串行口及其通信概況

1、第九章8051串行口及串行通信技術(shù)9.1 串行通信基本知識(shí)9.2 串行口及應(yīng)用9.3 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線9.4 8051與8051點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信9.5 8051與PC機(jī)間通信軟件的設(shè)計(jì)9.6 PC機(jī)與多個(gè)單片機(jī)間的通信9.1 串行通信基本知識(shí)9.1.1 數(shù)據(jù)通信1、什么是通信？計(jì)算機(jī)的CPU與外部設(shè)備之間、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換稱為通信。2、通信方式串行通信和并行通信。如果距離小于30米可采用并行通信方式；當(dāng)距離大于30米時(shí)采用串行通行方式。(1)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。其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位，就需要有多少根傳送線。因此并行

2、通信在位數(shù)多、傳送距離又遠(yuǎn)時(shí)就不太適合了。（2）串行通信串行通信指數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線，這樣就大大地降低了傳輸成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信；其缺點(diǎn)是傳送速度較低。下圖為兩種方式的連接圖：9.1.2 串行通信的傳輸方式串行通信的傳送方向通常有三種：（1）單向（或單工）配置，只允許數(shù)據(jù)向一個(gè)方向傳送。（2）半雙向（或半雙工）配置，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。（3）全雙向（或全雙工）配置，允許同時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù)。串行通信傳輸方式如下圖所示。乙9.1.3 異步通信和同步通信一、異步通信案kb字將名堂<§8位效據(jù)3

3、S位空閑位*e+l個(gè)字符在異步通信中，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，每一幀數(shù)據(jù)的格式如下所示：Oo/”O(jiān)/V0/110/11O/“O/】I0/110/11。71|Ii(b>二、同步通信同步通信中，數(shù)據(jù)開始傳送前用同步字符來指示（常約定1個(gè)2個(gè)），并由時(shí)鐘來實(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。為了保證接收工作正確無誤，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送速率（達(dá)56KB/S或更高）,但硬件比較復(fù)雜。同步傳送時(shí)，字符與字符之間沒有間隙，也不用起始位和停止位，僅在數(shù)據(jù)開始時(shí)用同步字符S

4、YNC來指示，其數(shù)據(jù)格式如下圖所示：同步字符1,同步字符2inInin卜效川i數(shù)據(jù)i數(shù)據(jù)同步字符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，當(dāng)然也可以采用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)到同步字符之后，即準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。三、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。波特率對(duì)于CPU與外界的通信是很重要的。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)以及無線電通信的數(shù)據(jù)發(fā)送等。9

5、.1.4 串行通信的過程及通信協(xié)議一、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)問題：即串并轉(zhuǎn)換和設(shè)備同步。1、串并轉(zhuǎn)換2、設(shè)備同步設(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。二、串行通信協(xié)議通信協(xié)議是對(duì)數(shù)據(jù)傳送方式的規(guī)定，包括數(shù)據(jù)格式定義和數(shù)據(jù)位定義等。通信雙方必須遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議。串行通信協(xié)議包括同步協(xié)議和異步協(xié)議兩種。異步協(xié)議包括：1、數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位約定5、波特率設(shè)置6、握手信號(hào)約定9.2 串行口及應(yīng)用9.2.1 8051串行口一、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)如下圖所示：9.2串行口及應(yīng)用9.2.1

6、8051串行口一、結(jié)構(gòu)移位時(shí)鐘 n n 11二、串行口控制字及控制寄存器SCON(98H).PCON(87H)1、SCON(98H)：可位尋址D7D6D5D4D3D2DID0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI(1)SM0和SM1串行口工作方式選擇位，共有四種選擇方式。SM0SM1工作方式說明波特率00方式0同步移位寄存器Fosc/1201方式110位異步收發(fā)由定時(shí)器控制10方式211位異步收發(fā)Fosc/32f<>sc/6411方式311位異步收發(fā)由定時(shí)器控制(2)SM2多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3當(dāng)SM2=1時(shí)，允許多機(jī)通訊。多機(jī)通訊協(xié)議規(guī)定，第9位數(shù)據(jù)(D8)

7、為1,說明本幀數(shù)據(jù)為地址幀，若第9位數(shù)據(jù)為0,則本幀為數(shù)據(jù)幀。若SM2=0,則不屬于多機(jī)通訊情況，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中(3) REN允許接收控制位由軟件置1或清0,只有當(dāng)REN=1時(shí)才允許接收。(4) TB8一發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位(D8)裝入TB8中。在方式2、3中由編程設(shè)定，在方式0、1中沒用。(5) RB8接收數(shù)據(jù)的第9位在方式2、3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)放在RB8中，它或是奇偶校驗(yàn)位，或?yàn)榈刂?數(shù)據(jù)標(biāo)志位；在方式1中，若SM2=0,RB8中存放的是已接收到的停止位，在方式0中該位沒用。(6) TI發(fā)送中斷標(biāo)志該位在一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完

