第8章 80C51單片機串行通信

教學(xué)基本要求：

（1）、了解串行通信的基礎(chǔ)知識；（2）、熟悉單片機串行口的結(jié)構(gòu)及工作原理；（3）、掌握單片機串行通信控制寄存器的功能；（4）、掌握單片機串行通信的工作方式；教學(xué)重點：（1）、串行控制寄存器SCON的功能；（2）、串行工作方式0；教學(xué)難點：

（1）、串行工作方式0的程序設(shè)計；第8章80C51單片機串行通信8.1串行通信基礎(chǔ)知識8.1.1異步通信和同步通信在計算機系統(tǒng)中，CPU和外部通信有以下兩種方式：（a）并行通信：各數(shù)據(jù)位同時傳送，速度快、效率高；（b）串行通信：數(shù)據(jù)傳送按位順序進行，成本低、速度慢；串行通信又分為異步和同步方式，單片機中常使用異步通信方式。（1）異步串行通信的字符格式異步串行通信以字符為單位，即一次傳送一個字符。異步串行通信的字符格式如下：（a）信息兩種狀態(tài)分別以mark和space標志，“mark”譯為“標號”對應(yīng)邏輯“1”狀態(tài)，在發(fā)送器空閑時，數(shù)據(jù)線應(yīng)保持在mark狀態(tài)；“space”譯為“空格”，對應(yīng)邏輯“0”狀態(tài)。（b）起始位：發(fā)送器是通過發(fā)送起始位而開始一個字符的傳送，起始位使數(shù)據(jù)線處于“SPACE”狀態(tài)。（c）數(shù)據(jù)位：起始位之后就傳送數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)位中、低位在前（左）、高位在后（右）。數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位。（d）奇偶校驗位：用于對字符傳送作正確性檢查，3種可能：奇、偶或無校驗。（e）停止位：處于最后，用以標志一個字符傳送的結(jié)束，它對應(yīng)于mark狀態(tài)，停止位可能是1，1.5或2位。

（f）位時間：一個數(shù)據(jù)位的時間寬度。（g）幀（frame）：從起始位到停止位結(jié)束的時間。

（2）異步串行通信的信號形式（a）近程通信：采用數(shù)字信號直接傳送形式，即在傳送過程中不改變原數(shù)據(jù)代碼的波形頻率。

（b）遠程通信：采用頻率調(diào)制法，即以不同頻率的載波信號代表數(shù)字信號的兩種不同電平狀態(tài)，也稱頻帶傳送方式，因此，應(yīng)采用調(diào)制解調(diào)器（modem）。（3）串行通信的數(shù)據(jù)通路形式

（a）單工形式

（b）半雙工形式

（c）全雙工形式（4）串行通信的傳送速率波特率：每秒傳送數(shù)據(jù)位的數(shù)目（bps）位/秒

1波特=1bps(位/秒)（5）串行接口電路串行接口電路也稱之為通用異步接收發(fā)送器（UART）。電路組成：（1）接收器；（2）發(fā)送器；（3）控制器；主要功能：（1）數(shù)據(jù)串行化/反串行化，并行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)；（2）格式信息的插入，濾除；格式信息：啟始位，奇偶位，停止位。（3）錯誤檢驗用于檢驗數(shù)據(jù)通信過程是否正確。8.280C51串行口8.2.180C51串行口硬件結(jié)構(gòu)

80C51串行口硬件結(jié)構(gòu)如圖所示

SBUF：串行口寄存器，專用寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器，具有同一地址（99H）。串行發(fā)送時：向SBUF寫入數(shù)據(jù)；串行接收時：從SBUF讀出數(shù)據(jù)；移位寄存器：與接收寄存器構(gòu)成雙緩沖結(jié)構(gòu)。在接收方式下，串行數(shù)據(jù)通過引腳RXD（P3.0）進入，由于接收SBUF和移位寄存器構(gòu)成了雙緩沖結(jié)構(gòu)，所以，在數(shù)據(jù)接收過程中，可以避免出現(xiàn)幀重疊錯誤。在發(fā)送方式下，串行數(shù)據(jù)通過引腳TXD（P3.1）送出。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，CPU處于主動狀態(tài)，不會發(fā)生幀重疊錯誤，因此，發(fā)送電路不需要雙緩沖結(jié)構(gòu)。MCS-51單片機串行口結(jié)構(gòu)如圖所示8.2.2串行口控制機制

與串行通信有關(guān)的控制寄存器共有3個：（1）串行控制寄存器SCON（字節(jié)地址：98H；位地址：9FH～98H）

SCON的格式如下：位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

位符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI各位功能說明如下：（a）SM0，SM1：串行口工作方式選擇位SM0SM1工作方式000011102113（b）SM2：多機通信控制位多機通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3處于接收方式時，若SM2=1,且接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為0時，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1時，則置RI=1。在方式2、3處于接收或發(fā)送方式時，若SM2=0，不論接收到的第9位RB8為0還是為1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1處于接收時，若SM2=1，則只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2應(yīng)為0。（c）REN：允許接收位

