將AT89C52用作多功能外圍器件使用
關(guān)鍵詞：多功能接口 串行通信 軟件譯碼
AT89C52（簡(jiǎn)稱89C52）的廣泛使用，使單片機(jī)的價(jià)格大大下降。目前，89C52的市場(chǎng)零售價(jià)已經(jīng)低于8255、8279、8253、8250等專用接口芯片中的任何一種；而89C52的功能實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以上芯片。因此，如把89C52作為接口芯片使用，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。在本人設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，將89C52設(shè)計(jì)為多功能可編程接口，其相關(guān)程序固化在片內(nèi)的Flash ROM中。該芯片（以下簡(jiǎn)稱多功能接口）具有如下功能：①有1個(gè)專用的鍵盤/顯示接口；②有1個(gè)全雙工異步串行通信接口；③有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。這樣，1個(gè)89C52芯片，承擔(dān)了3個(gè)專用接口芯片的工作；不僅使成本大大下降，而且優(yōu)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，給用戶帶來(lái)許多方便。
1 硬件結(jié)構(gòu)
把89C52當(dāng)作接口使用，接口自身必須盡可能地少占用硬件資源，與主系統(tǒng)之間的連接線也應(yīng)盡可能少，這樣才能少占主機(jī)引腳，把更多的資源留給系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，主機(jī)與多功能接口之間采用串行通信。主機(jī)與多功能接口之間有四根連接線：CE、CLK、DAT、INTR。CE用于作片選信號(hào)輸入端。此引腳為低電平時(shí)，主機(jī)能與多功能接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。CLK為時(shí)鐘輸入端，當(dāng)主機(jī)向多功能接口發(fā)送指令時(shí)，此引腳電平上升表示數(shù)據(jù)有效。DAT為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。INTR為多功能接口輸出端。當(dāng)多功能接口內(nèi)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，由INTR向主機(jī)發(fā)低電平，通知主機(jī)，數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行讀操作。該信號(hào)可供主機(jī)查詢，也可用作發(fā)向主機(jī)的中斷請(qǐng)求信號(hào)。
89C52的P0、P1、P2口用作鍵盤/顯示接口。用程序掃描的方法進(jìn)行鍵盤輸入和顯示輸出。P0口作為字段口，P1口作為鍵盤的列輸入口，P2作為顯示器的字位口以及鍵盤的行掃描輸出口。由于顯示器字位口電流較大，P2口需進(jìn)行電流驅(qū)動(dòng)。該多功能接口最多可連接8個(gè)LED顯示器和1個(gè)8×8鏈盤矩陣。其硬件原理如圖1所示。
P3.2、P3.3、P3.6、P3.7分別用作CE、CLK、DAT和INTR信號(hào)；而P3.0、P3.1用作異步串行通信數(shù)據(jù)線RXD和TXD；P3.4、P3.5分別是OUT0/T0和OUT1/T1信號(hào)線。該引腳在定時(shí)器工作于連續(xù)脈沖方式時(shí)，可輸出通斷比與頻率可編程的連續(xù)脈沖；工作在計(jì)數(shù)器方式時(shí)，該引腳作為外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端輸入計(jì)數(shù)脈沖。
圖1
2 通信協(xié)議
實(shí)現(xiàn)多功能接口的關(guān)鍵是主機(jī)和多功能接口之間的通信。在本設(shè)計(jì)中，采用主從方式進(jìn)行通信，所有的操作都由主機(jī)發(fā)出操作指令。多功能接口在收到主機(jī)發(fā)來(lái)的操作指令后，對(duì)操作碼進(jìn)行軟件譯碼。根據(jù)操作碼的內(nèi)容轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作通道，并從操作數(shù)部分獲取所需要的數(shù)據(jù)。
多功能接口采用串行方式與主機(jī)通信。串行數(shù)據(jù)從DAT引腳送入芯片，并由CLK端同步。當(dāng)片選信號(hào)CE變低后，DAT引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入多功能接口的寄存器中。
串行接口的時(shí)序如圖2所示。
圖2
由于多功能接口接收指令的工作用軟件進(jìn)行，因此，圖中的t1、t2、t3、t4、t5時(shí)間較長(zhǎng)，要求t1-t4時(shí)間在10μs～1000μs。指令有兩類：一類寫指令，一類是讀指令。寫指令中不管是操作碼還是操作數(shù)，其數(shù)據(jù)傳送方向均為從主機(jī)到多功能接口；而對(duì)讀指令來(lái)講，操作碼部分的數(shù)據(jù)方向是從主機(jī)到多功能接口，而操作數(shù)部分的數(shù)據(jù)方向是從多功能接口到主機(jī)。
t5是讀指令中操作碼與操作數(shù)之間需要的時(shí)間間隔，t5應(yīng)在30μs～1000μs的范圍。在讀操作時(shí)，CLK時(shí)鐘的上升沿來(lái)到時(shí)，多功能接口將數(shù)據(jù)送到DAT引腳上。
3 指令編碼
多功能接口共有13條指令。指令長(zhǎng)度為1字節(jié)、2字節(jié)、3字節(jié)和4字節(jié)不等。
（1）復(fù)位指令
