单片机原理及应用第13章

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1、第第1313章章 MCS-51MCS-51的串行通讯技术及其它扩展的串行通讯技术及其它扩展 接口接口 13.1 13.1 MCS-51MCS-51单片机的串行通讯接口技术单片机的串行通讯接口技术MCS-51MCS-51串行口的输入、输出均为串行口的输入、输出均为TTLTTL电平电平, ,抗干扰性抗干扰性差，传输距离短。差，传输距离短。为提高串行通讯的可靠性，增大串行通讯的距离，为提高串行通讯的可靠性，增大串行通讯的距离，采用采用标准串行接口标准串行接口：RS-232RS-232、RS-422ARS-422A、RS-485RS-485等等标准。标准。RS-232RS-232是由美国电子工业协会（

2、是由美国电子工业协会（EIAEIA）于于19621962年制定年制定的标准。的标准。 13.1.1 13.1.1 各种标准串行通讯接口各种标准串行通讯接口 一、一、RS-232CRS-232C接口接口定义定义数据终端设备（数据终端设备（DTEDTE）和和数据通讯设备（数据通讯设备（DCEDCE）之之间的串行接口标准。间的串行接口标准。 图图13-113-1是两台计算机利用是两台计算机利用MODEMMODEM、电话线进行远距离串电话线进行远距离串行通讯的示意图，行通讯的示意图，DTEDTE为计算机为计算机，DCEDCE的典型代表是的典型代表是MODEMMODEM。图图13-213-2为为RS-2

3、32CRS-232C的的“D”D”型型9 9针插头针插头的引脚定义。的引脚定义。 表表13-113-1 PC PC机的机的RS-232CRS-232C接口信号接口信号( (略略) )1. 1. 电气特性电气特性RS-232CRS-232C上传送的上传送的数字量采用数字量采用负逻辑负逻辑，且，且与地对称与地对称。逻辑逻辑“1”1”：3 315V15V；逻辑逻辑“0”0”：3 315V15V。RS-232CRS-232C标准的信号传输的标准的信号传输的最大电缆长度为最大电缆长度为3030米米，最，最高数传速率为高数传速率为20kbit/s20kbit/s。2. 2. 电平转换电平转换由于由于TTL

4、TTL电平和电平和RS-232CRS-232C电平互不兼容，所以两者对接电平互不兼容，所以两者对接时，必须进行电平转换。时，必须进行电平转换。RS-232CRS-232C与与TTLTTL电平转换最常用的芯片是电平转换最常用的芯片是MC1488MC1488、MC1489MC1489和和MAX232MAX232等，各厂商生产的此类芯片虽然等，各厂商生产的此类芯片虽然不同，但原理相似。不同，但原理相似。以美国以美国MAXIMMAXIM公司公司的产品的产品MAX232MAX232为例为例 , ,它是它是RS-232CRS-232C双工发送器双工发送器/ /接收器接口电路芯片，其外部引脚如接收器接口电路

5、芯片，其外部引脚如图图13-313-3，内部结构及外部元件如，内部结构及外部元件如图图13-413-4所示。所示。 由于芯片内部有自升压的电平倍增电路，由于芯片内部有自升压的电平倍增电路，将将+5V+5V转换转换成成-10V-+10V-10V-+10V，满足满足RS-232CRS-232C的逻辑的逻辑“1”1”和逻辑和逻辑“0”0”的电平要求。的电平要求。工作时仅需工作时仅需单一的单一的+5V+5V电源电源。其片内有。其片内有2 2个发送器，个发送器，2 2个接收器，有个接收器，有TTLTTL信号输入信号输入/RS-232C/RS-232C输出的功能，输出的功能，也有也有RS-232CRS-2

6、32C输入输入/TTL/TTL输出的功能。该芯片与输出的功能。该芯片与TTL/CMOSTTL/CMOS电平兼容，使用比较方便。电平兼容，使用比较方便。使用使用MAX232MAX232实现实现TTL/RS-232CTTL/RS-232C之间的电平转换电路如之间的电平转换电路如图图13-513-5所示所示。二、二、 RS-422ARS-422A接口接口RS-232CRS-232C虽然应用很广泛，但其推出较早，在现代网虽然应用很广泛，但其推出较早，在现代网络通讯中已暴出络通讯中已暴出明显的缺点明显的缺点：传输速率低、通讯距传输速率低、通讯距离短、接口处信号容易产生串扰离短、接口处信号容易产生串扰等。

7、等。因此，因此，EIAEIA又制定了又制定了RS-422ARS-422A标准。标准。RS-232CRS-232C即是一种即是一种电气标准，又是一种物理接口功能标准，而电气标准，又是一种物理接口功能标准，而RS-RS-422A422A仅仅是一种电气标准。仅仅是一种电气标准。PCPC机不带机不带RS-422ARS-422A接口接口，因此要使用因此要使用RS-232/RS-422ARS-232/RS-422A转换器转换器，把，把RS-232CRS-232C接接口转换成口转换成RS-422ARS-422A接口。接口。1. 1. 电气特性电气特性RS-422ARS-422A与与RS-232CRS-232

8、C的的主要区别主要区别是，收发双方的信是，收发双方的信号地号地不再共地不再共地，RS-422ARS-422A标准规定标准规定平衡驱动平衡驱动和和差分接收差分接收的方法。的方法。输入同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远输入同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的是另一个驱动器的反相信号反相信号。当一个表示逻辑当一个表示逻辑“1”1”时，另一条一定为逻辑时，另一条一定为逻辑“0”0”。若若传输过程传输过程中，中，信号中混入了干扰和噪声信号中混入了干扰和噪声（以（以共共模形式模形式出现），由于差分接收器的作用，就能出现），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号并正确接收传输的信息，并

9、使干识别有用信号并正确接收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。扰和噪声相互抵消。因此，因此，RS-422ARS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输率为最大传输率为10Mbit/s10Mbit/s，在此速率下，电缆允许长，在此速率下，电缆允许长度为度为12m12m，如果采用，如果采用较低传输速率较低传输速率时，时，最大传输距离最大传输距离可达可达1200m1200m。RS-422ARS-422A电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器接收器四部分组成四部分组成。在电路中。在电路中规定只许有一个发送

