第六模塊單片機串行通信技術(shù)項目實訓(xùn)

1、第六模塊 單片機串行通信技術(shù)項目實訓(xùn)13 串并轉(zhuǎn)換控制14 單片機控制單片機項目13 串并轉(zhuǎn)換控制任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信MCS-51單片機內(nèi)部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF），這兩個在物理上獨立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們共用同一個地址99H。這個通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便地構(gòu)

2、成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。1 基本概念（1）數(shù)據(jù)通信的傳輸方式常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。半雙工方式：數(shù)據(jù)可實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進行，實際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。全雙工方式：允許雙方同時進行數(shù)據(jù)雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分地利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，稱之為多工傳輸

3、方式。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信（2）串行數(shù)據(jù)通信兩種形式異步通信在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的。在異步通信方式中，數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的。一幀數(shù)據(jù)傳送完畢后可以接著傳送下一幀數(shù)據(jù)，也可以等待，等待期間為高電平。用一幀來表示一個字符，其格式如下：一個起始位“0”（低電平），緊接著是8個數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后。接下來是奇偶校驗位（可以省略），最后是停止位“1”（高電平）。下圖所示是異步通信方式及數(shù)據(jù)格式示意圖。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信同步通信同步

4、通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，為了克服在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場合，速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時先送出一個同步頭（字符）標(biāo)志即可。下圖所示是同步通信方式及數(shù)據(jù)格式示意圖。同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點，即它必須要用一個時鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信（3）串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個概念，即每秒傳送的位數(shù)bps（Bit p

5、er second）和每秒符號數(shù)波特率（Band rate），在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關(guān)。2MCS-51的串行口和控制寄存器（1）串行口數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖寄存器SBUFMCS-51單片機串行口寄存器結(jié)構(gòu)如下圖所示。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。從圖中可看出，接收緩沖器前還加上一級輸入移位寄存器，MCS-51這種結(jié)構(gòu)目的在于接收數(shù)據(jù)時避免發(fā)生數(shù)據(jù)幀重疊現(xiàn)象，以

6、免出錯，部分文獻稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖器結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)時就不需要這樣設(shè)置，因為發(fā)送時，CPU是主動的，不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI位地址 9FH 9EH 8DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H（2）串行通信控制寄存器SCONSCON控制寄存器是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下：各控制位功能如下： SM0、SM1：串行口工作方式控制位 可通過設(shè)置SM0、SM1

7、來選擇串行口4種不同的工作方式。右表列出了這4種工作方式的選擇方法與功能比較。SM0SM1工作方式功能說明000同步移位寄存器方式（用于擴展I/O口），波特率為fosc/120118位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器T1設(shè)置）1028位異步收發(fā)，波特率為fosc/64或fosc/321139位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器T1設(shè)置）任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信SM2：多機通信控制位多機通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。SM2=1時，允許多機通信；當(dāng)SM2=0時，禁止多機通信。串行口工作于方式0時，SM2必須為0。REN

8、：數(shù)據(jù)接收控制位REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN=1時，允許串行口接收數(shù)據(jù)，REN=0時，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位在方式2和方式3中，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位，通常用作數(shù)據(jù)的校驗位。在多機通信中同樣亦要傳輸這一位，用作地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位：TB8=0為數(shù)據(jù)幀，TB8=1時為地址幀。RB8：接收數(shù)據(jù)的第9位在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1中，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位串行口在工作方式0時，串行發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，TI由硬件

9、置“1”，向CPU發(fā)送中斷請求，在CPU響應(yīng)中斷后，必須用軟件清0。其它方式下，TI在停止位開始發(fā)送前自動置“1”，向CPU發(fā)送中斷請求，在CPU響應(yīng)中斷后，也必須用軟件清0。RI：接收中斷標(biāo)志位串行口在工作方式0時，串行接收完第8位數(shù)據(jù)后，RI由硬件置“1”，向CPU發(fā)送中斷請求，在CPU響應(yīng)中斷后，必須用軟件清0。其它方式下，RI在接收到停止位時自動置“1”，向CPU發(fā)送中斷請求，在CPU響應(yīng)中斷取走數(shù)據(jù)后，必須用軟件清0，以準(zhǔn)備開始接收下一幀數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)復(fù)位時，SCON的所有位均被清0。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、MCS-51單片機的串行通信（3）電源控制寄存器P