機(jī)器碼為00H。當(dāng)多功能接口收到復(fù)位指令后，所有字符消隱，所有定時(shí)器清零，定時(shí)中斷和串行中斷關(guān)閉。其狀態(tài)與系統(tǒng)上電復(fù)位的情況相似。
（2）顯示數(shù)據(jù)指令
該指令向多功能接口的顯示緩沖器中發(fā)送顯示數(shù)據(jù)。這是一個(gè)2字節(jié)指令，其指令編碼如下：
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| dip | 0 | 0 | 0 | d3 | d2 | d1 | d0 |
其中dip為小數(shù)點(diǎn)控制位，a2、a1、a0為位地址，d3、d2、d1、d0為待顯示的字符，其格式如表1、2所列。
（3）閃爍指令
該指令控制各個(gè)數(shù)碼管的閃爍屬性。d7～d0分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管1～8，1為閃爍，0為不閃爍。
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
（4）循環(huán)左移指令
指令碼為11H。該指令將所有顯示從左向右移動(dòng)1位。
表1
| a2 | a1 | a0 | 顯示位 |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 2 |
| 0 | 1 | 0 | 3 |
| 0 | 1 | 1 | 4 |
| 1 | 0 | 0 | 5 |
| 1 | 0 | 1 | 6 |
| 1 | 1 | 0 | 7 |
| 1 | 1 | 1 | 8 |
表2
| d3 | d2 | d1 | d0 | 顯示字符 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 3 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 4 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 5 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 6 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 7 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 9 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | - |
| 1 | 0 | 1 | 1 | H |
| 1 | 1 | 0 | 0 | L |
| 1 | 1 | 0 | 1 | P |
| 1 | 1 | 1 | 0 | E |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 空 |
（5）循環(huán)右移指令
指令碼為12H。該指令將所有顯示從右向左移動(dòng)1位。
（6）讀鍵盤指令
指令為2字節(jié)指令，操作數(shù)為讀到的鍵值。各鍵盤的鍵值如圖1所示。該指令格式如下：
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
(7)連續(xù)脈沖輸出指令
該指令對(duì)定時(shí)器進(jìn)行編程。使OUT0/OUT1輸出連續(xù)脈沖，脈沖的通斷比和頻率可以通過(guò)編程設(shè)定。其指令為4，格式如下：
第1字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1/0 |
第2字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| M3 | M2 | M1 | M0 | N3 | N2 | N1 | N0 |
第3字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| f15 | f14 | f13 | f12 | f11 | f10 | f9 | F8 |
第4字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| f7 | f6 | f5 | f4 | f3 | f2 | f1 | f0 |
其中M：N是脈沖的通斷比，M或N的設(shè)置范圍是1～10。f15～f0是頻率設(shè)置，其設(shè)置范圍是1～9999Hz。采用BCD碼設(shè)置。指令操作碼中，D0設(shè)置定時(shí)器0或定時(shí)器1工作。
（8）定時(shí)器方式指令
該指令為3字節(jié)指令。操作碼為22H、23H，其中D0位確定對(duì)定時(shí)器0還是定時(shí)器1進(jìn)行操作。第2、第3字節(jié)為定時(shí)時(shí)間。
（9）計(jì)數(shù)器方式指令
該指令為3字節(jié)指令。操作碼為24H、25H，其中D0位確定對(duì)定時(shí)器0還是定時(shí)器1進(jìn)行操作。第2、第3字節(jié)為計(jì)數(shù)初值。
（10）讀計(jì)數(shù)器指令
為3字節(jié)指令。操作碼為26H、27H，第2、第3字節(jié)為從計(jì)數(shù)器讀到的計(jì)數(shù)值。操作碼的D0位確定對(duì)計(jì)數(shù)器0還是計(jì)數(shù)器1進(jìn)行操作。通過(guò)該指令讀以16位計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值。
（11）串行發(fā)送指令
該指令對(duì)異步串行通信進(jìn)行初始化，其指令格式如下：
第1字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | a2 | a1 | a0 |
表2字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| b1 | b0 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
第3字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
