前一个字节还没有取走，接收器又锁存了一个新字节；TXCOL0=1为发送冲突错误，即前一个字节还没有发送完又往SBUF写入一新字节。SSTAT0 =0时， SM00、SM10按表4-7选择UART0的工作方式。,RI0,TI0,RB80,TB80,REN0,SM20/TXCOL0,SM10/RXOV0,SM00/FE0,字节地址98H,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,2串行口控制寄存器SCON,表4-7 UART0的方式选择位,2串行口控制寄存器SCON,SM20为多处理器通信允许位方式0时该位无作用。方式1时用于检查有效停止位。0：忽略对停止位的检测。1：只有接收到有效的停止位时才置位RI0。方式2和方式3时为多机通信允许位0：忽略对第九位的检测。1：只有当第九位为“1”并且接收到的地址与UART0的地址或广播地址匹配时才置位RI0并产生中断。,2串行口控制寄存器SCON,位4（REN0）：接收允许位0：禁止UART0接收 1：允许UART0接收位3（TB80）：第9发送位对于方式2和方式3，是发送的第9位数据。可跟据需要时由软件置位或复位。在方式0和1中未用。位2（RB80）：第9接收位对于方式2和方式3，是接收到的第9位数据。对于方式1，如SM20=0，RB80是接收到的停止位。对于方式0，不使用RB80。,2串行口控制寄存器SCON,位1（TI0）：发送中断标志位由硬件在方式0串行发送第8位结束时置位，或在其它方式串行发送停止位的开始时置位。当允许UART0中断时，置1该位将使CPU转到UART0中断服务程序。该位必须由软件清0。位0（RI0）：接收中断标志位由硬件在方式0接收到第8位结束时置位，或在其它方式接收到停止位的中间时置位。当允许UART0中断时，置1该位将使CPU转到UART0中断服务程序。该位必须由软件清0。,3特殊功能寄存器PCON,位7（SMOD0）：UART0波特率系数控制位0：UART0的波特率不加倍。1：UART0的波特率加倍。位6（SSTAT0）：UART0增强状态方式选择位0：读/写SCON0.57时访问UART0方式设置位SM20-SM00。1：读/写SCON0.57时访问帧格式错误（FE0）、接收覆盖错误（RXOV0）和发送冲突错误（TXCOL0）状态位。,3特殊功能寄存器PCON,位5：保留。读出值无定义，必须写入0。位4（SMOD1）：UART1波特率系数控制位0：UART1的波特率不加倍。1：UART1的波特率加倍。位3（SSTAT1）：UART1增强状态方式选择。0：读/写SCON1.57时访问UART1方式设置位SM21-SM01。1：读/写SCON1.57时访问帧格式错误（FE1）、接收覆盖错误（RXOV1）和发送冲突错误（TXCOL1）状态位。位2： 保留。读出值无定义，必须写入0。位1-位0：见2.6节电源管理方式。,4.3.3 串行接口的工作方式,1方式0 方式0是扩展移位寄存器的工作方式，用以扩展并行IO接口。串行发送，发送SBUF相当于一个并入串出移位寄存器，由C8051F的内部总线并行接收8位数据，并从RXD线串行输出。串行接收，接收SBUF相当于一个串入并出的移位寄存器，从RXD线接收一帧串行数据，并把它并行地送到内部总线。由RXD串行输入输出数据，TXD输出移位脉冲。波特率固定为fosc12 。,（1）方式0输出,串口外接74LSl64串入并出移位寄存器的接口逻辑如图4-21所示。TXD输出移位脉冲，RXD输出数据移入74LSl64。CPU写发送SBUF，启动串行口从低位开始发送，经过8个发送周期，发送SBUF的内容移入74LSl64，并置位TI，完成一字节输出。若fosc=12MHz，则串行输出一位的时间是1s，传输一个字节需8s。从低位开始串行输出，数据的低位在右高位在左，在具体应用中应加以注意。方式0输出时，可以串接多个移位寄存器。,（1）方式0输出,图4-21,（1）方式0输出,74LS164,74LS164真值表,例4-5 编程使下图中L0L3、L8、L10、L12、L14亮，其余灭,（1）方式0输出举例,（2）方式0输入,方式0输入，RXD-数据输入线，TXD-移位脉冲，串行口与外接的并入串出的移位寄存器74LSl66的接口逻辑如图4-23所示。,图4-23 方式0输入时移位寄存器的连接,74LS165并入串出移位寄存器（ 74LS166与之类似 ）,74LS165,74LS165真值表,（2）方式0输入举例,例：根据下图编写程序，当开关K合上时, 采集8位开关量，根据开关的不同状态进行不同处理。,（2）方式0输入举例,程序如下: START: JB P1.0, $ ; 开关K未合上, 等待 CLR P1.1 ; 74LS165并行输入数据 SETB P1.1 ; 开始串行移位 MOV SCON, 10H ; 串行口方式 0并启动接收 JNB RI, $ CLR RI MOV A, SBUF ; 输入数据 ; 根据 A处理不同任务 SJMP START ; 准备下一次接收。,（2）方式0输入举例,2方式1,方式1是8位异步串行通信方式，TXD为数据输出线，RXD为数据输入线。传送一帧信息的数据格式如下图所示，一帧为10位：1位起始位，8位数据位（先低位后高位）和1位停止位。,2方式1,（1）方式1输出 CPU向发送SBUF写入一个数据，即启动发送，从TXD端输出一帧信息，先发送起始位0，接着从低位开始依次输出8位数据，最后输出停止位1，并置1发送中断标志TI。CPU查询TI=1后，清TI，再向SBUF写入数据，启动下一字符发送。也可以采用中断方式，TI=1时向CPU产生中断请求。,（2）方式1输入,REN置1允许接收器接收。接收器以所选波特率的16倍的速率采样RXD端的电平。当检测到RXD端输入电平发生负跳变时，复位内部的十六分频计数器。计数器的16个状态把传送一位数据的时间分为16等分，在每位中心，即7、8、9这三个计数状态，位检测器采样RXD的输入电平，接收的值是三次采样中至少是两次相同的值，这样处理可以防止干扰。如果在第1位时间接收到的值（起始位）不是0，则起始位无效，复位接收电路，重新搜索RXD端上的负跳变。接收到停止位为1时，将接收到的8位数据装入接收数据缓冲器SBUF，置位RI，供CPU查询或向CPU请求中断。,3方式2和方式3,方式2和方式3是9位异步串行通信方式，TXD为数据发送端，RXD为数据接收端。方式2的波特率固定为振荡器频率的164或132，而方式3的波特率由定时器T1或T2的溢出率确定（UART1方式3的波特率由定时器T1或T4的溢出率确定）。在方式2和方式3中，一帧信息为11位：1位起始位，8位数据位（先低位后高位），1位附加的第9位数据（发送时为SCON中的TB8，接收时为SCON中的RB8。用于奇偶校验和多机通信），1位停止位。数据的格式如下图所示。,3方式2和方式3,多一附加位TB8、RB8，可用于多机通信和奇偶校验区别是波特率不同输出：写发送SBUF即启动发送发完置位TI输入：置位REN 接收完后，若RI=0、SM2=0或收到的第9位为1，则置位RI 读接收SBUF,4.3.4 波特率设计,4.3.4 波特率设计,例4.6 已知C8051F单片机时钟振荡频率为11.0592MHz，选用定时器T1工作方式2作波特率发生器，波特率为2400bit/S，求初值X。 解