10、规定只许有一个发送器，可以有多个接收器器，可以有多个接收器。该标准允许驱动器输出为该标准允许驱动器输出为2 26V6V，差分接收器，差分接收器可以可以检测的输入信号电平可低到检测的输入信号电平可低到200mV200mV。2. 2. 电平转换电平转换TTLTTL电平转换成电平转换成RS-422ARS-422A电平的电平的常用芯片常用芯片有为有为SN75174SN75174、MC3487MC3487等。等。RS-422ARS-422A电平转换成电平转换成TTLTTL电平的电平的常用芯片常用芯片为为:SN75175:SN75175、MC3486MC3486等。等。SN75174SN75174、SN7

11、5175SN75175是分别是具有三态输出的单片四差是分别是具有三态输出的单片四差分驱动器和接收器，采用分驱动器和接收器，采用+5V+5V电源供电。电源供电。图图13-613-6，图图13-713-7给出给出电平转换芯片电平转换芯片SN75174SN75174、SN75175SN75175内部内部结构结构及及引脚图引脚图。TTLTTL电平电平与与RS-422ARS-422A电平电平转换电路转换电路如图如图13-813-8所示。所示。三、三、RS-485RS-485接口接口RS-485RS-485是是RS-422ARS-422A的变型的变型，它，它与与RS-422ARS-422A的区别在于的区别

12、在于：RS-422ARS-422A为全双工，采用两对平衡差分信号线；而为全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485RS-485为半双工为半双工，采用，采用一对平衡差分信号线一对平衡差分信号线。RS-RS-485485对于对于多站互连多站互连是十分方便是十分方便的。的。RS-485RS-485标准允许标准允许最多并联最多并联3232台台驱动器和驱动器和3232台接收器。台接收器。1. 1. 电气特性电气特性RS-485RS-485的信号传输的信号传输采用采用两线间的电压两线间的电压来表示逻辑来表示逻辑“1”1”和逻辑和逻辑“0”0”，由于收发方需要两根传输线。数据由于收发方需要两根传输线。数

13、据采用差分传输，所以干扰抑制性好。又因无接地问采用差分传输，所以干扰抑制性好。又因无接地问题，所以传题，所以传输距离可达输距离可达12001200米米，传输速率可达，传输速率可达10Mbit/s10Mbit/s。总线两端接匹配电阻总线两端接匹配电阻(1000(1000左右左右) )，驱动器负载为，驱动器负载为5454。驱动器输出电平在。驱动器输出电平在1.5V1.5V以下时为逻辑以下时为逻辑“1”1”，在，在1.5V1.5V以上时为逻辑以上时为逻辑“0”0”。接收器输。接收器输入电平在入电平在0.2V0.2V以下时为逻辑以下时为逻辑“1”1”，在，在0.2V0.2V以以上为逻辑上为逻辑“0”0

14、”。普通的普通的PCPC机一般不带机一般不带RS-485RS-485接口，接口，因此因此要使用要使用RS-RS-232/RS-485232/RS-485转换器转换器。对于单片机可以通过芯片。对于单片机可以通过芯片MAX485MAX485来完成来完成TTL/RS-485TTL/RS-485的电平转换。的电平转换。2. 2. 电平转换电平转换在在RS-422ARS-422A标准中所用的驱动器和接收器芯片，在标准中所用的驱动器和接收器芯片，在 RS-485RS-485中均可以使用。中均可以使用。除了除了RS-422ARS-422A电平转换中所列举的驱动器和接收器外，电平转换中所列举的驱动器和接收器外

15、，还有还有收发器收发器SN75176SN75176芯片芯片，该芯片集成了一差分驱，该芯片集成了一差分驱动器和一差分接收器动器和一差分接收器 ，如，如图图13-913-9所示。所示。SN75176SN75176的功能见的功能见表表13-413-4。RS-485RS-485点对点点对点远程通讯电路远程通讯电路如如图图13-1013-10所示。所示。四、四、 20mA20mA电流环串行接口电流环串行接口目前串行通讯中目前串行通讯中广泛使用广泛使用的一种接口电路，但的一种接口电路，但未形成未形成正式标准正式标准。该接口要比该接口要比RS-232CRS-232C接口简单的多，它接口简单的多，它只有只有4

16、 4根线根线：发：发送正、发送负、接收正和接收负四根线组成一个输送正、发送负、接收正和接收负四根线组成一个输入电流回路、一个输出电流回路。入电流回路、一个输出电流回路。当当发送数据发送数据时，根据数据的逻辑时，根据数据的逻辑1 1、0 0，有规律的使回，有规律的使回路形成通、断状态，即环路中无电流表示逻辑路形成通、断状态，即环路中无电流表示逻辑“0”0”，有，有20mA20mA电流表示逻辑电流表示逻辑“1”1”。工作原理如工作原理如图图13-1113-11所示。所示。20mA20mA电流环串行通讯接口的最大优点电流环串行通讯接口的最大优点是是低阻传输线低阻传输线对对电气噪声不敏感，且电气噪声不

17、敏感，且易实现光电隔离易实现光电隔离。因此，在长。因此，在长距离传送时，要比距离传送时，要比RS-232CRS-232C优越的多。电流环在优越的多。电流环在低低速数传率传输速数传率传输时，传输距离可达时，传输距离可达10001000米米。由于由于20mA20mA电流环是一种异步串行接口标准，所以在每电流环是一种异步串行接口标准，所以在每次发送数据时必须以无电流的起始作为每一个字符次发送数据时必须以无电流的起始作为每一个字符的起始位，接收端检测到起始位时便开始接收字符的起始位，接收端检测到起始位时便开始接收字符数据。数据。图图13-1213-12是一个由是一个由集成芯片构成的集成芯片构成的20m

