《單片機(jī)原理及應(yīng)用》第七章 89C51串行口及串行通信技術(shù)

.,第7章89C51串行口及串行通信技術(shù),教學(xué)目標(biāo)串行通信基本知識(shí)串行口及應(yīng)用89C51與89C51點(diǎn)對(duì)點(diǎn)異步通信89C51與PC機(jī)間通信軟件的設(shè)計(jì),.,7.1串行通信基本知識(shí),在實(shí)際工作中，計(jì)算機(jī)的CPU與外部設(shè)備之間常常要進(jìn)行信息交換，一臺(tái)計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信。通信方式有兩種，即并行通信和串行通信。通常根據(jù)信息傳送的距離決定采用哪種通信方式。例如，PC機(jī)與外部設(shè)備（如打印機(jī)等）通信時(shí)，如果距離小于30m，可采用并行通信方式；當(dāng)距離大于30m時(shí)，則要采用串行通信方式。89C51單片機(jī)具有并行和串行二種基本通信方式。,.,并行通信,并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送（發(fā)送或接收）的通信方式。優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。例如，右圖89C51單片機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送就屬于并行通信。,.,串行通信,串行通信指數(shù)據(jù)是一位(bit)一位按順序傳送的通信方式。優(yōu)點(diǎn)：只需一對(duì)傳輸線（利用電話線就可作為傳輸線），大大降低了傳送成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信；缺點(diǎn)：傳送速度較低。假設(shè)并行傳送N位數(shù)據(jù)所需時(shí)間為T，那么串行傳送的時(shí)間至少為NT，實(shí)際上總是大于NT。,.,串行通信的傳輸方式,串行通信的傳輸方式通常有三種：?jiǎn)蜗颍ɑ騿喂ぃ┓绞?，只允許數(shù)據(jù)向一個(gè)方向傳送；半雙向（或半雙工）方式，允許數(shù)據(jù)向兩個(gè)方向中的任一方向傳送，但每次只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送；全雙向（或全雙工）方式，允許同時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對(duì)單向配置，它要求兩端的通信設(shè)備都具有完整和獨(dú)立的發(fā)送和接受能力。,.,串行通信中的數(shù)據(jù)傳送方式,.,異步通信和同步通信,串行通信有兩種基本通信方式，即異步通信和同步通信。異步通信在異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀（包括一個(gè)字符代碼或一字節(jié)數(shù)據(jù)）傳送的。在幀格式中，一個(gè)字符由四個(gè)部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。首先是一個(gè)起始位（0），然后是58位數(shù)據(jù)（規(guī)定：低位在前，高位在后），接下來(lái)是奇偶校驗(yàn)位（可省略），最后是停止位（1）。,.,異步通信數(shù)據(jù)格式,(b)有空閑位,.,異步串行通信協(xié)議起始位（0）信號(hào)只占一位，用來(lái)通知接收設(shè)備一個(gè)待接收的字符開始到達(dá)。線路上在不傳送字符時(shí)應(yīng)保持為1。接收端不斷檢測(cè)線路的狀態(tài)，若連續(xù)為1以后又測(cè)到一個(gè)0，就知道發(fā)來(lái)一個(gè)新字符，應(yīng)馬上準(zhǔn)備接收。字符的起始位還被用作同步接收端的時(shí)鐘，以保證以后的接收能正確進(jìn)行。起始位后面緊接著是數(shù)據(jù)位，它可以是5位（D0-D4）、6位、7位或8位（D0-D7）。若所傳字符為ASCII碼，則常取7位。奇偶校驗(yàn)（D8）只占一位，但在字符中也可以規(guī)定不用奇偶校驗(yàn)位，則這一位可省去。也可用這一位（1/0）來(lái)確定這一幀中的字符所代表信息的性質(zhì)（地址/數(shù)據(jù)等）。停止位用來(lái)表征字符的結(jié)束，它一定是高電位（邏輯1）。停止位可以是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已傳送完畢，同時(shí)，也為接收下一個(gè)字符做好準(zhǔn)備。只要再接收到0，就是新的字符的起始位。若停止位以后不是緊接著傳送下一個(gè)字符，則使線路電平保持為高電平（邏輯1）。,.,同步通信,同步通信中，在數(shù)據(jù)開始傳送前用同步字符來(lái)指示（常約定1個(gè)-2個(gè)），并由時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，即檢測(cè)到規(guī)定的同步字符后，下面就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)，直到通信告一段落。同步傳送時(shí)，字符與字符之間沒(méi)有間隙，也不用起始位和停止位，僅在數(shù)據(jù)塊開始時(shí)用同步字符SYNC來(lái)指示。,.,同步通信,同步字符的插入可以是單同步字符方式或雙同步字符方式，然后是連續(xù)的數(shù)據(jù)塊。同步字符可以由用戶約定，也可采用ASCII碼中規(guī)定的SYNC代碼，即16H。按同步方式通信時(shí)，先發(fā)送同步字符，接收方檢測(cè)到同步字符后，即準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。在同步傳送時(shí)，要求用時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步。為了保證接收正確無(wú)誤，發(fā)送方除了傳送數(shù)據(jù)外，還要同時(shí)傳送時(shí)鐘信號(hào)。同步傳送可以提高傳輸速率（達(dá)56kb/s或更高），但硬件比較復(fù)雜。