單片機(jī)第十章串行口

1、單片機(jī)第十章串行口1第1頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二二串行通訊的字符格式：1.異步通訊： 傳送方向. 1 數(shù)據(jù) 0 . 1 數(shù)據(jù) 0. 1 數(shù)據(jù) 0 停止位 起始位 停止位 起始位 停止位 起始位 若干空閑位 數(shù)據(jù)中信息的兩種狀態(tài)分別以mark 和space 標(biāo)志,其中： mark譯為”標(biāo)號(hào)”，對(duì)應(yīng)邏輯1的狀態(tài)。 Space譯為”空格”，對(duì)應(yīng)邏輯0的狀態(tài)。 2第2頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二每一幀數(shù)據(jù)均以0開始,以1終止,中間傳送的數(shù)據(jù)位可以是5位,7位,8位均可,中間有若干空閑位,空閑時(shí)一般處于1的狀態(tài)。 異步通訊比較靈活，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單

2、2. 同步通訊：選用一個(gè)同步字符，例如0010010發(fā)送過去，約定同時(shí)開始同步傳送。 傳送方向 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 同步字符數(shù)據(jù)之間沒有間隔，可連續(xù)發(fā)送。 3第3頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二比較：同步傳送效率比異步高。如果傳送200個(gè)字節(jié)加一各同步字符，則輔助數(shù)據(jù)只佔(zhàn)0.5若用異步傳送到200個(gè)字節(jié)則至少有400位輔助數(shù)據(jù),其數(shù)量可觀。三.異步串行通訊的信號(hào)格式： 1近程通訊 RS232 TXD甲機(jī) RXD GND1488148914891488RXD乙機(jī)TXD GNDTTLTTLTTLTTLRS2324第4頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二近

3、程通訊采用數(shù)字信號(hào)直接傳送方式：計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號(hào)是TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，而通信線上的數(shù)據(jù)信號(hào)是RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)。盡管電平標(biāo)準(zhǔn)不同，但數(shù)據(jù)信號(hào)的波形和頻率并沒有改變，近程串行通訊只需用傳輸線把兩端接口電路直接連接起來即可實(shí)現(xiàn)。RS-232和TTL電平標(biāo)準(zhǔn)的邏輯值規(guī)定為： RS-232標(biāo)準(zhǔn) TTL標(biāo)準(zhǔn)邏輯1(mark) -3 -25V 2 5V (高電平額定值3V)邏輯0（space） +3 +25V 0 0.8V(低電平額定值0.2V)5第5頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二2遠(yuǎn)程通訊在遠(yuǎn)程通訊中，應(yīng)使用專用通信電纜，出于經(jīng)濟(jì)的考慮，通常使用電話線作為傳輸線，如圖：計(jì)算機(jī)M

4、ODEMMODEM計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)RS-232標(biāo)準(zhǔn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)電話線地地6第6頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二遠(yuǎn)距離直接傳送數(shù)字信號(hào)，信號(hào)會(huì)發(fā)生畸變，為此要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)再進(jìn)行傳送，通常使用頻率調(diào)制法，即以不同頻率的載波信號(hào)代表數(shù)字信號(hào)的兩種不同電平狀態(tài)，這種數(shù)據(jù)傳送方式稱為頻帶傳送方式。通常為：mark：1270HZ 或 2225HZspace：1070HZ 或 2025HZ在串行通信發(fā)送端有調(diào)制器，用以把電平信號(hào)調(diào)制為頻率信號(hào)，而在接收端有解調(diào)器，用以把頻率信號(hào)解調(diào)為電平信號(hào)。通常串行通信兩端均具有發(fā)送接收功能，因此均應(yīng)設(shè)置調(diào)制器和解調(diào)器，

5、二者合二為一為調(diào)制解調(diào)器，即MODEM。 7第7頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二四.串行通訊的數(shù)據(jù)通路形式：1. 單工形式數(shù)據(jù)單向傳送，只需一條傳輸線。2.半雙工形式數(shù)據(jù)傳送是雙向，但不可同時(shí)進(jìn)行。傳輸線可用一條，也可用兩條。3.全雙工形式數(shù)據(jù)傳送是雙向，且可同時(shí)發(fā)送接收。需兩條傳輸線。ABABAB8第8頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二五.串行通訊的傳送速率： 用每秒傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)衡量，稱波特率 (baudrate) 以波特為單位 1波特 = 1bit/s (位/秒) 例如電傳打字機(jī)傳送速率為每秒10個(gè)字符，每個(gè)字符11位， 則波特率為： 11位/字