8、時(shí)被置位，中斷響應(yīng)時(shí)不會(huì)自動(dòng)清0,必須由軟件清0。(7) RI接收中斷標(biāo)志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)。2、PCON(87H)D7SMODSMOD(PCON.7)波特率倍增位。在串行口方式1、2、3時(shí)，波特率和2Smod成正比，即SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0«三、串行通信工作方式串行口方式0、方式1、方式2和3的幀格式：D0DlD2D3D4D5D6D7方式1以10位為一幀傳輸，設(shè)有J個(gè)起始位(0),8個(gè)教據(jù)位和1個(gè)停止位(1)。其幀格式為起始DODlD2D3D4D5D6D7停止方式2和方式3以11位為1幀傳輸，設(shè)

9、有1個(gè)起始位(0),8個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)附加第9位司1個(gè)停止位(1)。其幀格式為起始DODlD2D3D4D5D6D7D8停止附加第9位(D8)由軟件置1或清0。發(fā)送時(shí)在TB8中，接收時(shí)送RB8中。1、串行口方式0：同步移位寄存器輸入腌出方式以8位數(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停止位，先發(fā)送最低位。 RXD為數(shù)據(jù)，TXD為移位脈沖,波特率為fosc/12方式0常用于擴(kuò)展并行I/O口，其擴(kuò)展電路如下:Rxrx«m)1XDC移位時(shí)仲)TI4 5 6 . 10 11 12 13n_n_n_rurvn_n_rxj 一(b)機(jī)網(wǎng)期守 900WRI十5Vsi-s« _nRXD（敷惻）'1X

10、D移位時(shí)”Lrun_ru_n_n_n_rTJ(b)2、串行口方式1：io位通用異步接口收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，在接收時(shí)，停止位進(jìn)入SCON的RB8。 RXD發(fā)送數(shù)據(jù)端，TXD接受數(shù)據(jù)端波特率可變時(shí)?L_n_jLrL_n_n_n_rL_Rji_L_n_JLi與“SBUL口SEND起始位<m>cr>cx>G5r>c><rx5rxi71RX時(shí)忡_n_n_TLJLJTJl_rLJLLLT_I位檢神采樣皿陽叩叩叩印用叫皿皿RXD起始位D2XD3B5X 06X07.停止位RI圖9-12方式1發(fā)送和接收時(shí)序3、串行口方式2、3：11位

11、通用異步接口收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位可編程第9位和1位停止位。在接收時(shí)，第9位進(jìn)入SCON的RB8。RXD一發(fā)送數(shù)據(jù)端，TXD一接受數(shù)據(jù)端方式2波特率固定；方式3波特率可變四、波特率設(shè)計(jì)I、方式0的波特率方式0的波特率是固定的，即fosc/12。2、方式2的波特率方式2的波特為2Smod/64*fosc,即為晶振頻率的32分頻或64分頻。3、方式1和方式3方式1和3的波特率=2Smod/32*T1溢出速率定時(shí)器1方式波恃率foscSMODC/T模式定時(shí)器初值方式01M12XXXX方式2375K121XXX187.5K120XXX方式1、362.5K12102FFH19.

12、2K11.059102FDH9.6K11.059002FDH4.8K11.059002FAH2.4K11.059002F4H1.2K11.059002E8H例、8051單片機(jī)時(shí)鐘振蕩頻率為1L0592MHZ,選用定時(shí)益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)波特率控制位SMOD=0X=256-(11.0592*106*(0+1)/(384*2400)=244=F4H9.2.28051串行口應(yīng)用一、串行口方式0的應(yīng)用方式。時(shí)是同步操作，外接串入并出或并入串出器件，可實(shí)現(xiàn)I/O的擴(kuò)展。例：用8031串行口外接CD4049或164串入并出移位寄存器擴(kuò)展8位并行口；8位并

13、行口的每位都接一個(gè)發(fā)光二極管，要求發(fā)光二極管從左到右以一定延遲輪流顯示，并不斷循環(huán)。設(shè)發(fā)光二極管為共陰極接法，如下圖所示：解：設(shè)數(shù)據(jù)串行發(fā)送采用中斷方式，顯示的延遲通過調(diào)用延遲程序DELAY來實(shí)現(xiàn)。ORG0023H；串行口中斷入口AJMPSBR;轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序ORG2000H；主程序整始地址MOVSCON,#00H；串行口方式。初始化MOVA,#80H；最左一檢二極管先亮CLRP1.0；關(guān)閉并行輸出MOVSBUF,A；開始串行輸出LOOP：SJMPLOOP；等待于斷SBR：SETBP1.0；啟動(dòng)并行輸出ACALLDELAY；顯示延時(shí)一段時(shí)間CLRTI；清發(fā)送中斷RRA；準(zhǔn)備右邊一位顯示CLRP