,.,波特率（Baudrate）,波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率，表示每秒鐘傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)，它的單位是b/s(bitspersecond)。假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120字符/s，而每個(gè)字符包含的代碼位有：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位。這時(shí)，傳送的波特率為：10b/字符120字符/s1200b/s每一位代碼的傳送時(shí)間Td為波特率的倒數(shù)。Td1/12000.833ms異步通信的傳送速率在50b/s19200b/s之間，常用于計(jì)算機(jī)到終端機(jī)和打印機(jī)之間的通信、直通電報(bào)以及無(wú)線電通信的數(shù)據(jù)發(fā)送等。,.,串行通信的過(guò)程,1、串并轉(zhuǎn)換與設(shè)備同步兩個(gè)通信設(shè)備在串行線路上成功地實(shí)現(xiàn)通信必須解決兩個(gè)問(wèn)題：1）串并轉(zhuǎn)換，即如何把要發(fā)送的并行數(shù)據(jù)串行化，把接收的串行數(shù)據(jù)并行化；2）設(shè)備同步，即發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備的工作節(jié)拍同步，以確保發(fā)送數(shù)據(jù)在接收端被正確讀出。,.,1、串并轉(zhuǎn)換與設(shè)備同步,1）串并轉(zhuǎn)換串行通信是將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，將其通過(guò)一根通信線傳送；并將接收的串行數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中。在計(jì)算機(jī)串行發(fā)送數(shù)據(jù)之前，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)被送入移位寄存器并一位一位地輸出，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)。如圖7-5所示。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，來(lái)自通信線路的串行數(shù)據(jù)被壓入移位寄存器，滿8位后并行送到計(jì)算機(jī)內(nèi)部。如圖7-6所示。在串行通信控制電路中，串-并、并-串轉(zhuǎn)換邏輯被集成在串行異步通信控制器芯片中。89C51單片機(jī)的串行口和IBM-PC相同。,.,圖7-5,.,圖7-6,.,2）設(shè)備同步進(jìn)行串行通信的兩臺(tái)設(shè)備必須同步工作才能有效地檢測(cè)通信線路上的信號(hào)變化，從而采樣傳送數(shù)據(jù)的脈沖。設(shè)備同步對(duì)通信雙方有兩個(gè)共同要求：通信雙方必須采用統(tǒng)一的編碼方法；通信雙方必須能產(chǎn)生相同的傳送速率。采用統(tǒng)一的編碼方法確定了一個(gè)字符二進(jìn)制表示值的位發(fā)送順序和位串長(zhǎng)度，當(dāng)然還包括統(tǒng)一的邏輯電平規(guī)定，即電平信號(hào)高低與邏輯1和邏輯0的固定對(duì)應(yīng)關(guān)系。通信雙方只有產(chǎn)生相同的傳送速率，才能確保設(shè)備同步，這就要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備采用相同頻率的時(shí)鐘。發(fā)送設(shè)備在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖上發(fā)出數(shù)據(jù)，接收設(shè)備才能正確檢測(cè)出與時(shí)鐘脈沖同步的數(shù)據(jù)信息。,.,7.289C51串行口及應(yīng)用,89C51單片機(jī)除具有4個(gè)8位并行口外，還具有串行接口。此串行接口是一個(gè)全雙工串行通信接口，即能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它可以作UART（通用異步接收和發(fā)送器）用，也可以作同步移位寄存器用。使用串行接口可以實(shí)現(xiàn)89C51單片機(jī)系統(tǒng)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單機(jī)通信和89C51與系統(tǒng)機(jī)（如IBM-PC機(jī)等）的單機(jī)或多機(jī)通信。,.,串行口結(jié)構(gòu),89C51通過(guò)引腳RXD（P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端）和引腳TXD（P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進(jìn)行通信。有兩個(gè)物理獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。串行發(fā)送與接收的速率與移位時(shí)鐘同步。89C51用定時(shí)器T1作為串行通信的波特率發(fā)生器，T1溢出率經(jīng)2分頻（或不分頻）后又經(jīng)16分頻作為串行發(fā)送或接收的移位脈沖。移位脈沖的速率即是波特率。,.,串行口結(jié)構(gòu),串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖,.,從圖中可看出，接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，在前一個(gè)字節(jié)被從接收緩沖器SBUF讀出之前，第二個(gè)字節(jié)即開始被接收（串行輸入至移位寄存器），但是，在第二個(gè)字節(jié)接收完畢而前一個(gè)字節(jié)CPU未讀取時(shí)，會(huì)丟失前一個(gè)字節(jié)。（出現(xiàn)溢出錯(cuò)誤）串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名義進(jìn)行讀或?qū)懙摹．?dāng)向SBUF發(fā)“寫”命令時(shí)（執(zhí)行“MOVSBUF,A”指令），即是向發(fā)送緩沖器SBUF裝載并開始由TXD引腳向外發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送完便使發(fā)送中斷標(biāo)志位TI=1。