18、A20mA电流环接口电流环接口线线路图。路图。五、五、 各种串行接口性能比较各种串行接口性能比较现将现将RS-232CRS-232C、RS-422ARS-422A、RS-485RS-485、20mA20mA电流环各串电流环各串行接口性能列在表行接口性能列在表13-513-5中，以便比较。中，以便比较。 表表13-513-5（略）（略）13.1.2 MCS-5113.1.2 MCS-51单片机双机串行通讯接口单片机双机串行通讯接口一、一、 双机通讯硬件接口设计双机通讯硬件接口设计根据根据MCS-51MCS-51的双机的双机通讯距离通讯距离，抗干扰性抗干扰性的要求，可选的要求，可选择择TTLTTL

19、电平传输，或选择电平传输，或选择RS-232CRS-232C、RS-422ARS-422A、RS485RS485串行接口进行串行数据传输。串行接口进行串行数据传输。1 1TTLTTL电平通讯接口电平通讯接口如果两个如果两个MCS-51MCS-51单片机相距在单片机相距在几米之内几米之内，它们的串行，它们的串行口可直接相连，从而直接用口可直接相连，从而直接用TTLTTL电平传输方法来实电平传输方法来实现双机通讯。如现双机通讯。如图图13-1313-13所示。所示。 2 2RS-232CRS-232C双机通讯接口双机通讯接口如果双机通讯距离在如果双机通讯距离在3030米之内，可利用米之内，可利用R

20、S-232CRS-232C标准标准接口实现点对点的双机通讯，接口电路如图接口实现点对点的双机通讯，接口电路如图13-1413-14所示。所示。 3 3RS-422ARS-422A双机通讯接口双机通讯接口为了增加通讯距离，减小通道及电源干扰，可以在为了增加通讯距离，减小通道及电源干扰，可以在 通讯线路上采用通讯线路上采用光电隔离光电隔离的方法，利用的方法，利用RS-422ARS-422A标标 准进行双机通讯，接口电路如准进行双机通讯，接口电路如图图13-1513-15所示。所示。在在图图13-1513-15中，每个通道的接收端都接有三个电阻中，每个通道的接收端都接有三个电阻 R1 R1、R2R2

21、、R3R3。其中其中R1R1为传输线的匹配电阻，取值范围在为传输线的匹配电阻，取值范围在5050 1K 1K之间，其他两个电阻是之间，其他两个电阻是为了解决第一个数为了解决第一个数 据的误码据的误码而设置的匹配电阻。而设置的匹配电阻。为了起到为了起到隔离、抗干扰隔离、抗干扰的作用，的作用，图图13-1513-15中必须使用中必须使用 两组独立的电源两组独立的电源。4 4RS-485RS-485双机通讯接口双机通讯接口RS-422ARS-422A双机通讯需双机通讯需四芯传输线四芯传输线，这对长距离通讯是，这对长距离通讯是 很不经济很不经济的，故在工业现场，通常采用双绞线传的，故在工业现场，通常采

22、用双绞线传 输的输的RS-485RS-485串行通讯接口。串行通讯接口。这种接口很容易实现多机通讯。这种接口很容易实现多机通讯。图图13-1613-16给出了其给出了其RS- RS- 485 485双机通讯接口电路。双机通讯接口电路。由由图图13-1613-16可知：可知：RS-485RS-485以以双向、半双工的方式双向、半双工的方式实现实现 了双机通讯。在了双机通讯。在80318031系统发送或接收数据前，应系统发送或接收数据前，应 先将先将7517675176的发送门或接收门打开，当的发送门或接收门打开，当P1.0=1P1.0=1时，时， 发送门打开，接收门关闭；当发送门打开，接收门关闭

23、；当P1.0=0P1.0=0，接收门打，接收门打 开，发送门关闭。开，发送门关闭。13.1.3 MCS-5113.1.3 MCS-51单片机多机串行通讯接口单片机多机串行通讯接口利用串行口实现多机通讯的工作原理，已在第利用串行口实现多机通讯的工作原理，已在第7 7章中章中作过介绍。下面首先介绍多机通讯的接口设计。作过介绍。下面首先介绍多机通讯的接口设计。一、一、TTLTTL电平多机串行通讯电平多机串行通讯当当一台主机一台主机与与多台从机多台从机之间之间距离较近距离较近时时, ,可直接采用可直接采用TTLTTL电平进行多机通讯，电平进行多机通讯，多机通讯的连接方式如多机通讯的连接方式如图图13-

24、1713-17所示。所示。由于由于80318031单片机单片机P3P3口可带口可带4 4个个LSTTLLSTTL，故在图，故在图13-1713-17中，中，N N的取值范围应为的取值范围应为N N 4 4。如果。如果N4N4，则，则P3P3口应加驱动口应加驱动电路。电路。二、二、20mA20mA电流环多机串行通讯接口电流环多机串行通讯接口用用TTLTTL电平进行多机通讯时，有效通讯距离约几米左电平进行多机通讯时，有效通讯距离约几米左右，这在实际中往往不能满足要求。右，这在实际中往往不能满足要求。可采用可采用20mA20mA电流环电流环进行多机通讯，不仅进行多机通讯，不仅提高了抗干扰提高了抗干扰

25、能力能力，而且可实现，而且可实现远距离通讯远距离通讯。20mA20mA电流环串行多机通讯电流环串行多机通讯原理电路如原理电路如图图13-1813-18所示。所示。13.1.4 PC13.1.4 PC机与机与MCS-51MCS-51的点对点的串行通讯接口的点对点的串行通讯接口一、硬件接口设计一、硬件接口设计如前所述如前所述, , 通常通常PCPC机都配有机都配有RS-232CRS-232C串行标准接口，串行标准接口，有效通讯距离较短。有效通讯距离较短。为实现长距离通讯应将为实现长距离通讯应将RS-232CRS-232C接口转换成接口转换成RS-RS-422A/RS-485422A/RS-485接

26、口。接口。图图13-1913-19给出了这种转换的电给出了这种转换的电路原理图。路原理图。图图13-1913-19可完成可完成RS-232CRS-232C至至RS-422ARS-422A的转换，也可完成的转换，也可完成RS-232CRS-232C至至RS-485RS-485的转换。的转换。当选择当选择RS-422ARS-422A输出方式输出方式时，时，3 3、4 4短接；当选择短接；当选择RS-485RS-485输出方式时，输出方式时，1 1、2 2短短接，接，5 5、6 6短接，短接，7 7、8 8短接。短接。图图13-1913-19中，中，R1R1、R2R2是为排除第一个数据传输误码而是为