6、符 10字符/秒 = 110位/秒 即110波特 傳送一位需時(shí)間： 1/110 秒 9.1msMCS-51系列單片機(jī)具有一個(gè)全雙工的串行口，它在不同的工作方式中可同步或異步發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。其波特率范圍：以6MHZ晶振為例、為0.24波特 31250波特9第9頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二 第二節(jié) 8031單片機(jī)串行口的控制及工作方式串行口的接收端為P3.0 (10腳)稱RXD ，發(fā)送端為P3.1(11腳)稱TXD。一. 8031串行口的控制寄存器：1.串行口控制寄存器SCON 字節(jié)地址98H 可位尋址。SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 00：方

7、式0 接收中斷標(biāo)志 01：方式1 發(fā)送中斷標(biāo)志 10：方式2 1：允許接收 接收到的第9位 11：方式3 0：禁止接收 待發(fā)送的第9位10第10頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二例：使串行口方式1發(fā)送 MOV SCON , #40H 0 1 0 0 0 0 0 0 方式1 禁止接收 2. PCON 字節(jié)地址87H D7 SMOD 只有最高位D7位有定義，SMOD稱波特率選擇位。SMOD為1時(shí)比為0時(shí)波特率高一倍。3. 串行通道數(shù)據(jù)寄存器 SBUF 它是兩個(gè)9位移位寄存器，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，只寫不讀，另一個(gè)是接收緩沖器，只讀不寫，它們共用一個(gè)地址 99H11第11頁，共36頁

8、，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二二串行口的四種工作方式：1方式0移位寄存器輸入輸出方式，同步發(fā)送接收8位數(shù)據(jù)，每個(gè)機(jī)器周期移一位。如圖:DSADSBCP 74LS164 Q0 Q7 RXD TXD8031 RXD TXD8031Q7CP 74LS165 D0 D7 輸出方式 輸入方式12第12頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二方式0輸出的基本指令： MOV SCON ,#00H ;SM0 = SM1 = 0，選方式0 MOV A, #nnH ;取待輸出數(shù)據(jù)nnH CLR TI ;清發(fā)送中斷標(biāo)志 MOV SBUF , A ;對(duì)SBUF寫入即啟動(dòng)發(fā)送，TXD端每個(gè)機(jī)器

9、周 期發(fā)出一個(gè)移位脈沖，數(shù)據(jù)即從RXD端 輸出一位，74LS164的CP端每接收TXD端 一個(gè)移位脈沖， 數(shù)據(jù)右移一次，輸出時(shí) 以并行方式出現(xiàn)。WAIT: JNB TI , WAIT ;發(fā)送一個(gè)字節(jié)后TI =1 標(biāo)志一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 CLR TI ;清發(fā)送中斷標(biāo)志， 準(zhǔn) 備發(fā)送下一字節(jié)13第13頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二方式0輸入： 當(dāng)REN = 1，接收中斷標(biāo)志RI = 0，則啟動(dòng)接收，移位脈沖仍從TXD端輸出，數(shù)據(jù)從RXD端輸入，當(dāng)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)輸入完畢時(shí)，置1接收中斷標(biāo)志RI。2.方式1異步通訊。發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為10位，其格式是： 1 8 位 數(shù) 據(jù) 0 S

10、CON 中SM0, SM1 為01則選方式114第14頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二發(fā)送過程：?jiǎn)?dòng)發(fā)送：執(zhí)行一條訪問SBUF的指令即啟動(dòng)發(fā)送， 且同時(shí)1裝 入第9位。發(fā)送一位的時(shí)間：由選定的波特率決定。發(fā)送過程：首先起始位0從 TXD腳發(fā)出，且第9位寫入1， 然后每個(gè)移位脈沖將SBUF中數(shù)據(jù)右移一位， 從TXD輸出，空位由0填充。 發(fā)送結(jié)束后，置位發(fā)送中斷標(biāo)志TI，申請(qǐng)中斷。 15第15頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二接收過程：當(dāng)REN = 1，且接收中斷標(biāo)志RI = 0時(shí)，允許接收。 判斷起始位：以選定波特率的16倍速率采樣RXD端，當(dāng)連續(xù)三次采