在滿足串行口接收中斷標(biāo)志位RI（SCON.0）=0的條件下，置允許接收位REN（SCON.4）=1就會(huì)接收一幀數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器，并裝載到接收SBUF中，同時(shí)使RI=1。當(dāng)發(fā)讀SBUF命令時(shí)（執(zhí)行“MOVA,SBUF”命令），便由接收緩沖器（SBUF）取出信息通過(guò)89C51內(nèi)部總線送CPU。對(duì)于發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤，一般不需要用雙緩沖器結(jié)構(gòu)來(lái)保持最大傳送速率。,.,串行口控制字及控制寄存器,89C51串行口是可編程接口，對(duì)它初始化編程只用兩個(gè)控制字分別寫入特殊功能寄存器SCON（98H）和電源控制寄存器PCON（87H）中即可。（1）SCON（98H）89C51串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標(biāo)志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示。,.,串行口控制寄存器SCON,.,SCON（98H）,SM0和SM1（SCON.7，SCON.6）串行口工作方式選擇位。兩個(gè)選擇位對(duì)應(yīng)4種通信方式，如下表所示。其中，fosc是振蕩頻率。,.,SM2（SCON.5）多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。若置SM2=1，則允許多機(jī)通信。當(dāng)一片89C51（主機(jī)）與多片89C51（從機(jī)）通信時(shí)，所有從機(jī)的SM2位都置1。主機(jī)首先發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)為地址，即從機(jī)機(jī)號(hào)，其中第9位為1，所有的從機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將其中第9位裝入RB8中。各個(gè)從機(jī)根據(jù)收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8中）的值來(lái)決定從機(jī)可否再接收主機(jī)的信息。若（RB8）0，說(shuō)明是數(shù)據(jù)幀，則使接收中斷標(biāo)志位RI0，信息丟失；若（RB8）1，說(shuō)明是地址幀，數(shù)據(jù)裝入SBUF并置RI1，中斷所有從機(jī)，被尋址的目標(biāo)從機(jī)清除SM2以接收主機(jī)發(fā)來(lái)的一幀數(shù)據(jù)。其他從機(jī)仍然保持SM21。若SM2=0，即不屬于多機(jī)通信情況，則接收一幀數(shù)據(jù)后，不管第9位數(shù)據(jù)是0還是1，都置RI=1，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF。根據(jù)SM2這個(gè)功能，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)89C51應(yīng)用系統(tǒng)的串行通信。在方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1，以便接收下一幀數(shù)據(jù)。在方式0時(shí)，SM2必須是0。,.,REN(SCON.4)允許接收控制位。由軟件置1或清0，只有當(dāng)REN1時(shí)才允許接收，相當(dāng)于串行接收的開關(guān)；若REN0，則禁止接收。在串行通信接收控制過(guò)程中，如果滿足RI0和REN1(允許接收)的條件，就允許接收，一幀數(shù)據(jù)就裝載入接收SBUF中。TB8(SCON.3)發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位(D8)裝入TB8中。在方式2或方式3中，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的需要由軟件置位或復(fù)位。在許多通信協(xié)議中可用作奇偶校驗(yàn)位，也可在多機(jī)通信中作為發(fā)送地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。對(duì)于后者，TB81，說(shuō)明該幀數(shù)據(jù)為地址；TB80，說(shuō)明該幀數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)字節(jié)。在方式0或方式1中，該位未用。,.,RB8（SCON.2）接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式2或方式3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)放在RB8位。它或是約定的奇/偶校驗(yàn)位，或是約定的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在方式2和方式3多機(jī)通信中，若SM21，如果RB81，說(shuō)明收到的數(shù)據(jù)為地址幀。在方式1中，若SM20（即不是多機(jī)通信情況），RB8中存放的是已接收到的停止位。在方式0中，該位未用。TI（SCON.1）發(fā)送中斷標(biāo)志。在一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完時(shí)被置位。在方式0串行發(fā)送第8位結(jié)束或其他方式串行發(fā)送到停止位的開始時(shí)由硬件置位，可用軟件查詢。它同時(shí)也申請(qǐng)中斷，TI置位意味著向CPU提供“發(fā)送緩沖器SBUF已空”的信息，CPU可以準(zhǔn)備發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。串行口發(fā)送中斷被響應(yīng)后，TI不會(huì)自動(dòng)清0，必須由軟件清0。