27、排除第一个数据传输误码而设置的匹配电阻。设置的匹配电阻。设计者可根据实际情况选择该电设计者可根据实际情况选择该电阻的大小。阻的大小。电源电源VCCVCC和和VEEVEE均为均为+5V+5V，但不是一个电源，但不是一个电源，VCCVCC和和VEE VEE 应为隔离电源，只有这样才能实现电隔离。应为隔离电源，只有这样才能实现电隔离。13.1.5 PC13.1.5 PC机与多个机与多个MCS-51MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口一、硬件接口电路一、硬件接口电路将将1 1台台IBM-PCIBM-PC机机和和若干台若干台MCS-51MCS-51单片机单片机构成的小型分构成的小型分布式

28、测控系统，如布式测控系统，如图图13-2013-20所示。所示。1 1台台PCPC机机与与数台数台80318031单片机单片机进行进行多机通讯多机通讯的的RS-485RS-485串串行通讯接口电路如行通讯接口电路如图图13-2113-21所示。所示。13.2 MCS-5113.2 MCS-51单片机与日历时钟芯片的接口单片机与日历时钟芯片的接口单片机应用系统，有时需一个实时时钟供定时、测控单片机应用系统，有时需一个实时时钟供定时、测控用。设计者只需选择合适的集成电路芯片即可。本用。设计者只需选择合适的集成电路芯片即可。本节介绍日历时钟芯片节介绍日历时钟芯片DS12887DS12887的功能以及

29、与的功能以及与MCS-51MCS-51单片机的接口设计。单片机的接口设计。DS12887SDS12887S是是跨越跨越20002000年年的日历时钟芯片，用的日历时钟芯片，用4 4位数位数来来表示年度，采用表示年度，采用2424引脚双列直插式封装。引脚双列直插式封装。该芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电该芯片的晶体振荡器、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的锂电池等一起封装在芯片的上方，组成一个加厚的集成电路模块。集成电路模块。电路通电时，充电电路自动对电池充电。充足一次电路通电时，充电电路自动对电池充电。充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，电可供芯

30、片时钟运行半年之久，正常工作时正常工作时可可保保证时钟数据证时钟数据1010年内不会丢失年内不会丢失。此外，片内带有。此外，片内带有114114个字节的个字节的RAMRAM。13.2.1 DS1288713.2.1 DS12887的性能及引脚说明的性能及引脚说明一、性能一、性能主要性能如下：主要性能如下：（1 1）具有时钟、闹钟功能及）具有时钟、闹钟功能及到到21002100年年的日历功能，的日历功能，可选择可选择1212小时小时制或制或2424小时小时制计时，有制计时，有AMAM和和PMPM、星星期期、夏时制夏时制时间操作及时间操作及闰年自动补偿闰年自动补偿等功能。等功能。 （2 2）DS1

31、2887DS12887内部有内部有1414个寄存器个寄存器:10:10个时标寄存器、个时标寄存器、4 4个状态寄存器。还有掉电保护用个状态寄存器。还有掉电保护用114114字节的低功字节的低功耗耗RAMRAM。（3 3）具有用软件编程选择的周期性中断方式和多频）具有用软件编程选择的周期性中断方式和多频率输出的方波发生器功能。率输出的方波发生器功能。（4 4）该芯片可以满足各种不同的待机要求，最长可）该芯片可以满足各种不同的待机要求，最长可达达2424小时。小时。（5 5）可选择二进制或）可选择二进制或BCDBCD码来表示时间。码来表示时间。（6 6）工作电压：）工作电压：+4.5+4.5+5.

32、5V+5.5V。（7 7）工作电流：）工作电流：7 715mA15mA。（8 8）工作温度范围：）工作温度范围：0 0+70+70C C二、引脚说明二、引脚说明 DS12887/12C887DS12887/12C887的引脚如的引脚如图图13-2213-22所示。所示。各引脚功能如下：各引脚功能如下：(1) MOT(1) MOT: :计算机总线选择端（接低电平为总线方式）；计算机总线选择端（接低电平为总线方式）；(2) SQWF(2) SQWF：方波输出，是否输出以及速率由专用寄存：方波输出，是否输出以及速率由专用寄存器器A A、B B的预置参数决定；的预置参数决定；(3) AD7(3) AD

33、7AD0AD0：地址：地址/ /数据（双向）总线，由数据（双向）总线，由ALEALE的下的下降沿锁存降沿锁存8 8位地址；位地址；(4) WR(4) WR* *：写数据控制信号，低电平有效；：写数据控制信号，低电平有效；(5) ALE(5) ALE：地址锁存信号端；：地址锁存信号端；(6) RD(6) RD* *：数据读控制信号端，低电平有效；：数据读控制信号端，低电平有效；(7) (7) CSCS* *：片选信号端，低电平有效；：片选信号端，低电平有效；(8) (8) IRQIRQ* * ：中断申请端：中断申请端, ,低电平有效，由专用寄存器低电平有效，由专用寄存器 决定；决定；(9) (9

34、) RESETRESET* * ：复位端，低电平复位；：复位端，低电平复位；(10) NC:(10) NC:空闲端。空闲端。13.2.2 DS1288713.2.2 DS12887的内部的内部RAMRAM和寄存器和寄存器CPUCPU通过通过读读DS12887DS12887的的内部时标寄存器内部时标寄存器得到当前的时间得到当前的时间和日历。也可通过选择二进制码或和日历。也可通过选择二进制码或BCDBCD码初始化芯码初始化芯片的片的1010个时标寄存器。个时标寄存器。114114字节字节RAMRAM可在系统掉电时来保存一些重要的数据。可在系统掉电时来保存一些重要的数据。DS12887DS12887