11、樣中有兩次是0時(shí)，則確認(rèn)為起始位0，此時(shí)開始一幀數(shù)據(jù)的接收。 開始接收：1FFH寫入移位寄存器，每個(gè)位移脈沖左移一位，一幀數(shù)據(jù)接收完后置1接收中斷標(biāo)志，申請(qǐng)中斷。移位脈沖的頻率由選定波特率決定。 判斷保留數(shù)據(jù)的條件保留數(shù)據(jù)的條件是：RI=0 、SM2=0 或者RI=0、停止位為1，符合兩組條件其中之一則將數(shù)據(jù)保留在SBUF中，并置位接收中斷標(biāo)志RI。若不符合保留數(shù)據(jù)的條件，則將收到的數(shù)據(jù)丟棄，重新檢測(cè)RXD端以備下次接收。 16第16頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二3.方式2.異步發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為11位，其格式為： 1 第9位 8 位 數(shù) 據(jù) 0 發(fā)送與接收操作同方式

12、1，注意保留數(shù)據(jù)的兩組條件為：RI=0、SM2=0 或者 RI=0、第9位數(shù)據(jù)為14.方式3與方式2相同的是異步接收發(fā)送一幀數(shù)據(jù)是11位，但波特率與方式2不同。注：所有方式當(dāng)發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)置1 TI和RI中斷標(biāo)志后，必須軟件清0，以備下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。 17第17頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二三.SCON中的TB8、RB8 第9位數(shù)據(jù)的用法舉例 在數(shù)據(jù)通訊中，由于傳輸距離較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過程中可能發(fā)生畸變，從而引起誤碼，為了保證傳輸質(zhì)量，除了硬件上采取措施之外，軟件可采取排錯(cuò)措施，例如可用第9位數(shù)據(jù)作為奇偶檢驗(yàn)。例：發(fā)送端發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)及奇偶位：MOV

13、SCON, #80H ;選串行口方式2，傳送11位數(shù)據(jù)MOV A, #DATA ;待發(fā)送8位數(shù)據(jù)送A，注意此時(shí)A的 內(nèi)容將影響PSW中的奇偶標(biāo)志 P ,即PSW.0MOV C , PSW.0 ;奇偶標(biāo)志送C，奇為1、偶為0MOV TB8 , C ;奇偶標(biāo)志送TB8 ，待發(fā)送的第9位MOV SBUF , A ;啟動(dòng)一次發(fā)送共11位數(shù)據(jù)LOOP: JBC TI ,NEXT ;TI = 1時(shí)，一幀數(shù)據(jù)發(fā)完，清TI轉(zhuǎn)下SJMP LOOP.NEXT: 18第18頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二接收端將收到的數(shù)據(jù)用奇偶校驗(yàn)位進(jìn)行核對(duì)排錯(cuò)： MOV SCON , #90H ;選方式2，

14、10010000，REN = =1，允許接收 LOOP：JBC RI ,RIV ;等待接收完畢 SJMP LOOP RIV ：MOV A, SBUF ;接收完一幀數(shù)據(jù)取出送A 此時(shí)收到的數(shù)據(jù)將影響PSW中奇偶位PSW.0 JB PSW.0,ONE ;為奇跳下 JB RB8 , ERR ;接收到的數(shù)據(jù)為偶，而第9位為1，出錯(cuò) SJMP LD ;接收正確 ONE： JNB RB8 , ERR ;接收到的第9位不為1，出錯(cuò) LD ： ;接收正確 ERR：. ;接收出錯(cuò)處理，可通知對(duì)方重發(fā)19第19頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二四.用SCON中的SM2實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊在方式2和方式

15、3中，當(dāng)接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，只有符合下列條件之一數(shù)據(jù)才會(huì)被保留，否則將被丟棄： RI = 0 RI = 0SM2 = 0 第九位數(shù)據(jù)為11.多機(jī)通訊時(shí)約定主機(jī)發(fā)出地址信息時(shí)第9位為1，而數(shù)據(jù)信息第9位為0，且初始化時(shí)使SM2 = 1 2.主機(jī)先向各從機(jī)發(fā)出地址信息，此時(shí)由于地址信息第9位為1，各從機(jī)接收到的信息均符合第組條件而被接收保存，各從機(jī)即將收到的地址信息與自己的地址相比較，如果與本機(jī)地址相符則使SM2=020第20頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二 3. 隨后主機(jī)向各從機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)，第9位為0，各從機(jī)收到后均不符合條件，只有地址相符的從機(jī)由于SM2 = 0符合條件而保存