,.,RI（SCON.0）接收中斷標(biāo)志。在接收到一幀有效數(shù)據(jù)后由硬件置位。在方式0中，當(dāng)接受到數(shù)據(jù)的第8位時(shí)，由硬件置位；在其他三種方式中，當(dāng)接收到停止位中間時(shí)由硬件置位。RI1，申請(qǐng)中斷，表示一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束，并已裝入接收SBUF中，要求CPU取走數(shù)據(jù)。CPU響應(yīng)中斷，取走數(shù)據(jù)。RI也必須由軟件（指令）清0，清除中斷申請(qǐng)，并準(zhǔn)備接收下一幀數(shù)據(jù)。串行發(fā)送中斷標(biāo)志TI和接收中斷標(biāo)志RI是同一個(gè)中斷源，CPU事先不知道是發(fā)送中斷TI還是接收中斷RI產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求，所以，在全雙工通信時(shí)，必須由軟件來(lái)判別。復(fù)位時(shí)，SCON所有位均清0。,.,（2）PCON（87H）,電源控制寄存器PCON中只有SMOD位與串行口工作有關(guān)。復(fù)位時(shí)，SMOD0。,.,串行通信工作方式,根據(jù)實(shí)際需要，89C51串行口可設(shè)置4種工作方式，可有8位、10位或11位幀格式。方式0：以8位數(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。方式0為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常用于擴(kuò)展I/O口。串行數(shù)據(jù)通過(guò)RXD輸入或輸出，而TXD用于輸出移位時(shí)鐘，作為外接部件的同步信號(hào)。其幀格式如下：,.,方式0的應(yīng)用,例如，74LS164可用于擴(kuò)展并行輸出口，74LS165可用于擴(kuò)展輸入口。在這種方式下，收/發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在前，無(wú)起始位、奇偶校驗(yàn)位及停止位，波特率是固定的。,.,74LS164功能概述74LS164是8位串行輸入平行輸出的移位寄存器；其中：Q0Q7為并行輸出端；DSA、DSB是串行輸入端。MR是清除端，為0時(shí)，輸出清零。CP為時(shí)鐘輸入端。當(dāng)DSA、DSB任一輸入端為低電平時(shí)，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端CP脈沖上升沿作用下Q0為低電平。DSA、DSB有一個(gè)為高電平時(shí)，則允許另一個(gè)輸入數(shù)據(jù)，并在CP脈沖上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時(shí)鐘(CP)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入數(shù)據(jù)到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與。主復(fù)位(MR)輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。,.,方式1:以10位為一幀傳輸，設(shè)有1個(gè)起始位（0），8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位（1）。真正用于串行發(fā)送或接收,TXD與RXD分別用于發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。在接收時(shí)，停止位進(jìn)入SCON的RB8，此方式的傳送波特率可調(diào)。其幀格式為：,.,方式1的發(fā)送過(guò)程在TI=0的情況下(表示串行口發(fā)送控制電路處于空閑狀態(tài))，任何寫緩沖器SBUF指令，如“MOVSBUF,A”，會(huì)觸發(fā)串行發(fā)送過(guò)程：51機(jī)的串行口自動(dòng)在8個(gè)數(shù)據(jù)位的前、后分別添加1位起始位和停止位，構(gòu)成10位信息幀，按設(shè)定的波特率依次送出。當(dāng)8位數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后（即開始發(fā)送停止位）時(shí)，串行口自動(dòng)將中斷標(biāo)志TI置1。TI標(biāo)志可用來(lái)查詢發(fā)送過(guò)程是否完成。在中斷處于開放狀態(tài)下，TI有效時(shí)，將產(chǎn)生串行中斷。方式1的接收過(guò)程在接收中斷標(biāo)志RI=0（串行口接收緩沖器SBUF處于空閑）情況下，當(dāng)REN位置1時(shí)，串行口處于接收狀態(tài)。按設(shè)定的波特率依次讀出數(shù)據(jù)位和停止位。在接收到第9數(shù)據(jù)位（即停止位時(shí)），接收電路必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：RI=0和SM2=0或接收到的停止位為“1”，才能把接收到的內(nèi)容存入接收緩沖器SBUF中，把停止位送入RB8中，并將RI置1和發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求（若中斷開放）。否則，這次收到的數(shù)據(jù)將被舍去，而這是不被允許的。RI標(biāo)志可用來(lái)查詢接收過(guò)程是否完成。在方式1下，SM2應(yīng)設(shè)為0。,.,方式2和方式3（兩種方式唯一的區(qū)別是方式2的波特率固定，方式2和方式3的發(fā)送、接收時(shí)序與方式1類似，只是增加了一位第9位）：以11位為1幀傳輸，設(shè)有1位起始位（0），8位數(shù)據(jù)位，1位可編程的第9位和1位停止位（1）。發(fā)送前，第9位數(shù)據(jù)位（D8）存放在TB8中，由軟件置1或清0。也可將奇偶位裝入TB8，從而進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。發(fā)送時(shí)串行口能自動(dòng)把TB8取出，并裝入到第9位數(shù)據(jù)位的位置，再逐一發(fā)送出去。