35、的的4 4个个控制与状态寄存器用来控制或反映控制与状态寄存器用来控制或反映DS12887DS12887模块当前的工作状态，除数据更新周期外，模块当前的工作状态，除数据更新周期外，软件可随时读写这软件可随时读写这4 4个寄存器。个寄存器。下面介绍各寄存器的功能和作用。下面介绍各寄存器的功能和作用。一、内部一、内部RAMRAM与各专用寄存器简介与各专用寄存器简介引脚引脚AD7AD7AD0AD0的的8 8位编码决定了对各专用寄存器与内位编码决定了对各专用寄存器与内部部RAMRAM的寻址。其中：的寻址。其中：00H00H09H09H：1010个时标寄存器；个时标寄存器；0AH0AH0DH0DH：4 4

36、个控制与状态寄存器；个控制与状态寄存器；0EH0EHFFHFFH：114114字节的静态字节的静态RAMRAM；表表13-613-6是是DS12887DS12887内部内部1010个时标寄存器和个时标寄存器和4 4个控制个控制/ /状状态寄存器的地址分配。态寄存器的地址分配。1 1时标寄存器（时标寄存器（1010个）个）00H00H03H03H单元为单元为“秒秒”、“分分”单元，取值范围是单元，取值范围是00H00H3BH(3BH(十进制十进制0 059)59)04H04H05H05H单元是单元是“时时”单元，按单元，按1212小时制的取值范小时制的取值范围是上午（围是上午（AMAM）01H0

37、1H0CH0CH（1 11212），下午（），下午（PMPM）51H51H5CH5CH（81819292）；按）；按2424小时制的取值范围是小时制的取值范围是00H00H17H17H（1 12323）06H06H单元是单元是“星期星期”单元，取值范围是单元，取值范围是00H00H07H07H（0 07 7）07H07H单元是单元是“日日”单元，取值范围是单元，取值范围是01H01H1FH1FH（1 13131）；）；08H08H单元是单元是“月月”单元，取值范围是单元，取值范围是01H01H0CH0CH（1 11212）；）；09H09H单元是单元是“年的低年的低2 2位位”单元，取值范围是

38、单元，取值范围是00H00H63H63H（0 09999）。）。MCS-51MCS-51对对DS12887DS12887内部内部RAMRAM和各专用寄存器的地址分和各专用寄存器的地址分配可采用译码器法。假设配可采用译码器法。假设DS12887DS12887的片选地址从的片选地址从=#D000H=#D000H开始有效，则开始有效，则芯片内部芯片内部RAMRAM和寄存器的地和寄存器的地址为址为#D000H#D000H#D07FH#D07FH。注意：注意：尽管专用时标年寄存器只有一个，只能显示尽管专用时标年寄存器只有一个，只能显示年的低两位，但通过软件编程利用其内部的不掉年的低两位，但通过软件编程利

39、用其内部的不掉电电RAMRAM区的一个字节实现区的一个字节实现年度的高两位年度的高两位显示。显示。2 2控制与状态寄存器（控制与状态寄存器（4 4个）个）（1 1）寄存器）寄存器A A各位不受复位的影响，格式见各位不受复位的影响，格式见表表13-713-7。其中：其中：位位UIPUIP：更新周期标志位，是更新周期标志位，是只读位只读位。UIP=1UIP=1时，时，表示芯片正处于或即将开始更新周期，此时不表示芯片正处于或即将开始更新周期，此时不准读准读/ /写时标寄存器；写时标寄存器；UIP=0UIP=0时，表示至少在时，表示至少在4444后才开始更新周期，此时程序可以读片后才开始更新周期，此时

40、程序可以读片内时标寄存器。内时标寄存器。位位DV0DV0、DV1DV1、DV2DV2：芯片内部振荡器芯片内部振荡器RTCRTC控制位控制位当芯片解除复位状态，并将当芯片解除复位状态，并将010010写入写入DV0-DV2DV0-DV2后，后，另一个更新周期将在另一个更新周期将在500ms500ms后开始。因此，在后开始。因此，在初始化初始化时时可用可用这这3 3位位精确地使芯片在设定的时间开始工作精确地使芯片在设定的时间开始工作。DS12887DS12887固定使用固定使用32768Hz32768Hz的内部晶体。所以，只有的内部晶体。所以，只有DV0DV0、DV1DV1、DV2=010DV2=

41、010一种组合选择才可启动一种组合选择才可启动RTCRTC。位位RS3RS3、RS2RS2、RS1RS1、RS0RS0：周期中断可编程方波输出速：周期中断可编程方波输出速率选择位。率选择位。不同的组合可以产生不同的方波输出。可通过设置寄不同的组合可以产生不同的方波输出。可通过设置寄存器存器B B的的SQWFSQWF和和PIEPIE位位来控制是否允许周期中断和方来控制是否允许周期中断和方波输出。波输出。寄存器寄存器A A输出方波的速率选择位见输出方波的速率选择位见表表13-213-2。（2 2）寄存器）寄存器B B允许读允许读/ /写，用于控制芯片的工作状态。其控制字的写，用于控制芯片的工作状态

42、。其控制字的格式见表格式见表13-813-8。位位SETSET：SET=0SET=0时，芯片处于正常工作状态，每秒产生时，芯片处于正常工作状态，每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器；一个更新周期来更新时标寄存器； SET=1SET=1时，芯片时，芯片停止工作，程序在此期间可初始化芯片的各个时标停止工作，程序在此期间可初始化芯片的各个时标寄存器。寄存器。位位PIEPIE、AIFAIF、UIEUIE: :分别为周期中断分别为周期中断报警中断报警中断更新更新周期结束中断允许位。周期结束中断允许位。各位为各位为1 1时，允许芯片发相时，允许芯片发相应的中断。应的中断。位位SQWFSQWF: :方波输出

43、允许位。方波输出允许位。SQWF=1SQWF=1，按寄存器按寄存器A A输出速输出速率选择位所确定的频率方波；率选择位所确定的频率方波；SQWF=0SQWF=0，脚脚SQWFSQWF保持保持低电平。低电平。位位DMDM：时标寄存器用十进制时标寄存器用十进制BCDBCD码表示或用二进制表码表示或用二进制表示示格式选择格式选择位。位。DM=0DM=0时，为十进制时，为十进制BCDBCD码；码；DM=1DM=1时，时，为二进制码。为二进制码。位位24/1224/12：24/1224/12小时小时模式设置位。模式设置位。24/12=124/12=1时，为时，为2424小时工作模式；小时工作模式；24/