10、CONPCON是為單片機的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是87H，其結(jié)構(gòu)格式如下：PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位符號 SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL 在CHMOS型單片機中，除SMOD位外，其他位均為虛設(shè)的。SMOD是串行口波特率設(shè)置位，在方式1、2、3時起作用。若SMOD=0，波特率不變；若SMOD=1，波特率加倍。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時， SMOD=0。任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈一、 74LS164簡介74LS164是8位移位寄存器，它能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸從串行輸入到并行輸出的方式轉(zhuǎn)化，在單片機應(yīng)用技術(shù)中常用來實現(xiàn)對I/O口的擴展

11、。下圖所示為74LS164的引腳分布與IEC邏輯符號：任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈二、 74LS164簡介174LS164的引腳說明74LS164的引腳說明如右表所示： 274LS164使用說明清除端 為低電平時將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平；清除端 為高電平時將允許數(shù)據(jù)的傳輸。串行數(shù)據(jù)輸入端DSA、DSB同時具有控制數(shù)據(jù)輸入的功能。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端DSA 或 DSB之一串行輸入：當(dāng)DSA、DSB中任意一端為低電平時，就會禁止數(shù)據(jù)的輸入，在時鐘端CP脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平；當(dāng) DSA、DSB有一個為高電平用作使能端時，則

12、另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CP脈沖上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)。在每次CP脈沖上升沿，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0。Q0 實際上是兩個數(shù)據(jù)輸入端DSA和DSB的邏輯與，兩個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。二、硬件電路設(shè)計三、軟件程序設(shè)計任務(wù)6-13 使用串行口方式0串并轉(zhuǎn)換控制流水燈項目14 單片機控制單片機任務(wù)6-14-1 使用串口方式1進行單工通信任務(wù)6-14-2 使用串口方式3進行單工通信任務(wù)6-14-1 使用串口方式1進行單工通信一、MCS-51單片機串行口工作方式（一）MCS-51單片機串行口有4種工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。一、方式0

13、1數(shù)據(jù)發(fā)送當(dāng)SCON中的SM0SM1=00時，串行口工作在方式0。若要發(fā)送數(shù)據(jù)，通常需外接8位串/并轉(zhuǎn)換移位寄存器74LS164，具體連接電路如右圖所示。其中RXD端用來輸出串行數(shù)據(jù)，TXD端用來輸出移位脈沖，P1.7引腳用來對74LS164進行清0。發(fā)送數(shù)據(jù)前，P1.7引腳先發(fā)出一個清0信號（低電平）到74LS164的第9引腳，對其進行清0，讓D0D7全部為0。然后讓單片機執(zhí)行寫SBUF命令，只要將數(shù)據(jù)寫入SBUF，單片機即自動開始數(shù)據(jù)發(fā)送，從RXD（P3.0）引腳送出8位數(shù)據(jù)。與此同時，單片機TXD端輸出移位脈沖到74LS164的第8引腳（時鐘引腳），使74LS164按照先低位后高位的順序

14、從RXD端接收8位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，74LS164的D0D7端即輸出8位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，SCON的發(fā)送中斷標(biāo)志位TI自動置“1”。為繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，需用軟件將TI清0。任務(wù)6-14-1 使用串口方式1進行單工通信一、MCS-51單片機串行口工作方式（一）一、方式02數(shù)據(jù)接收要接收數(shù)據(jù)，需在單片機外部連接8位并/串轉(zhuǎn)換移位寄存器74LS165，連接電路如右圖所示。圖中，RXD端用來接收輸入的串行數(shù)據(jù)，TXD端用來輸出移位脈沖，P3.7引腳用來對74LS165的數(shù)據(jù)進行鎖存。首先從P3.7引腳發(fā)出一個低電平信號到74LS165的引腳1，鎖存由D7D0端輸入的8位數(shù)據(jù)，然后由單片機執(zhí)行讀SBU