如指令“SETBTB8”將D8置1。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0，或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)位送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無(wú)效，也不置位RI。其幀格式為：,.,波特率設(shè)計(jì),方式0：波特率=fosc/12，方式2：SMOD=0時(shí)，波特率=fosc/64；SMOD=1時(shí)，波特率=fosc/32。方式1，方式3：波特率=T1溢出率/n當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；SMOD=1時(shí)，n=16。所以，可用下式確定方式1和方式3的波特率：方式1、方式3波特率=2SMOD/32(T1溢出速率)其中，T1溢出速率取決于T1的計(jì)數(shù)速率（計(jì)數(shù)速率=fosc/12）和T1預(yù)置的初值。若定時(shí)器T1采用模式2時(shí)，波特率公式如下：方式1、方式3波特率=2SMOD/32(fosc/12)/(256-初值),.,定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器時(shí)，通常選用定時(shí)器模式2（自動(dòng)重裝初值定時(shí)器）比較實(shí)用。要設(shè)置定時(shí)器T1為定時(shí)方式（使C/T=0），讓T1計(jì)數(shù)內(nèi)部振蕩脈沖，即計(jì)數(shù)速率為fosc/12（注意應(yīng)禁止T1中斷，以免溢出而產(chǎn)生不必要的中斷）。先設(shè)定TH1和TL1的計(jì)數(shù)初值為X，那么每過(guò)“256-X”個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器T1就會(huì)產(chǎn)生一次溢出。因此，T1溢出速率為T1溢出速率=(fosc/12)/(256-X),.,波特率計(jì)算舉例,89C51單片機(jī)時(shí)鐘振蕩頻率為11.0592MHz，選用定時(shí)器T1工作模式2作為波特率發(fā)生器，波特率為2400b/s，求初值。解：設(shè)置波特率控制為(SMOD)=02400=2SMOD/32(fosc/12)/(256-初值)所以，(TH1)=(TL1)=F4H。,.,常用波特率與其它參數(shù)選取關(guān)系,.,串行口方式1的發(fā)送和接收,例2：89C51串行口按全雙工方式收、發(fā)ASCII字符，最高位用來(lái)作奇偶校驗(yàn)位，采用奇校驗(yàn)方式，要求傳送的波特率為1200b/s。編寫有關(guān)的通信程序。解：7位ASCII碼加1位奇校驗(yàn)位共8位數(shù)據(jù)，故可采用串行口方式1。89C51單片機(jī)的奇偶校驗(yàn)位P：當(dāng)累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P=1，否則，P=0。如果直接把P的值放入ASCII碼的最高位，恰好成了偶校驗(yàn)，與要求不符。因此，要把P的值取反后放入ASCII碼最高位，才是要求的奇校驗(yàn)。,.,雙工通信要求收、發(fā)能同時(shí)進(jìn)行。實(shí)際上，收、發(fā)操作主要是在串行接口進(jìn)行，CPU只是把數(shù)據(jù)從接收緩沖器讀出和把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器。數(shù)據(jù)傳送用中斷方式進(jìn)行，響應(yīng)中斷以后，通過(guò)檢測(cè)是RI置位還是TI置位來(lái)決定CPU是進(jìn)行發(fā)送操作還是接收操作。發(fā)送和接收都通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)完成，設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的首地址為20H，接收數(shù)據(jù)區(qū)的首地址為40H，fosc為6MHz，通過(guò)查波特率初值（表7-2）可知定時(shí)器的初裝值為F3H。定時(shí)器T1采用工作模式2，可避免計(jì)數(shù)溢出后用軟件重裝定時(shí)初值的工作。,.,串行口初始化編程步驟,在串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1，串行口控制寄存器SCON和中斷控制器IE，步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1;啟動(dòng)T1（編程TCON中的TR1位）確定串行口控制（編程SCON寄存器）串行口工作在中斷方式時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）,.,主程序清單：ORG0000HAJMPSTARTORG0023H;串行口中斷入口AJMPSBR1;轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序ORG0030HSTART:MOVTMOD,#20H;定時(shí)器1設(shè)為模式2MOVTL1,#0F3H;定時(shí)器初值MOVTH1,#0F3H;8位重裝值SETBTR1;啟動(dòng)定時(shí)器1MOVSCON,#50H;設(shè)置為方式1，；REN=1MOVR0,#20H;發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址MOVR1,#40H;接收數(shù)據(jù)區(qū)首址ACALLSOUT;先輸出一個(gè)字符SETBESSETBEASJMP$;等待中斷,中斷服務(wù)子程序ORG0100HSBR1:JNBRI,SEND;RI=0,為發(fā)送中斷ACALLSIN;否則，RI=1，為接；收中斷SJMPNEXT;轉(zhuǎn)至統(tǒng)一的出口SEND:ACALLSOUT;調(diào)用發(fā)送子程序NEXT:RETI;中斷返回,.,發(fā)送子程序SOUT:CLRTIMOVA，R0;取發(fā)送數(shù)據(jù)到AMOVC，P;奇偶標(biāo)識(shí)賦予CCPLC;奇校驗(yàn)MOVACC.7，C;ACC.7補(bǔ)0或1MOVSBUF，A;發(fā)送ASCII碼INCR0;修改發(fā)送數(shù)據(jù)指針RET;返回,接收子程序SIN:CLRRIMOVA,SBUF;讀出接收緩沖區(qū)內(nèi)容MOVC,P;取出校驗(yàn)位,P=1CPLC;奇校驗(yàn)JCERRORANLA,#7FH;刪去校驗(yàn)位MOVR1,A;讀入接收緩沖區(qū)INCRI;修改接收數(shù)據(jù)指針SJMPSIN_1ERROR:;出錯(cuò)處理，略SIN_1:RET;返回END,.,采用查詢方式由串行口發(fā)送帶奇偶校驗(yàn)位的數(shù)據(jù)塊。