16、接收到的數(shù)據(jù)信息，其余各從機(jī)均將數(shù)據(jù)信息丟棄，這就實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多機(jī)通訊。 第三節(jié) 波特率的制定方法一.方式0： 以下以B代表波特率，以 f 代表晶振頻率 方式0的波特率固定為晶振頻率的1/12 例如6M晶振，則 B = 6M/12=0.5M位/秒 = 0.5106波特 傳送一位所需時(shí)間是： 2微秒注：方式0波特率只與晶振頻率 f 有關(guān)，f 愈大傳送速度愈快。21第21頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二二.方式2： B = f2SMOD/64 其中SMOD是PCON的最高位，可為0或1，以f = 6M為例：當(dāng)SMOD = 0 B = 6M20/64 = 93750 波特當(dāng)S

17、MOD = 1 B = 6M21/64 = 187500 波特注：方式2波特率與晶振頻率和SMOD有關(guān)，一經(jīng)選定晶振頻率，波特率只有兩種可選擇。 22第22頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二三.方式1和方式3： B = T1溢出率2SMOD/32什么是溢出率？溢出率即定時(shí)器每秒溢出的次數(shù)。由于定時(shí)器工作于不同的工作方式時(shí)，具有不同的計(jì)數(shù)器位數(shù)，(13位、16位、8位)，裝入不同的初始常數(shù)，因此溢出率也不同。下面從溢出周期(隔多長時(shí)間溢出一次)來推出溢出率：23第23頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二溢出周期： T = TC + TI 式中：TC 為定時(shí)器

18、的定時(shí)間隔 TC = ( 2N - Z ) 機(jī)器周期 其中Z是定時(shí)器的初始常數(shù)N當(dāng)定時(shí)器選擇方式0、1、2時(shí)分別為13、16、8機(jī)器周期為 12/f 24第24頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二TI 為本次定時(shí)結(jié)束到下次啟動(dòng)定時(shí)的時(shí)間，它包括：a：轉(zhuǎn)入中斷入口的硬件子程序所需的3個(gè)機(jī)器周期b：中斷服務(wù)程序中重裝時(shí)間常數(shù)又返回所需時(shí)間， 一般為 6個(gè)機(jī)器周期TI = 912/f 所以，溢出周期為：T = TC + TI = ( 2N - Z ) 12/f + 912/f = ( 2N - Z + 9)12/f f 溢出率 = 1/ T = ( 2N - Z + 9)1225第

19、25頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二 需要說明的是上述公式是對(duì)定時(shí)器方式0和1而言，對(duì)于定時(shí)器方式2則由于可自動(dòng)重裝時(shí)間常數(shù)而省去了轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)重裝時(shí)間常數(shù)所需的9個(gè)機(jī)器周期，即TI = 0 因此定時(shí)器方式2時(shí)溢出率為： f 溢出率 = ( 2N - Z )12 26第26頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二 綜上分析，串行口方式1和方式3的波特率計(jì)算公式為：T1工作于方式0和方式1時(shí)B = f 2SMOD N = 13或16 (2N - Z + 9)12 32 T1工作于方式2時(shí) B = f 2SMOD N = 8 (2N Z)12 32 27第27頁

20、，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二由式 以f = 6M 為例T1方式0：當(dāng)SMOD = 0、 Z = 0時(shí)獲得最小波特率： B = 1.9052波特 當(dāng)SMOD = 1、 Z = 1FFFH時(shí)獲得最大波特率： B = 3125波特T1方式1：波特率范圍為 0.24 3125波特 由式，T1方式2：波特率范圍為61 31250 波特28第28頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二例 編一程序，設(shè)置8031串行口可發(fā)送接收一幀數(shù)據(jù)為11位，其波特率選定125波特。設(shè)晶振頻率為6MHZ分析： 1.方式2和方式3可發(fā)送接收11位數(shù)據(jù)。 若選方式2 B = f2SMOD

21、/64 = 610 62SMOD/64當(dāng)SMOD = 0時(shí) B = 93750波特當(dāng)SMOD = 1時(shí) B = 187500波特 均不可滿足125波特，因此只能選方式3SCON： 1 1 0 1 0 0 0 0 方式3 允許接收 D0H29第29頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二2.設(shè)置計(jì)算波特率：選T1方式2，其波特率范圍為 61 31250 波特可滿足125波特。T1工作于方式2時(shí) B = f 2SMOD 選SMOD = 1 (2N Z)12 32 則：B = 6106 21 = 125 解之得 Z = 6 (28 Z)12 32 30第30頁，共36頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期二程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0023H AJMP PPT0MAIN: MOV SP , # 60H MOV SCON , # 0D0H ;串行口方式3，允許接收 MOV PCON , # 80H ;SMOD = 1 MOV TMOD , # 00100000B ;T1方式2定時(shí) MOV TL1 , # 06H ;設(shè)置波特率125波特 MOV TH1 , # 06H SE