單片機原理及接口技術(shù)第五章_串行口

1、5.2 MCS-51串行口 5.2.1 5.2.1 串行口概述串行口概述 80518051的通訊：即單片機與外界進行信息交換。的通訊：即單片機與外界進行信息交換。 通訊方式：通訊方式： 并行通訊：并行通訊：數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接受數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接受 串行通訊：串行通訊：數(shù)據(jù)一位一位順序發(fā)送或接受數(shù)據(jù)一位一位順序發(fā)送或接受 串行口通訊方式串行口通訊方式 單工通訊：單工通訊：通訊接口只能發(fā)送或接受的單向通訊方式通訊接口只能發(fā)送或接受的單向通訊方式 半雙工通訊：半雙工通訊：通訊接口既可發(fā)送又可接受，但不能同通訊接口既可發(fā)送又可接受，但不能同 時進行時進行 全雙工通訊：全雙工通訊：通訊接口能同時

2、發(fā)送接受的通訊方式通訊接口能同時發(fā)送接受的通訊方式 異步傳送方式與同步傳送 異步通訊：異步通訊：利用起始位表示字符的開始，用停止位利用起始位表示字符的開始，用停止位 表示字符結(jié)束表示字符結(jié)束 D0D1D2D3D4D5D6D7D0 1 0 P 0 起始位數(shù)據(jù)位D0D7 校驗位 結(jié)束位 第n個字符（幀） w2. 同步通訊：在同步通訊中，每個字符 要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié) 束的標志，占用了時間；所以在數(shù)據(jù)塊 傳遞時，為了提高速度，常去掉這些標 志，采用同步傳送。由于數(shù)據(jù)塊傳遞開 始要用同步字符來指示，同時要求由時 鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步， 故硬件較復(fù)雜。 串行通信的數(shù)據(jù)傳送率 傳

3、送率：數(shù)據(jù)傳送速度 波特率（baud rate）：異步通信中數(shù)據(jù)傳輸速率的單 位，其含義每秒傳送多少位二進制數(shù)。 例：數(shù)據(jù)傳送的速率為120個字符每秒，每個字符有1個 起始位、8個數(shù)據(jù)位和一個停止位組成，則其傳送波特率 為： 波特1200/1200/12010sbsb 每一位的傳送時間為波特率的倒數(shù)： ms sb b td833. 0 1200 1 1 5.2.2 MCS-51串行口結(jié)構(gòu) 發(fā)送控制器 發(fā)送 SBUF (99H) 接受 SBUF (99H) 門 接受控制器 + 串行口中斷 串 行 控 制 寄 存 器 (98H) 輸入移位寄存器 定 時 器 T1 內(nèi)部總線 T1 R1 TXD(P3

4、.1) RXD(P3.0)8 8 8 物理空間上各自獨立的發(fā)送寄存器和接收寄 存器，有相同名字和地址空間，但不會出現(xiàn)沖 突，因為發(fā)送寄存器只讀不寫，接受寄存器只 寫不讀。 串行口控制寄存器SCON SM0SM1：串行口方式選擇位 SM2SM2：允許方式：允許方式2 2和方式和方式3 3多機通訊位多機通訊位 REN： 接收允許控制位。由軟件置位以允許接收，又由軟件清 0 來禁止接收。 TB8: 是要發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2或方式3中，要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。例如，可約定作為 奇偶校驗位，或在多機通訊中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀 的標志位。 RB8： 接收到的數(shù)據(jù)的第9位。在

5、方式0中不使用RB8。在方式1 中，若（SM2）=0，RB8為接收到的停止位。在方式2或 方，式3中，RB8為接收到的第9位數(shù)據(jù)。 TI： 發(fā)送中斷標志。在方式0中，第8位發(fā)送結(jié)束時，由硬件 置位。在其它方式的發(fā)送停止位前，由硬件置位。TI置位既表 示一幀信息發(fā)送結(jié)束，同時也是申請中斷，也可用軟件 查詢的方法獲得數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方 式來發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。TI必須用軟件清0。 RI： 接收中斷標志位。在方式0，當接收完第8位數(shù)據(jù)后，由 硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時 刻由硬件置位（例外情況見于SM2的說明）。RI置位 表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，可用查詢的方法獲知或者用