例3：設(shè)從內(nèi)部RAM單元30H-4FH取出ASCII碼數(shù)據(jù)，在最高位上加偶校驗(yàn)位后由串行口發(fā)出。采用10位異步通信方式，波特率為1200b/s，fosc=11.059MHz。由要求可知，應(yīng)把串行口設(shè)置為方式1，采用定時(shí)器1模式2作為波特率發(fā)生器，預(yù)置值（TH1）=0E8H。,.,主程序；MOVTMOD,#20H;設(shè)置定時(shí)器1為模式2MOVTL1,#0E8H;初值，波特率為1200b/sMOVTH1,#0E8HSETBTR1;啟動(dòng)T1運(yùn)行MOVSCON,#01000000B;設(shè)置串行口為方式1MOVR0,#30H;設(shè)置數(shù)據(jù)塊起始地址MOVR7,#32;設(shè)置數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度LOOP:MOVA,R0ACALLS-OUT;調(diào)用發(fā)送子程序INCR0DJNZR7,LOOP,.,串行口發(fā)送子程序（偶校驗(yàn)）；S-OUT:MOVC,PSW.0;設(shè)置偶校驗(yàn)位MOVACC.7,C;ACC.7補(bǔ)0或1MOVSBUF,A;啟動(dòng)串行口發(fā)送過(guò)程JNBTI,$;等待發(fā)送完CLRTI;清TI標(biāo)志，允許再發(fā)送RETEND,.,串行口方式2和方式3的發(fā)送和接收,串行口方式2與方式3基本一樣（只是波特率設(shè)置不同），接收/發(fā)送11位信息：開始為1位起始位（0），中間8位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位之后為1位程控位（由用戶置SCON的TB8決定），最后是1位停止位（1）。只比方式1多了一位程控位。,.,例4：設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)送程序，將片內(nèi)RAM50H5FH中的數(shù)據(jù)串行發(fā)送；串行口設(shè)定為方式2，TB8作奇偶校驗(yàn)位。在數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器之前，先將數(shù)據(jù)的奇偶位P寫入TB8，這時(shí)，第9位數(shù)據(jù)作奇偶校驗(yàn)用。,.,程序清單如下：TRT:MOVSCON,#80H;方式2設(shè)定MOVPCON,#80H;取波特率為fosc/32MOVR7,#10H;數(shù)據(jù)長(zhǎng)度10HR7LOOP:MOVA,R0;取數(shù)據(jù)AMOVC,PSW.0;PTB8MOVTB8,CMOVSBUF,A;數(shù)據(jù)SBUF,啟動(dòng)發(fā)送WAIT:JBCTI,CONT;判斷是否發(fā)送完SJMPWAITCONT:INCR0DJNZR7,LOOPRET,.,例5：編制一個(gè)串行口方式2接收程序，并核對(duì)奇偶標(biāo)志位。解：根據(jù)上面介紹的特點(diǎn)，在方式2、方式3的發(fā)送過(guò)程中，將數(shù)據(jù)和附加在TB8中的奇偶標(biāo)志位一塊發(fā)向?qū)Ψ?。因此，作為接收的一方?yīng)設(shè)法取出該奇偶標(biāo)志位進(jìn)行核對(duì)，相應(yīng)的接收程序段為：,.,RRR:MOVSCON,#90H;選方式2，并允許接收（REN=1）LOOP:JBCRI,RECEIV;等待接收數(shù)據(jù)并清RISJMPLOOPRECEIV:MOVA,SBUF;將接收到的字符取出后，送到A。注意，;傳送指令影響PSW，產(chǎn)生接收端的奇偶值JBPSW.0,ONE;判斷接收端的奇偶值JBRB8,ERR;判斷發(fā)送端的奇偶值SJMPRIGHTONE:JNBRB8,ERRRIGHT:;接收正確ERR:;接收有誤當(dāng)接收到一個(gè)字符時(shí)，從SBUF轉(zhuǎn)移到A中時(shí)會(huì)產(chǎn)生接收端的奇偶值，而保存在RB8中的值為發(fā)送端的奇偶值，兩個(gè)奇偶值應(yīng)相等，否則接收字符有錯(cuò)。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤要及時(shí)通知對(duì)方重發(fā)。,.,89C51與89C51點(diǎn)對(duì)點(diǎn)異步通信,1通信協(xié)議要想保證通信成功，通信雙方必須有一系列的約定，比如：作為發(fā)送方，必須知道什么時(shí)候發(fā)送信息，發(fā)什么，對(duì)方是否收到，收到的內(nèi)容有沒(méi)有錯(cuò)，要不要重發(fā)，怎樣通知對(duì)方結(jié)束等等。作為接收方，必須知道對(duì)方是否發(fā)送了信息，發(fā)的是什么，收到的信息是否有錯(cuò)，如果有錯(cuò)怎樣通知對(duì)方重發(fā)，怎樣判斷結(jié)束等。這種約定就叫做通信規(guī)程或協(xié)議，它必須在編程之前確定下來(lái)。要想使通信雙方能夠正確交換信息和數(shù)據(jù)，在協(xié)議中對(duì)什么時(shí)候開始通信，什么時(shí)候結(jié)束通信，何時(shí)交換信息等等都必須作出明確的規(guī)定。只有雙方遵守這些規(guī)定才能順利地進(jìn)行通信。,.,2波特率設(shè)置在串行通信中，一個(gè)重要的指標(biāo)是波恃率，它反映了串行通信的速率，也反映了對(duì)于傳輸通道的要求。波特率越高，要求傳輸通道的頻帶越寬。一般異步通信的波特率在50b/s19200b/s之間。由于異步通信雙方各用自己的時(shí)鐘源，要保證捕捉到的信號(hào)正確，最好采用較高頻率的時(shí)鐘。