14、1.0；關(guān)閉并行輸出_MOVSBUF,A；再一次串行輸出RETI；中斷返回例、用8051串行口外加移位寄存器CD4014（或165、166）擴(kuò)展8位輸入口，輸入數(shù)據(jù)右8位開關(guān)提供，另有一個(gè)開關(guān)K提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。當(dāng)1<=。時(shí)，表示要求輸入數(shù)據(jù)，輸入的8位為開關(guān)量，提供邏輯模擬子程序的輸入信號(hào)，如下圖所示：解：串行口方式。的接收要用SCON寄存器中的REN位作為開關(guān)來控制。因此，初始化時(shí)，除了設(shè)置工作方式之外，還要使REN位為1,其余各位仍然為0對(duì)RI采用查詢方式來編寫程序，當(dāng)然，先要查詢開關(guān)K是否閉合。START：JBPl.l,START；開關(guān)未閉合等待SETBP1.0；并行置入數(shù)據(jù)CLRP

15、1.0；準(zhǔn)備串行移位輸入MOVSCON,#10H；方式0,REN為1啟動(dòng)接收J(rèn)NBRI,$；查詢RICLRRI；查詢結(jié)束，清RIMOVA,SBUF；讀數(shù)據(jù)到累加器ACALLLOGSIM ；進(jìn)行邏輯模擬SJMPSTART；準(zhǔn)備下一次模擬例：串口控制的鍵盤/顯示器接口。靜態(tài)顯示方式。采用共陽極LED。接口電路如圖所示：鍵盤掃描和顯示子程序：顯示緩沖區(qū)58H5FH（8位），60H存緩沖區(qū)指針初值58HKEY：MOVMOVA,#00HSBUF,AKLO：JNBTLKLO；等待8位數(shù)據(jù)發(fā)送完CLRTIKL1：JNBP1.0,PK1；第一行有鍵按下，轉(zhuǎn)JBPLLKL1；第二行無鍵按下，轉(zhuǎn)掃描PK1：ACA

16、LLD10MSJNBP1.0,PK2；第一行有鍵按下，轉(zhuǎn)JBPl.bKL1；第一、二行無鍵按下，轉(zhuǎn)掃描PK2：MOVR7,#08H；有按鍵，逐列掃描MOVR6,#0FEH；選中0列MOVR3,#00H；記列號(hào)PL5：MOVA,R6；使某一列為低MOVSBUF,A；KL2：JNBTLKL2CLRJNBJNBMOVRLMOVINCTIPLO,PK4；是第一行有按鍵，轉(zhuǎn)Pl.l,PK5；是第二行有按鍵，轉(zhuǎn)A,R6；不是本列，繼續(xù)R6,R3DJNZRETR7,A;列號(hào)加1PL5；未到8列，轉(zhuǎn);掃描8列未找到，退出PK5：MOVAJMPR4,#08H；送第二行行首初值PK3；轉(zhuǎn)鍵處理PK4：MOVR4,

17、#00H；送第一行行首初值PK3：MOVA,等待釋放鍵MOVSBUF,AKL3：JNBTLKLO；等待8位數(shù)據(jù)發(fā)送完CLRTIKL4：JNBPLO,KL4；JNBPL1,KL4；MOVA,R4；取鍵號(hào)ADDA,R3SUBBA,#OAH；足命令鍵嗎？JNCKL6；是，轉(zhuǎn)命令鍵處理MOVDPTR,#TABL；字形碼表初值送DPTRADI)A,#OAH；恢復(fù)鍵號(hào)MOVCA,©A+DPTRMOVRO,60H；取顯示緩沖區(qū)指針MOVRU,A；存字形碼INCR0CJNERO,#60H,KD；不到顯示緩沖區(qū)末，轉(zhuǎn)MOV60H,#5«H；緩沖區(qū)首址送6()HSJMPKD1K»：M

18、OV60H,R0KD1：ACALLRETLEDKL6：MOVB,#03HMULABMOVDPTR,#KTABJMPA+DPTRKTAB;LJMPKILJMPK3TABL：DBCOH,F9H,A4H,BOH,99H,LED：SETBPl.2；開放顯示器控制MOVR7,#08HMOVRO,#58HLED1：MOVA,R0MOVSBUF,ALED2：JNBTI,LED2CLRTIINCRODJNZR7,LED1CLRPl.2；各位送完，關(guān)閉控制RET92H,82H,F8H,SOH,90H二、串行口方式1的發(fā)送和接收例、8031串行口按雙工方式收發(fā)ASCH字符，最高位用來作為奇偶校驗(yàn)位，采用奇校驗(yàn)方式