44、1224/12=0=0时，为时，为1212小时工作模式。小时工作模式。位位DSE:DSE:夏时制夏时制设置。设置。DSE=1DSE=1，夏时制设置有效，夏时，夏时制设置有效，夏时制结束可自动刷新恢复时间；制结束可自动刷新恢复时间；DSE=0DSE=0，无效。，无效。（3 3）寄存器）寄存器C C特点：特点：程序访问该寄存器后，该寄存器的内容将自动程序访问该寄存器后，该寄存器的内容将自动清清0 0，从而使，从而使IRQFIRQF标志位变为高电平，否则，芯片标志位变为高电平，否则，芯片将无法向将无法向CPUCPU申请下一次中断。寄存器申请下一次中断。寄存器C C的控制字的的控制字的格式见格式见表表

45、13-813-8。其中：其中：位位IRQF:IRQF:中断申请标志位。该位有关的逻辑变量的逻中断申请标志位。该位有关的逻辑变量的逻辑关系表达式如下辑关系表达式如下: : IRQF=PFIRQF=PFPIE+AFPIE+AFAIE+UFAIE+UFUIEUIE当当IRQFIRQF位变为位变为1 1时，引脚变为低电平引起中断申请。时，引脚变为低电平引起中断申请。位位PFPF、AFAF、UFUF：3 3位位分别为分别为周期中断、报警中断、更新周期中断、报警中断、更新周期结束中断周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件，相标志位。只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置应的中断标志位将置1 1。位位

46、3 3位位0 0：保留位，读出值始终为保留位，读出值始终为0 0。(4(4）寄存器）寄存器D D为只读的状态寄存器，状态字的格式见为只读的状态寄存器，状态字的格式见表表13-813-8。其中：。其中：位位VRT:VRT:芯片内部芯片内部RAMRAM与寄存器内容有效标志位。该位为与寄存器内容有效标志位。该位为1 1时，指芯片内部时，指芯片内部RAMRAM和寄存器内容有效。读该寄存和寄存器内容有效。读该寄存器后，该位将自动置器后，该位将自动置1 1。位位BIT6BIT6BIT0BIT0：保留位，读出值始终为保留位，读出值始终为0 0。三、三、DS12887DS12887的中断和更新周期的中断和更新

47、周期DS12887DS12887处于正常工作状态时，每秒钟将产生一个处于正常工作状态时，每秒钟将产生一个更新周期。更新周期。芯片处于更新周期的芯片处于更新周期的标志标志：寄存器：寄存器A A中的中的UIPUIP位为位为1 1。在更新周期内，在更新周期内，芯片内部时标寄存器中的数据处于芯片内部时标寄存器中的数据处于更新阶段更新阶段，故微处理器不能读时标寄存器的内容，故微处理器不能读时标寄存器的内容，否则将得到不确定数据。否则将得到不确定数据。更新周期的基本功能更新周期的基本功能主要是刷新各个时标寄存器中主要是刷新各个时标寄存器中的内容，同时秒时标寄存器内容加的内容，同时秒时标寄存器内容加1 1，

48、并检查其，并检查其他时标寄存器内容是否有溢出，他时标寄存器内容是否有溢出，如有溢出如有溢出则相应则相应进位日、月、年。进位日、月、年。更新周期的另外一个功能更新周期的另外一个功能是：检查是：检查3 3个时、分、秒报个时、分、秒报警时标寄存器的内容是否与对应时标寄存器的内警时标寄存器的内容是否与对应时标寄存器的内容相符。容相符。如相符如相符，则，则寄存器寄存器C C中的中的AFAF位置位置1 1；如果；如果报警时标寄存器的内容为报警时标寄存器的内容为C0HC0HFFHFFH之间的数据，之间的数据，则为不关心状态。则为不关心状态。为了采样时标寄存器中的数据，器件提供了两种避为了采样时标寄存器中的数

49、据，器件提供了两种避开在更新周期内访问时标寄存器的方法。第一种开在更新周期内访问时标寄存器的方法。第一种方法是利用更新周期结束发出的中断。方法是利用更新周期结束发出的中断。可以编程且允许在每次更新周期结束后发生中断申可以编程且允许在每次更新周期结束后发生中断申请，请，提醒提醒CPUCPU将有将有998ms998ms左右的时间去获取有效的左右的时间去获取有效的数据。在中断之后的数据。在中断之后的998ms998ms时间内，程序可先将时时间内，程序可先将时标数据读到芯片内部的不掉电静态标数据读到芯片内部的不掉电静态RAMRAM中。中。因为芯片内部的静态因为芯片内部的静态RAMRAM和状态寄存器是可

50、随时和状态寄存器是可随时读写的，在离开中断服务子程序前应清除寄存读写的，在离开中断服务子程序前应清除寄存器器C C中的中的IRQFIRQF位。位。另一种方法另一种方法是，利用寄存器是，利用寄存器A A中的中的UIPUIP位来指示芯位来指示芯片是否处于更新周期。片是否处于更新周期。在在UIPUIP位由低变高位由低变高244244后，芯片将开始其更新周期。后，芯片将开始其更新周期。所以，若检测到所以，若检测到UIPUIP位为低电平时，则利用位为低电平时，则利用244244的间隔时间去读取时标信息；的间隔时间去读取时标信息；如检测到如检测到UIPUIP位为位为1 1，则可暂缓读数据，等到，则可暂缓读

51、数据，等到UIPUIP位变成低电位变成低电平后再去读数据。平后再去读数据。13.2.3 MCS-5113.2.3 MCS-51与与DS12887DS12887的接口设计的接口设计一、一、DS12887DS12887的初始化的初始化DS12887DS12887采用连续工作制，一般无需每次都初始化，采用连续工作制，一般无需每次都初始化，即使是系统复位时也如此。即使是系统复位时也如此。但在但在初始化时初始化时，首先首先应禁止芯片内部的更新周期操应禁止芯片内部的更新周期操作。所以，应先将作。所以，应先将DS12887DS12887状态寄存器状态寄存器B B中的中的SETSET位位置置1 1，然后然后初