15、F指令開始接收數(shù)據(jù)。同時TXD端送移位脈沖到74LS165的第2引腳（時鐘引腳），使數(shù)據(jù)逐位從RXD端送入單片機。在串行口接收到一幀數(shù)據(jù)后，SCON的接收中斷標(biāo)志位RI自動置“1”。為繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，需用軟件將RI清0。在方式0中，串行通信口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的波特率都是 /12。任務(wù)6-14-1 使用串口方式1進行單工通信一、MCS-51單片機串行口工作方式（一）二、方式1當(dāng)SCON中的SM0SM1=01時，串行通信口工作于方式1。此時，可發(fā)送或接收的一幀信息共10位，1位起始位（低電平“0”），8位數(shù)據(jù)位（D0D7），1位停止位（高電平“1”）。1數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)時，用指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖SB

16、UF中，發(fā)送控制器在移位脈沖（由T1產(chǎn)生的信號經(jīng)16或32分頻得到）的控制下，先從TXD引腳輸出一個起始位，然后再逐位將8位數(shù)據(jù)從TXD端送出。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，發(fā)送控制器馬上將SCON中的TI位置“1”，向CPU發(fā)出中斷請求，同時從TXD端輸出停止位（高電平“1”）。為繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，需用軟件將TI清0。2數(shù)據(jù)接收在REN=1時，方式1允許接收。串行口開始采樣RXD引腳，當(dāng)采樣到“1”至“0”的負跳變信號時，確認是開始“0”，就開始啟動接收，將輸入的8位數(shù)據(jù)逐位移入內(nèi)部的輸入移位寄存器。如果接收不到起始位，則重新檢測RXD引腳上是否有負跳變。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢后，必須同時滿足以下2個條件

17、，這幀數(shù)據(jù)接收才真正有效。（1）RI=0，即無中斷請求；或者在上一幀數(shù)據(jù)接收完成時，RI=1發(fā)出的中斷請求已經(jīng)被響應(yīng)，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走，SBUF已空。（2）SM2=0。若這2個條件不能同時滿足，接收到的數(shù)據(jù)不會裝入SBUF，該幀數(shù)據(jù)將丟失。二、硬件電路設(shè)計三、軟件程序設(shè)計任務(wù)6-14-1 使用串口方式1進行單工通信任務(wù)6-14-2 使用串口方式3進行單工通信一、MCS-51單片機串行口工作方式（二）三、方式2當(dāng)SCON中的SM0SM1=10時，串行口工作在方式2。在此方式下每幀數(shù)據(jù)均為11位，即1位起始位（低電平“0”），8位數(shù)據(jù)位，1位可編程的第9位和1位停止位（高電平“1”）。其中

18、第9位數(shù)據(jù)（TB8）可作奇偶校驗位，也可作多機通信的數(shù)據(jù)、地址標(biāo)志位。1數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送前，先要根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（第9位數(shù)據(jù)）。然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，即可啟動發(fā)送過程。串行口能自動將TB8取走，并裝入到第9位數(shù)據(jù)的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后，將SCON中的TI位置“1”，向CPU發(fā)出中斷請求。為繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，需用軟件將TI清0。2數(shù)據(jù)接收在方式2中，需要先設(shè)置SCON中的REN=1，串行通信口才允許接收數(shù)據(jù)。然后當(dāng)RXD端檢測到有負跳變時，即說明外部設(shè)備發(fā)來了數(shù)據(jù)的起始位，開始接收此幀數(shù)據(jù)的有效字節(jié)。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢以后，必須同時滿足以下兩個條件，這幀數(shù)據(jù)的接收才真正有效。（1）RI=0，意味著接收緩沖器SBUF為空。（2）SM2=0。當(dāng)上述兩個條件滿足時，接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)送入RB8，并由硬件自動對RI置1。若不滿足這兩個條件，接收的信息將被丟棄。任務(wù)6-14-2 使用串口方式3進行單工通信一、MCS-51單片機串行口工作方式（二）四、方式3當(dāng)SCON中的SM0SM1=11時，串行口工作在方式3。方式3與方式2一樣，傳送的一幀數(shù)據(jù)都是11位，工作原理也相同。兩者的區(qū)別僅在于波特率不同。串口工作方式常用波特率晶振頻率（