19、，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位奇偶校驗(yàn)共8位，故可采用串行口方式1。發(fā)送緩沖區(qū)首址為20H,接收緩沖區(qū)首址為40H,頻率為6MHZ。主程序：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；將串行口置為方式1,REN=1MOVRO,#20H；發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首地址MOVRI,#40H；接收數(shù)據(jù)區(qū)首地址ACALLSOUT；先輸出一個(gè)字符SETBESSETBEA等待中斷中斷入口 轉(zhuǎn)服務(wù)程序LOOP：SJMPLOOP；中斷服務(wù)程序：OR

20、G0023H；AJMPSBR1；ORG0100H；SBR1：JNBRI,SEND；RI=0即TI=1為發(fā)送中斷ACALLSIN；RI=1為接收中斷SJMPNEXT；轉(zhuǎn)至統(tǒng)一出口SEND：ACALLSOUT；調(diào)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)志到CCPLC；奇校驗(yàn)MOVACC.7,C；加到ASCII碼高位INCRO；修改發(fā)送數(shù)據(jù)指針MOVABUF,A；發(fā)送ASCIIRET；返回接收子程序：SIN：CLRRI；MOVA,SBUF；讀出接收緩沖區(qū)內(nèi)容MOVC,P；取出校驗(yàn)位CPLC；奇校驗(yàn)ANLA,#7FH；刪除

21、校驗(yàn)位MOVR1, A；讀入接收緩沖區(qū)INCRET：RI;修改接收數(shù)據(jù)指針謳向三、串行口方式2、3的發(fā)送和接收方式2與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9位數(shù)據(jù)，最后是一位停止位（1）。例、用第9個(gè)數(shù)據(jù)位作奇偶校驗(yàn)位，編制串行口方式2的發(fā)送程序。解：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，采用偶校驗(yàn)，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ATB8o程序清單如下：TRT：MOVSCON,#80H；方式2設(shè)定MOVPCON,#80；取披希奉用fosc/32MOVRO,#50H；首地

22、址50H送ROMOVR7,#10H；數(shù)據(jù)長度10H送R7LOOP：MOVA,R0；取數(shù)據(jù)到AMOVC,PSW.O；取P至！JTB8MOVTB8,C；MOVSBUF,A；數(shù)據(jù)送SBUF,啟動(dòng)發(fā)送WAIT：JBCTLCONT；判斷發(fā)送中斷標(biāo)志SJMPWAITCONT：INCRODJNZR7,LOOPRET例9U：編制一個(gè)接收程序，將接收的16B數(shù)據(jù)送入片內(nèi)RAM的50H5FH單元中。設(shè)串行口工作于方式3,波特奉為2400B/So解：方式3為11位異步通訊方式，波特率取決于T1的溢出率。查表92可知，當(dāng)晶振為11.059MHZ,波特率為2400B/S時(shí)，可取SMOD=0,T1的計(jì)數(shù)初值為F4H。程序

23、為:MAIN：MOV MOV MOV SETB MOV MOV MOV MOVTMOD, #20H；設(shè)T1工作于方式2TH1, #0F4；TL1, #0F4；:循環(huán)計(jì)數(shù)初值滸數(shù)值TRI；啟動(dòng)定時(shí)器1RO, #50H；首地址送ROR7, #10H；數(shù)據(jù)長度送R7SCON, #0D0H；串口方式3,可接收PCON, #00H；設(shè)SMOD=0WAIT：JBCRLPR1；接收完一幀數(shù)據(jù)清RL轉(zhuǎn)PR1SJMPWAIT；否則等待PR1：MOVA,SBUF；讀入數(shù)據(jù)JNBP,PNP；P=0彝PNPJNBRB8,PER；P=l,RB8=0,轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理SJMPRIGHTPNP；JBRB8,PER；P=(),RB

24、8=1,轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理RIGHT：MOVR0,A；數(shù)據(jù)送內(nèi)存INCRO；修改地址指針DJNZR7,WAIT；數(shù)據(jù)未接收完繼續(xù)CLRPSW.5；置正確接收完標(biāo)志F0=0RET；PER：SETBPSW.5RET9.3RS.232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線及串行通信硬件設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的串行通信時(shí),通常采用標(biāo)準(zhǔn)通信接口。這樣就能很方便地把各種計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、測(cè)量儀器等有機(jī)地連接起來，進(jìn)行串行通信。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方式的規(guī)定，適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。9.3.1 RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口總線RS-232C接口的具體規(guī)定如下:（1）范圍RS232C標(biāo)準(zhǔn)適用于DCE（數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備）和DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）間的串行二進(jìn)制通信，最高的數(shù)據(jù)速率為19.2Kb/so如果不增加其它設(shè)備，RS232c標(biāo)準(zhǔn)的電纜長度大為15米。（2） RS-232C的信號(hào)特征由于RS-232c是在TTL集成電路之