52、始化初始化00H00H09H09H时标参数寄存器和状态时标参数寄存器和状态寄存器寄存器A A。此后，此后，再通过读状态寄存器再通过读状态寄存器C C，清除寄，清除寄存器存器C C中的周期中断标志位中的周期中断标志位PFPF、报警中断标志位、报警中断标志位AFAF、更新周期结束中断标志位更新周期结束中断标志位UFUF。通过读寄存器。通过读寄存器D D中的中的VRTVRT位后将自动置位后将自动置1 1。最后，最后，将状态寄存器将状态寄存器B B中的中的SETSET位置位置0 0，芯片开始计时，芯片开始计时工作。工作。二、闹钟单元的使用二、闹钟单元的使用DS12887DS12887共有共有3 3个个

53、闹钟单元，分别为闹钟单元，分别为时、分、秒时、分、秒闹钟单闹钟单元。元。在其中写入闹钟时间值并且在时钟中断允许的情况下，在其中写入闹钟时间值并且在时钟中断允许的情况下，每天到该时刻每天到该时刻就会产生中断申请信号。就会产生中断申请信号。但这种方式但这种方式每天只提供一次中断信号每天只提供一次中断信号。另一种方式另一种方式是在闹钟单元中写入是在闹钟单元中写入“不关心码不关心码”：在时：在时闹钟单元写入闹钟单元写入C0HC0HFFHFFH之间的数据，可每小时产生之间的数据，可每小时产生一次中断；一次中断；在时、分闹钟单元写入在时、分闹钟单元写入C0HC0HFFHFFH之间的数据，可之间的数据，可每

54、分钟产生一次中断每分钟产生一次中断；而时、分、秒闹钟单元；而时、分、秒闹钟单元全部写入全部写入FFHFFH，则每秒钟产生一次中断。，则每秒钟产生一次中断。但这种方式也只是在整点、整分、或每秒产生一但这种方式也只是在整点、整分、或每秒产生一次中断次中断。若控制系统要求的定时间隔不是整数。若控制系统要求的定时间隔不是整数时，应该通过软件来调整实现。时，应该通过软件来调整实现。三、接口电路及软件编程三、接口电路及软件编程图图13-2313-23是是AT89C51AT89C51单片机与单片机与DS12887DS12887的接口电路（其的接口电路（其中片选地址中片选地址CS=#0D00HCS=#0D00

55、H）。）。DS12887DS12887状态寄存器的参数设置如下状态寄存器的参数设置如下: :（1 1）状态寄存器状态寄存器A A置为置为20H20H，表示采用的时钟频率为，表示采用的时钟频率为32678Hz32678Hz，禁止脚，禁止脚SQWFSQWF输出输出（2 2）状态寄存器状态寄存器B B置为置为22H22H，表示允许报警中断，禁，表示允许报警中断，禁止其他中断，为止其他中断，为2424小时模式，时标寄存器内容用小时模式，时标寄存器内容用BCDBCD码表示，禁止方波输出和夏时制服务。如果要码表示，禁止方波输出和夏时制服务。如果要求定时间隔为求定时间隔为1 1秒至秒至5959秒的中断申请，

56、那么时报警秒的中断申请，那么时报警寄存器置寄存器置FFHFFH，就表示该报警时标处于不关心状态，就表示该报警时标处于不关心状态下面为下面为DS12887DS12887的有关程序。的有关程序。（1 1）初始化程序）初始化程序（见教材）（见教材）（2 2）查询法判别芯片是否处于更新周期子程序查询法判别芯片是否处于更新周期子程序 （见（见教材）教材）13.3 MCS-5113.3 MCS-51单片机的报警接口单片机的报警接口在单片机测控系统发生故障或处于某种紧急状态时，在单片机测控系统发生故障或处于某种紧急状态时，单片机系统应能发出提醒人们警觉的报警信号或提单片机系统应能发出提醒人们警觉的报警信号或

57、提示信号，常见的报警信号可分为示信号，常见的报警信号可分为闪光报警、鸣音报闪光报警、鸣音报警警和和音乐报警音乐报警。下面对这三种报警接口作以介绍。下面对这三种报警接口作以介绍。13.3.1 13.3.1 闪光报警接口闪光报警接口闪光报警可用闪光报警可用MCS-51MCS-51的的某一某一I/OI/O口线驱动口线驱动LEDLED闪烁闪烁，只，只要该要该I/OI/O口线口线发出具有一定频率的高低电平信号发出具有一定频率的高低电平信号，即可使即可使LEDLED闪烁。接口电路如闪烁。接口电路如图图13-2413-24所示。所示。闪光报警的的程序编写：闪光报警的的程序编写：只需向只需向P1.0P1.0先

58、写入先写入“1”1”，然后延迟一段时间，再向向然后延迟一段时间，再向向P1.0P1.0写入写入“0”0”，延迟延迟的时间可根据要求的的时间可根据要求的LEDLED的闪烁频率而定。可采用的闪烁频率而定。可采用软件延时，也可使用定时器定时中断，在中断服务软件延时，也可使用定时器定时中断，在中断服务程序中，改变程序中，改变P1.0P1.0的电平。的电平。采用采用软件延时软件延时的程序：的程序：FLASH1: SETB P1.0 FLASH1: SETB P1.0 LCALL DELAYLCALL DELAY; ;调用软件延时子程序调用软件延时子程序DELAYDELAYCLR P1.0CLR P1.0

59、LCALL DELAYLCALL DELAY; ;调用软件延时子程序调用软件延时子程序DELAYDELAYLJMP FLASH1LJMP FLASH1如果如果MCS-51MCS-51本身的本身的I/OI/O口线资源紧张，要控制闪光报口线资源紧张，要控制闪光报警的警的LEDLED数目较多数目较多，也可采用，也可采用扩展一片扩展一片74LS377 8D74LS377 8D锁存器芯片锁存器芯片，锁存器的输出接了，锁存器的输出接了8 8个个LEDLED。接口电路。接口电路如如图图13-2513-25所示。所示。图图13-2513-25中的中的74LS37774LS377的端口地址为的端口地址为7FFF

