8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 12 - 串行口中断的使用

Posted 2021-07-14 Neutionwei

在第一篇到第九篇博文中，我们认识到了一些基于IO口输入与输出的基础电子器件使用：
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 01 - 点亮一个LED》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 02 - LED延时约5s闪烁》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 03 - LED流水灯》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 04 - 蜂鸣器驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 05 - 静态数码管驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 06 - 动态数码管驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 07 - 独立按键驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 08 - 矩阵按键驱动》
《8051单片机实战分析（以STC89C52RC为例） | 09 - LED点阵显示数字》
但现在我们要开始回到8051单片机内部，通过实战来认识它们的工作原理，你会发现通过它们可以去开发一些更有意思的东西！

这篇博文带领大家认识一下STC89C52RC单片机定时器中断的使用。

如果你不了解什么是中断，建议你先看这篇：
《STC89C52RC单片机额外篇 | 01 - 认识中断、中断源以及中断优先级》

如果你不了解什么是串口通信，建议你先看这篇：
《STC89C52RC单片机额外篇 | 02 - 认识串行通信、波特率以及数据包》

1 中断系统结构

以下这张图是从中断引脚到中断入口所经过的通道：

从图中不难看出RX与TX引脚经过了SCON、IE、IP这些寄存器，因此我们在写程序时得把这些寄存器功能配置好，CPU才会按照我们的想法只执行！下面分别对这些寄存器进行介绍（稍微了解一下即可，忘记的时候再查）。

1.1 SCON寄存器

SCON(Serial Control Register)，中文叫串行口控制寄存器，SCON寄存器是用于控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串口的状态。

首先介绍SCON寄存器位SM0/SM1，它们用于设置工作方式：

其余SCON寄存器位的用途：

SCON寄存器位	作用
SM2	多机通信控制位。多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态，当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据（RB8）为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接收到的数据放弃。当SM2=0时，就不管第9位数据是0还是1，都会将数据送入SBUF，并发出中断申请。工作于方式0时，SM2必须为0。
REN	允许接收位。REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。
TB8	发送数据位8。在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。
RB8	接收数据位8。在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。
TI	发送中断标志位，它是可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。
RI	接收中断标志位，它是可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。

要注意的是在串口中断处理时，TI，RI都需要软件清"0"，硬件置位后不可能自动清0，此外，在进行缓冲区操作时，需要ES=0，以防止中断出现。ES寄存器位位于接下来介绍的IE寄存器。

1.2 IE寄存器

IE(Interrupt Enable)，中文叫中断允许寄存器，它的作用是控制所有中断源的开放或禁止，以及每个中断源是否被允许。

各寄存器位的作用如下：

IE寄存器位	作用
EA	EA = 0时，所有中断禁止(即不产生中断)；EA = 1时，各中断的产生由个别的允许位决定
ES	串行口RX/TX中断允许
ET1	定时器T1中断允许
EX1	外中断INT1中断允许
ET0	定时器T0中断允许
EX0	外部中断INT0中断允许

1.3 IP寄存器

IP(Interrupt Priority)，中文叫中断优先级寄存器，它是用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。

各寄存器位的作用如下：

IP寄存器位	作用
PS	串行口RX/TX中断优先
PT1	定时器T1中断优先
PX1	外中断INT1中断优先
PT0	定时器T0中断优先
PX0	外部中断INT0中断优先

除此之外，还有一个波特率有关的PCON寄存器，当然这里只用到它其中的一位。

1.4 PCON寄存器

PCON全称Power Control Register，即功率控制寄存器。

系统复位默认为SMOD=0。当SMOD=0时，串口方式1，2，3时，波特率正常；当SMOD=1时，串口方式1，2，3时，波特率加倍。

2 串行口结构

注意这里的SBUF寄存器只是逻辑上同名，但是它们物理上是分开的！另外，还需要用到TH1与TL1这种属于定时器T1的寄存器，后面会了解到它们的作用！

下面列出各个工作方式的数据传输：

① 工作方式0：

② 工作方式1：

③ 工作方式2与工作方式3：

3 波特率计算

如果你不了解什么是波特率，建议你先看这篇：
《STC89C52RC单片机额外篇 | 02 - 认识串行通信、波特率以及数据包》

下面列出基于各个工作方式的波特率计算公式，对于可变波特率的设置需要用到TH1寄存器：

当然，对于波特率，一般有几种是可供选择的，因为我们通常使用标称值：

这里我们好奇为什么晶振频率选择11.0592MHz就能减小计算误差，下面我们以9600波特率，分别代入11.0592MHz与12MHz计算一下：

我们设置定时器T1为工作模式2，SMOD 设为1，分别看看那所要求的TH1为何值。代入公式：

• 11.0592MHz

          9600＝(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1)) 
          =》TH1＝250 
  

• 12MHz

          9600＝(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1)) 
          =》TH1≈249.49 
  

4 代码

① 中断服务函数：

我们知道我们编写的C程序，函数的执行是从main主函数开始执行，现在有了中断，自然就产生一个中断服务函数：

从图中我们可以知道单片机在发生中断的时候，程序的执行过程会从主程序A跳到中断服务程序B，在执行完中断服务程序B后，会返回到之前主程序A被中断打断处继续执行程序。

那么我们如何指定中断服务程序？具体参考以下模板（对于函数名你可以随便写，当然最好贴近有意义的命名）。

外部中断0的中断服务函数：

void Int0()	interrupt 0
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器0的中断服务函数：

void Timer0()	interrupt 1
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

外部中断1的中断服务函数：

void Int1()	interrupt 2
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

定时器1的中断服务函数：

void Timer1()	interrupt 3
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

串行口的中断服务函数：

void Serial()	interrupt 4
{
	... // 中断服务程序中要执行内容
}

② 下面我们写个程序，将波特率设置为4800，把发送的数据字符"1"显示到串口调试助手SSCOM：

#include "reg52.h"			 //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

typedef unsigned int u16;	  //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;

/*******************************************************************************
* 函数名         :UartInit()
* 函数功能		 :设置串口
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/
void UartInit()
{
	SCON=0x50;			//设置为工作方式1
	TMOD=0x20;			//设置计数器工作方式2
	PCON=0x80;			//波特率加倍
	TH1=0xF3;			//计数器初始值设置，注意波特率是4800
	TL1=0xF3;
	ES=1;				//打开接收中断
	EA=1;				//打开总中断
	TR1=1;				//打开计数器
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	UartInit();  //	串口初始化
	while(1);		
}

/*******************************************************************************
 * 函数名         : Serial() interrupt 4
 * 函数功能		 : 串口通信中断函数
 * 输入           : 无
 * 输出          : 无
*******************************************************************************/
void Serial() interrupt 4
{
	u8 receiveData;

	receiveData=SBUF; //出去接收到的数据
	RI = 0;			  //清除接收中断标志位
	SBUF=receiveData; //将接收到的数据放入到发送寄存器
	while(!TI);		  //等待发送数据完成
	TI=0;			  //清除发送完成标志位
}

简要分析：

• 代码中设置波特率为4800，根据前面的表格不是应该设置TH1=0xFA;吗？根据前面的介绍，我们不难发现此处用到晶振频率肯定不是11.0592MHz，明显是使用12MHz。
• 注意这里把定时器T1设置为工作方式2——8 位自动重装模式，因此寄存器TH1与TL0的值是一样的。
• 最后附上串口调试助手的操作：