第4字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
串行通信采用批傳送的方法進(jìn)行。每條指令傳送1個(gè)數(shù)據(jù)幀。指令中，第1、第2字節(jié)用來(lái)進(jìn)行串行通信初始化，第3字節(jié)以后是發(fā)送的各個(gè)數(shù)據(jù)。b1、b0用來(lái)確定奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)還是不校驗(yàn)。第2字節(jié)的操作數(shù)d5、d4、d3、d2、d1、d0用來(lái)設(shè)定該幀數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，最多1幀可發(fā)送64個(gè)字符。a2、a1、a0設(shè)定串行通信的波特率。其波特率如表3所列。
表3
| a2 a1 a0 | 波特率/baud |
| 0 0 0 | 110 |
| 0 0 1 | 150 |
| 0 1 0 | 300 |
| 0 1 1 | 600 |
| 1 0 0 | 1200 |
| 1 0 1 | 2400 |
| 1 1 0 | 4800 |
| 1 1 1 | 9600 |
（12）串行接收指令
指令格式如下：
第1字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | a2 | a1 | a0 |
第2字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| b1 | b0 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
第3字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
第4字節(jié)
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| d7 | d6 | d5 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
指令編碼與串行發(fā)送送似，第3字節(jié)之后為接收到的數(shù)據(jù)。
（13）讀狀態(tài)指令
指令格式如下：
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 0 | 0 | 0 | d4 | d3 | d2 | d1 | d0 |
在鍵盤輸入、計(jì)數(shù)器回等或串行通信中斷時(shí)，多功能接口將向INTR發(fā)出負(fù)脈沖，主機(jī)在響應(yīng)后應(yīng)發(fā)讀狀態(tài)指令，查詢狀態(tài)標(biāo)志，確定是哪個(gè)狀態(tài)標(biāo)志動(dòng)作。其中d0為鍵盤輸入標(biāo)志，d1為計(jì)數(shù)器0回零動(dòng)作。d2為計(jì)數(shù)器1回零標(biāo)志。d3為串行接收結(jié)束標(biāo)志，d4為串行發(fā)送結(jié)束標(biāo)志。
4 多功能接口的軟件設(shè)計(jì)
在主程序中進(jìn)行顯示掃描和鍵盤掃描，如有鍵盤輸入，則找出鍵盤矩陣的鍵號(hào)。鍵號(hào)存入鍵值寄存器，并置位狀態(tài)標(biāo)志，同時(shí)發(fā)出INTR負(fù)脈沖，通知主機(jī)來(lái)取鍵值。
主機(jī)通過(guò)指令對(duì)多功能接口進(jìn)行操作。主機(jī)首先要將CE置0。該下降沿通過(guò)P3.2向多功能接口發(fā)出外部中斷。在中斷服務(wù)程序中，多功能接口進(jìn)行取指和譯碼操作，并通過(guò)散轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理通道。則中斷返回。至此，一條指令的取指-譯碼-執(zhí)行的過(guò)程才告結(jié)束。程序回到主循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行顯示掃描和鍵盤掃描。
所謂取指操作實(shí)際上就是多功能接口與主機(jī)進(jìn)行通信的過(guò)程。由于采取軟件進(jìn)行通信，t1、t2、t3、t4、t5的寬度有一定的范圍。
在接收到主機(jī)的操作指令后，多功能接口與外設(shè)的串行通信及有關(guān)定時(shí)器的操作采用中斷方式進(jìn)行。在中斷結(jié)束時(shí)，置位狀態(tài)標(biāo)志，并向主機(jī)發(fā)INTR負(fù)脈沖。該負(fù)脈沖可供主機(jī)查詢，也可作為向主機(jī)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。完成以上工作后，返回主程序。
89C52有三個(gè)定時(shí)器，其中T2在中串行通信時(shí)間來(lái)作為串行通信的波特率發(fā)生器。這樣T0和T1就可以出借給用戶作定時(shí)器內(nèi)。T2在波特率發(fā)生器方式時(shí)，可置位T2CON寄存器中的TCLK位或RCLK位。在TH2、TL2中裝入計(jì)數(shù)初值，使T2從這個(gè)初值開(kāi)始計(jì)數(shù)，但并不置位FT2。RCAR2H和RCAP2L中的常數(shù)由軟件設(shè)定后，T2的溢出率是嚴(yán)格不變的，因而使串行通信的波特率非常穩(wěn)定。
5 應(yīng)用實(shí)例
在本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）中，給出主機(jī)為AT89C52時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。程序的功能為等待鍵盤輸入，然后將所讀到的鍵盤碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后送LED數(shù)碼管顯示。
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