60、H7FFFH，要使某一要使某一位的位的LEDLED闪烁，只需向闪烁，只需向74LS37774LS377的某一位交替的写入的某一位交替的写入“1”1”或或“0”0”。写入写入“1”1”或或“0”0”时间间隔可采用时间间隔可采用软件延时，也可使用定时器定时中断。例如，要使软件延时，也可使用定时器定时中断。例如，要使74LS377 Q074LS377 Q0位上的位上的LEDLED闪烁，闪烁，采用软件延时采用软件延时的参考的参考程序如下：程序如下：FLASH2: FLASH2: MOV DPTRMOV DPTR，#7FFFH #7FFFH MOV A MOV A ，#0FEH#0FEHMOVX DPT

61、R, AMOVX DPTR, A; ;让最低位让最低位LEDLED亮亮LCALL DELAYLCALL DELAY; ;调用延时子程序调用延时子程序DELAYDELAYMOV A MOV A ，#0FFH#0FFH ; ;让最低位让最低位LEDLED灭灭LCALL DELAYLCALL DELAY; ;调用软件延时子程序调用软件延时子程序RETRET13.3.2 13.3.2 蜂鸣音报警接口蜂鸣音报警接口只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过只需购买市售的压电式蜂鸣器，然后通过MCS-51MCS-51的的一根口线一根口线通过驱动器通过驱动器驱动蜂鸣器发声驱动蜂鸣器发声。压电。压电式蜂鸣器约式蜂鸣

62、器约需需10mA10mA的驱动电流的驱动电流。可以使用。可以使用TTLTTL系列系列集成电路集成电路74067406或或74077407低电平驱动低电平驱动，如，如图图13-2613-26所示，也可以所示，也可以用一个晶体三极管驱动，用一个晶体三极管驱动，如如图图13-2713-27所示。所示。在在图图13-2613-26中，中，MCS-51MCS-51的口线的口线P1.7P1.7接驱动器的输入接驱动器的输入 端。端。当当P1.7P1.7输出高电平输出高电平时，时，74067406的输出为低电的输出为低电 平，使压电蜂鸣器两条引线加上近平，使压电蜂鸣器两条引线加上近5V5V的直流电的直流电 压

63、，由压电效应而压，由压电效应而发出蜂鸣音发出蜂鸣音。当当P1.7P1.7端输出低电平时端输出低电平时，74067406的输出端高约的输出端高约+5V+5V， 压电蜂鸣器的两引线间的直流电压降至接近于压电蜂鸣器的两引线间的直流电压降至接近于 0V 0V，发音停止发音停止。在在图图13-2713-27中，中，P1.7P1.7接晶体管基极输入端。接晶体管基极输入端。当当P1.7P1.7输出高电平输出高电平时，晶体管导通，压电蜂鸣器两时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约端获得约+5V+5V电压而电压而鸣叫鸣叫。当当P1.7P1.7输出低电平输出低电平，三极管截止，蜂鸣器，三极管截止，蜂鸣器停止发声停止

64、发声。下面是下面是连续蜂鸣连续蜂鸣100ms100ms参考程序，该程序对上述两个接参考程序，该程序对上述两个接口电路都适用。口电路都适用。SOUND: SETB P1.7SOUND: SETB P1.7；P1.7P1.7输出高电平，蜂鸣器鸣叫输出高电平，蜂鸣器鸣叫 MOV R4,#64H MOV R4,#64H ；延时；延时100ms100msLOOP: MOV R3,#0F9HLOOP: MOV R3,#0F9HLOOP1: DJNZ R3, LOOP1 LOOP1: DJNZ R3, LOOP1 ；延时；延时1ms1ms的循环的循环 DJNZ R4, LOOP DJNZ R4, LOOP

65、CLR P1.7 CLR P1.7；P1.7P1.7输出低电平，蜂鸣器停止输出低电平，蜂鸣器停止 RET RET如果想要发出更大的声音如果想要发出更大的声音，可采用，可采用功率大的扬声器功率大的扬声器作作为发声器件，这时要为发声器件，这时要采用采用相应的功率驱动器相应的功率驱动器。具体。具体的接口电路可参考本书第的接口电路可参考本书第1212章的例章的例12-212-2。13.3.3 13.3.3 音乐报警接口音乐报警接口音乐报警可使音乐报警可使报警声优美悦耳报警声优美悦耳，克服了蜂鸣音，克服了蜂鸣音报警音调比较单调的不足。发声电路报警音调比较单调的不足。发声电路可购买市可购买市售售的乐曲发生

66、器，发出的乐曲声可用来作为某的乐曲发生器，发出的乐曲声可用来作为某种提示信号或报警信号。设计者可根据自己对种提示信号或报警信号。设计者可根据自己对乐曲的喜好来购买相应的集成电路。乐曲的喜好来购买相应的集成电路。音乐报警接口由两部分组成：音乐报警接口由两部分组成：乐曲发生器乐曲发生器，即集成电子音乐芯片；，即集成电子音乐芯片；放大电路放大电路，也可采用集成放大器。，也可采用集成放大器。音乐报警接口电路如音乐报警接口电路如图图13-2813-28所示，图中采用所示，图中采用华尔兹华尔兹乐曲乐曲的的电子音乐芯片电子音乐芯片7920A7920A。当当80318031从从P1.7P1.7输出高电平输出高电平时，电子音乐芯片时，电子音乐芯片7920A7920A的的输入控制端输入控制端MTMT变为变为1.5V1.5V高电平高电平，输出端，输出端VoutVout 便发便发出乐曲信号，经出乐曲信号，经M51182LM51182L放大而驱动扬声器发出乐放大而驱动扬声器发出乐曲报警声，音量大小由曲报警声，音量大小由10k10k电位器调整。电位器调整。若若P1.7P1.7输出低电平输出低电平，则，则7920A