6、中斷的方法獲知。RI也必須用軟件清0。 特殊功能寄存器PCON：是為了在CHMOS的80C51單片機上 實現(xiàn)電源控制而附加的。其中最高位是SMOD。 5.2.3 串行口工作方式 一、方式0 方式0為移位寄存器輸入/輸出方式。可外接移位寄存器以擴 展I/O口，也可以外接同步輸入/輸出設(shè)備。8位串行數(shù)據(jù)都是從 RXD(P3.0)輸入或輸出，TXD(P3.1)用來輸出同步脈沖。 1、方式0發(fā)送 串行數(shù)據(jù)從RXD引腳輸出，TXD引腳輸出移位脈沖。CPU將 數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器時，立即啟動發(fā)送，將8位數(shù)據(jù)以fosc/12 的固定波特率從RXD輸 出，低位在前，高位在 后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后 ，發(fā)送中斷標志T

7、I由硬 件置位。 2、方式0接收 當串行口以方式0接收時，先置位允許接收控制位REN。此 時，RXD (P3.0)為串行數(shù)據(jù)輸入端，TXDP3.1仍為同步脈沖移 位輸出端。當（RI）=0和（REN）=1同時滿足時，開始接收。 當接收到第8位數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)移入接收寄存器，并由硬件 置位RI。 ？ 二、方式二、方式1 方式1為波特率可變的10位異步通訊接口方式。發(fā)送或接收一 幀信息，包括1個起始位0，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位1。 1. 方式1發(fā)送 當CPU執(zhí)行一條指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖SBUF時，就啟動 發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬 件置位TI。 2. 方式1接受 在(R

8、EN)=1時，串行口采樣RXD引腳，當采樣到1至0的跳變 時，確認是開始位0，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當（RI）=0且 停止位為1或者（SM2）=0時，停止位才進入RB8，8位數(shù)據(jù)才 能進入接收寄存器，并由硬件置位中斷標志RI；否則信息丟失。 所以在方式1接收時，應(yīng)先用軟件清零RI和SM2標志。 在串行通訊中，收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳送率（波特率）要有 一定的約定。在8051串行口的四種工作方式中，方式0和2的 波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可變的，由定時器 T1的溢出率控制。 方式方式0和方式和方式2的波特率：的波特率： 在方式0，每個及其周期發(fā)送或接受一位數(shù)據(jù)，波特率的 數(shù)值固定為時鐘頻率

9、(fosc)的1/12，且不受SMOD的影響。 在方式2中，波特率由PCON中的選擇位SMOD來決定， 當SMOD=0時，波特率為1/64fosc 當SMOD=1時，波特率為1/32fosc， 方式方式1和方式和方式3的波特率：的波特率： )1( 32 2 的溢出率波特率T SMOD 其中，T1的溢出率取決于計數(shù)速率和定時器的預(yù)制值。 T1計數(shù)率取決于它工作在定時器狀態(tài)還是計數(shù)器狀態(tài)，當 工作于定時器狀態(tài)時，T1計數(shù)脈沖為fosc/12;當工作于計數(shù) 器狀態(tài)時，T1計數(shù)脈沖取決于外部輸入時鐘頻率。 例5_3 應(yīng)用串行口方式0輸出,在串行口外接移位寄存 器,構(gòu)成顯示器接口.如圖所示,三片(理論上

10、可以為n片,為舉例 方便而用三片)74LS164串接成24位并行輸出移位寄存器,每 片74LS164接一個共陽極8段LED顯示器,構(gòu)成三維數(shù)據(jù)顯示, 這里P1.0作串行輸出選擇信號(只有P1.0為高時,串行同步信 號TXD才能輸出),這種顯示器稱為靜態(tài)顯示,CPU不必為顯示 服務(wù)而頻繁執(zhí)行掃描任務(wù). 設(shè)顯示緩沖區(qū)設(shè)在DISBUF開始的區(qū)域中. 解：1. 確定工作方式 (1）送方式控制字 （SCON）0000 0000B00H ； 串行口以方式0輸出 5.2.4 串行口應(yīng)用 P1.0 RXD TXD 8051 e 74LS164 3 4 g 5 f 6 10 d 11 c 12 b 13 a L

11、ED0 e 74LS164 3 4 g 5 f 6 10 d 11 c 12 b 13 a LED1 e 74LS164 3 4 g 5 f 6 10 d 11 c 12 b 13 a LED2 選通TXD同步移位時鐘 L1: MOV A, R0 ；區(qū)要顯示的數(shù) MOV SBUF,A ; 開始發(fā)送 JNB T1, $ ; 等待一幀發(fā)送完 CLR TI ; 清發(fā)送中斷標志 INC R0 ; 修改顯示緩沖區(qū)指針 DJNZ R7, L1 ; 三個LED實現(xiàn)完了否? CLR P1.0 ; 關(guān)TXD RET ; 返回 DISBUF: DB 11H, D7H, 18H, D8H 程序清單： 5.1.4 定