一般選擇時(shí)鐘頻率比波特率高16倍或64倍。若是時(shí)鐘頻率等于波特率，則頻率稍有偏差便會(huì)產(chǎn)生接收錯(cuò)誤。,.,在異步通信中，收、發(fā)雙方必須事先規(guī)定兩件事：1、字符格式，即規(guī)定字符各部分所占的位數(shù)是否采用奇偶校驗(yàn)以及校驗(yàn)的方式（偶校驗(yàn)還是奇校驗(yàn)）等通信協(xié)議；2、采用的波特率以及時(shí)鐘頻率和波特率的比例關(guān)系。89C51的串行通信的波特率（由圖7-16可知）由定時(shí)器T1的溢出率獲得（僅指串行口方式1、方式3時(shí)），當(dāng)串行口工作于方式1或方式3時(shí)，波特率為：其中，k為定時(shí)器1的位數(shù)，定時(shí)器模式0，k=13；定時(shí)器模式1，k=16；定時(shí)器模式2和摸式3，k=8。,.,例6：設(shè)甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收。串行接口工作于方式3（每幀數(shù)據(jù)為11位，第9位用于奇偶校驗(yàn)），兩機(jī)均選用6.0000MHz的振蕩頻率，波特率為2400b/s。通信的功能為：甲機(jī)：將片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4000H-407FH單元的內(nèi)容向乙機(jī)發(fā)送，每發(fā)送一幀信息，乙機(jī)對(duì)接收的信息進(jìn)行偶校驗(yàn)，將P位值放在TB8中。若校驗(yàn)正確，則乙機(jī)向甲機(jī)回發(fā)“數(shù)據(jù)發(fā)送正確”的信號(hào)（例中以00H作為應(yīng)答信號(hào)）。甲機(jī)收到乙機(jī)“正確”的應(yīng)答信號(hào)后再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。若奇偶校驗(yàn)有錯(cuò)，則乙機(jī)發(fā)出“數(shù)據(jù)發(fā)送不正確”的信號(hào)（例中以FFH作為應(yīng)答信號(hào)）。甲機(jī)接收到“不正確”應(yīng)答信號(hào)后，重新發(fā)送原數(shù)據(jù)，直至發(fā)送正確。甲機(jī)將該數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢后停止發(fā)送。乙機(jī)：接收甲機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并寫入以4000H為首址的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。每接收一幀數(shù)據(jù)，乙機(jī)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行偶校驗(yàn)，并發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，直至接收完所有數(shù)據(jù)。,.,解：（1）計(jì)算定時(shí)器計(jì)數(shù)初值X將已知數(shù)據(jù)fosc=6MHz，波特率=2400b/s代入下式：若取SMOD=0時(shí)，X=249.49。因取整數(shù)誤差過(guò)大，故設(shè)SMOD=1，則X=242.98243=F3H因此，實(shí)際波特率=2403.85bS。,.,甲機(jī)發(fā)送流程圖,乙機(jī)發(fā)送流程圖,.,（3）源程序甲機(jī)主程序ORG0000HLJMPMAIN;上電，轉(zhuǎn)向主程序ORG0023H;串行口的中斷入口地址LJMPSERVE1;轉(zhuǎn)向甲機(jī)中斷服務(wù)程序ORG2000H;主程序MAIN:MOVTMOD,#20H;設(shè)T1工作與模式2MOVTH1,#0F3H;賦計(jì)數(shù)初值MOVTL1,#0F3H;賦計(jì)數(shù)值SETBTR1;啟動(dòng)定時(shí)器T1MOVPCON,#80H;設(shè)SMOD=1MOVSCON,#0D0H;置串行口方式3，允許接收MOVDPTR,#4000H;置數(shù)據(jù)塊首址MOVR0,#80H;置發(fā)送字節(jié)數(shù)初值SETBES;允許串行口中斷SETBEA;CPU開中斷MOVXA,DPTR;取第一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送MOVC,PMOVTB8,C;奇偶標(biāo)志送TB8MOVSBUF,A;發(fā)送數(shù)據(jù)SJMP$;等待中斷,.,甲機(jī)中斷服務(wù)程序SERVE1:JBCRI,LOOP;是接收中斷，清除RI，轉(zhuǎn)入接收乙機(jī)的應(yīng)答信息CLRTI;是發(fā)送中斷，清除此中斷標(biāo)志SJMPENDTLOOP:MOVA,SBUF;取乙機(jī)的應(yīng)答信息CLRCSUBBA,#01H;判應(yīng)答信號(hào)是#00嗎？JCLOOP1;是#00H，發(fā)送正確，（#00H-#01H）,C=1,轉(zhuǎn)LOOP1LOOP2:MOVXA,DPTR;否則甲機(jī)重發(fā)MOVC,PMOVTB8,CMOVSBUF,A;甲機(jī)重發(fā)原數(shù)據(jù)SJMPENDTLOOP1:INCDPTR;修改地址指針，準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù);MOVXA,DPTR;MOVC,P;MOVTB8,C;MOVSBUF,A;發(fā)送;DJNZR0,ENDT;數(shù)據(jù)塊未發(fā)送完，返回繼續(xù)發(fā)送DJNZR0,LOOP2;數(shù)據(jù)塊未發(fā)送完，啟動(dòng)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)CLRES;全部發(fā)送完，禁止串行口中斷ENDT:RETI;中斷返回END,.,乙機(jī)主程序；ORG0000HLJMPMAIN;上電，轉(zhuǎn)向主程序ORG0023H;串行口的中斷入口地址LJMPSERVE2;轉(zhuǎn)向乙機(jī)中斷服務(wù)程序ORG2000H;主程序MAIN:MOVTMOD,#20H;設(shè)T1工作于模式2MOVTH1,#0F3H;賦計(jì)數(shù)初值MOVTL1,#0F3H;賦計(jì)數(shù)初值SETBTR1;啟動(dòng)定時(shí)器T1MOVPCON,#80H;設(shè)SMOD=1MOVSCON,#0D0H;置串行口方式3，允許接收MOVDPTR,#4000H;置數(shù)據(jù)區(qū)首址MOVR0,#80H;置接收字節(jié)數(shù)初值SETBES;允許串行口中斷SETBEA;CPU開中斷SJMP$;等待中斷,.,乙機(jī)中斷服務(wù)程序：SERVE2:JBCRI,LOOP;是接收中斷，清除此中斷標(biāo)志，轉(zhuǎn)LOOP（接收）CLRTI;是發(fā)送中斷，清除此中斷標(biāo)志，中斷返回SJMPENDTLOOP:MOVA,SBUF;接收（讀入）數(shù)據(jù)MOVC,P;奇偶標(biāo)志送CJCLOOP1;為奇數(shù)，轉(zhuǎn)LOOP1ORLC,RB8;為偶數(shù)，檢測(cè)RB8JCLOOP2;奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，轉(zhuǎn)LOOP2SJMPLOOP3LOOP1:ANLC,RB8;檢測(cè)RB8JCLOOP3;奇偶校驗(yàn)正確，轉(zhuǎn)LOOP3LOOP2:MOVA,#0FFHMOVSBUF,A;發(fā)送“不正確”應(yīng)答信號(hào)SJMPENDTLOOP3:MOVXDPTR,A;存放接收數(shù)據(jù)MOVA,#00HMOVSBUF,A;發(fā)送“正確”應(yīng)答信號(hào)INCDPTR;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZR0,ENDT;數(shù)據(jù)塊未接收完，返回CLRES;所有數(shù)據(jù)接收完畢，禁止串行口中斷ENDT:RETI;中斷返回END,.,89C51與PC機(jī)間通信軟件的設(shè)計(jì),一、PC機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)1.通信協(xié)議波特率：1200b/s；信息格式：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶檢驗(yàn)；傳送方式：PC機(jī)采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)；89C51采用中斷方式接收，查詢方式發(fā)送；校驗(yàn)方式：累加和校驗(yàn)；握手信號(hào)：采用軟件握手。發(fā)送方在發(fā)送之前先發(fā)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)（用“？”號(hào)的ASCII碼，接收方接到“？”號(hào)后回送一個(gè)“”號(hào)作為應(yīng)答信號(hào)），隨后依次發(fā)送數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)），發(fā)送數(shù)據(jù)，最后發(fā)送校驗(yàn)和。收方在收到發(fā)送方發(fā)過(guò)來(lái)的校驗(yàn)和后與自己所累加的校驗(yàn)和相比較，相同則回送一個(gè)“0”，表示正確傳送并結(jié)束本次的通信過(guò)程；若不相同則回送一個(gè)“F”，并使發(fā)送方重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收正確為止。,.,2.PC機(jī)發(fā)送文件子程序首先介紹通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)文件的函數(shù)sendf（）。規(guī)定欲發(fā)送的這個(gè)文件存在當(dāng)前盤上，并且為了便于說(shuō)明問(wèn)題，只傳送總字節(jié)小于256個(gè)字符的文件。3、PC機(jī)接收文件子程序接收函數(shù)receivef（）采用查詢方式從串口接收一個(gè)總字節(jié)數(shù)小于256個(gè)字符的文件，接收的文件也存于當(dāng)前盤上。,.,PC機(jī)發(fā)送文件子函數(shù)sendf()流程圖,PC機(jī)接收文件子函數(shù)receivef()流程圖,.,PC機(jī)發(fā)送文件子函數(shù)sendf（）程序清單,.,.,.,4、PC機(jī)主程序（函數(shù)）在有了上述發(fā)送和接收文件兩個(gè)子函數(shù)之后，主函數(shù)的編寫就非常簡(jiǎn)單了。主函數(shù)的工作只是在完成串口初始化后，根據(jù)鍵入的命令來(lái)決定是發(fā)送文件還是接收文件。PC機(jī)主函數(shù)如下：,.,PC機(jī)主函數(shù)流程圖,.,這里采用的是帶參主函數(shù)main（intargc,char*argv）。其中，argc是一個(gè)整型變量，argv是一個(gè)字符型指針數(shù)組。利用main函數(shù)的參數(shù)可以使主程序從系統(tǒng)得到所需數(shù)據(jù)（也就是說(shuō)帶參函數(shù)可直接從DOS命令行中得到參數(shù)值，當(dāng)然，這些值是字符串）。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)（在DOS下執(zhí)行.EXE文件），可以根據(jù)輸入的命令行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如，執(zhí)行程序mypro時(shí)，若要從當(dāng)前盤上將名為f1.c的文件從串口發(fā)送出去，需鍵入下述命令：myprosf1.c其中，mypro是源文件mypro.c經(jīng)編譯連接后生成的可執(zhí)行文件mypro.exe。鍵入命令：myprorf2.c可以從串口接收若干字符，并寫入當(dāng)前盤上名為f2.c的文件中去。,.,二、89C51通信軟件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)查詢發(fā)送子程序本程序?qū)⑵釸AM從1000H開始的小于256B的數(shù)據(jù)從串行口發(fā)送出去，發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)在R7中，