12、時器、計數(shù)器的初始化 2計數(shù)器初值的計算 8 16 13 2 2 2 。 13 2 查詢方式 START 設(shè)定工作方式 啟動T0定時 載入初值 TF0=0? 否 是 輸出方波 軟件TF0=0 END 4) 查詢方式： 還可以使CPU采用查詢TF0的方式處理T/C0定時溢出， 編程簡單，但效率較低。 程序中查詢采用JNB TF0，$ 指令，目的是當判到TF1 1后，必須用軟件復(fù)位TF1，為下次計數(shù)器回零溢出做好準 備，這條指令具有判TF1為1后清零的雙重功能。 例5-2 利用GATE門控位測量從INT1引腳輸入的正脈沖寬度。解： 1. 確定工作方式 (1）送方式控制字 （TMOD）1001 00

13、00B90H ； T/C1定時，方式1 ，GATE1 。 (2）計算初值 由于被測正脈沖寬度未知， 假設(shè)寬度= 65.536ms，fosc12MHz ，則： 計數(shù)個數(shù)：X65536（最大） 定時初值：C65536-X65536-655360， （TH1）00H，（TL1）00H。 (3）編程方法 對P3.3(INT1)引腳輸入的脈沖采用查詢的方法。 ) 被測脈寬 置1 TR1 TH1TL1從0開始計數(shù) 清0 TR1,停止T/C1計數(shù) 脈沖測試原理 ORG 0000H MAIN：MOV TMOD，#90H；置T1方式控制字 MOV TL1，#00H； MOV TH1，#00H；T1從0開始計數(shù)

14、JB P3.3,$；等 低電平 SETB TR1; T1允許計數(shù) JNB P3.3, $ ；等 高電平 JB P3.3, $ ；等 低電平 CLR TR1；停止計數(shù) 程序清單： 1INT 1INT 1INT 5.1.2 MCS-51定時定時/ /計數(shù)器的組成計數(shù)器的組成 T1 與定時/計數(shù)器相關(guān)的特殊功能寄存器 特殊功能寄存器 ： TH0 TH1 存放計數(shù)初值的高8位 TL0 TL1 存放計數(shù)初值的低8位 TMOD (定時器工作模式寄存器) TCON (定時器控制寄存器 ) % T0和T1都是16位的可預(yù)置加1計數(shù)器 % T0和T1都是16位的可編程定時/計數(shù)器 % T0由兩個8位的寄存器TH

15、0和TL0組成 % T1由兩個8位的寄存器TH1和TL1組成 5.1.3 5.1.3 定時器定時器/ /計數(shù)器的控制方法計數(shù)器的控制方法 定時器/計數(shù)器的工作由TCON和TMOD控 制。由軟件把控制字寫入TCON和TMOD，用 來設(shè)置T0和T1的工作方式和控制功能。當 8051系統(tǒng)復(fù)位時，TCON和TMOD所有位都被 清0。 一.工作模式控制寄存器TMOD（89H） 定時器工作模式寄存器TMOD GATEC/TM10MGATE C/T1M0M 控 制 T1控 制 T0 89H 和T 類同 0 1M0M 00 01 10 11 方 式 方式0 方式1 方式2 方式3 0 1 定時器模式 計數(shù)器模

16、式 0 1 與INT 無關(guān) 0 0與INT 有關(guān) 二.定時器控制寄存器TCON（88H） TCON 位地址 0DD1D2D3D4D5D6D7 IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF1 88898A8B8C8D8E8F 見下一節(jié) 0 0：停T 計數(shù) 0 1：啟T 計數(shù) 0 0：無T 中斷（硬件復(fù)位） 1：有T 溢出中斷 0 0：無T 中斷（硬件復(fù)位） 1 0：停T 計數(shù) 1：有T 溢出中斷 1：啟T 計數(shù) 1 1 1 定時器工作模式寄存器TCON M1和M0 工作方式選擇位 這兩位可形成四種編碼，對應(yīng)四種工作方式： M1 M0 方式 功 能 描 述 0 0 0 為13位定時器/計數(shù)器,TL存放低5位,TH存高8位 0 1 1 為16位定時器/計數(shù)器 1 0 2 常數(shù)自動裝入8位定時器/計數(shù)器 1 1 3 僅適于T0,兩個8位定時器/計數(shù)器 三.定時器/計數(shù)器的四種工作模式 高8位和低5位的一個13位計數(shù)器的運行方式,見下圖. 當TL1的低5 位溢出時，向TH1進位，而TH1溢出(回零