它由軟件置位或清零。REN=1時，允許接收；REN=0時，禁止接收。（d）TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8

在方式2和方式3中，TB8的內(nèi)容是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，其值由用戶通過軟件置位或復(fù)位。在雙機通信時，TB8可做奇偶校驗位使用；在多機通信時，常以TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀（TB8=0，數(shù)據(jù)幀；TB8=1，地址幀）。（e）RB8：接收數(shù)據(jù)位8

在方式2和方式3中，RB8的內(nèi)容是接收到的第9位數(shù)據(jù)，代表著接收數(shù)據(jù)的某種特征（與TB8功能類似）。（f）TI發(fā)送中斷標志位

在方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其它方式中，在發(fā)送停止位之前由硬件置位。因此，TI=1，表示幀發(fā)送結(jié)束?？捎弥噶頙BCTI，rel來查詢是否發(fā)送結(jié)束。TI=1時，也可向CPU申請中斷，響應(yīng)中斷后，必須由軟件清除TI（TI=0）。

（g）RI：接收中斷標志位在方式0中，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位時由硬件置位。因此，RI=1，表示幀接收結(jié)束。同TI一樣，也可以通過JBCRI，rel來查詢是否接收完一幀數(shù)據(jù)。RI=1時，也可申請中斷，響應(yīng)中斷后，必須由軟件清除RI。（2）電源控制寄存器PCON（字節(jié)地址87H）電源控制寄存器PCON是為CHMOS型單片機的電源控制而設(shè)置的。SMOD：串行口波特率的倍增位。SMOD=1：串行口波特率加倍，系統(tǒng)復(fù)位后SMOD=0。位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符號SMOD///GF1GF0PDID（3）中斷允許寄存器IE（字節(jié)地址0A8H，位地址0AFH～0A8H）

ES：串行中斷允許位；（a）ES=0：禁止串行中斷（b）ES=1：允許串行中斷

位地址0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8H位符號EA//ESET1EX1ET0EX08.380C51串行口工作方式SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可變10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可變

MCS-51單片機的串行口有4種工作方式，基本情況如下：

從表中可以看出，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，其值由定時器T1的溢出率控制。8.3.1串行工作方式0

在方式0下,串行口作為同步移位寄存器使用，波特率固定為fosc/12，RXD（P3.0）：數(shù)據(jù)移位的出入口；TXD（P3.1）：提供移位時鐘脈沖。移位數(shù)據(jù)發(fā)送,接收以8位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，低位在前，高位在后。

…D0D1D2D3D4D5D6D7…（1）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收使用方式0實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位輸入輸出時，實際上把串行口變成為并行口使用。串行口作為并行口輸入輸出使用時，必須要有“并入串出”（CD4014、74LS165）和“串入并出”（CD4094、74LS164）移位寄存器的配合。（a）串行口作并行口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出（b）串行口作并行口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入（2）應(yīng)用舉例例：使用CD4094的并行輸出端接8支發(fā)光二極管,利用它的串入并出功能，把發(fā)光二極管從左向右依此點亮，并反復(fù)循環(huán)之。假設(shè)發(fā)光二極管為共陰極型，電路如圖所示。解：當串行口把8位狀態(tài)碼串行移位輸出后，TI置1，如把TI作狀態(tài)查詢標志，則可使用查詢法進行程序設(shè)計。

ORG0000H LJMPMAIN ORG0100HMAIN:MOVSCON，#00H；串行口方式0工作

CLRES；

MOVA，#80H；發(fā)光二極管從左亮起

DELR：CLRP1.0；關(guān)閉（關(guān)）并行輸出

MOVSBUF，A；串行輸出

JNBTI，$；狀態(tài)查詢

SETBP1.0；開啟并行輸出

ACALLDELAY；狀態(tài)維持（DELAY延時子程序）

CLRTI；清發(fā)送中斷標志

RRA；發(fā)光右移

AJMPDELR；繼續(xù)

END思考題：如采用中斷方法，應(yīng)如何修改程序？#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitP1_0=P1^0;uchar

aa;voidmain(){ SCON=0x00; ES=0;

aa=0x80; while(1) { P1_0=0; SBUF=aa;

if(TI==1) { P1_0=1; delay(); TI=0;

aa=_cror_(aa,1); }}}*8.3.2串行工作方式1

串行工作方式1是10位為一幀的異步串行通信方式，這種工作方式是為雙機通信而準備的。幀格式包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。數(shù)據(jù)發(fā)送：是由一條寫發(fā)送寄存器(SBUF)的指令開始，隨后在串行口由硬件自動加入起始位和停止位，構(gòu)成一個完整的幀格式，然后在移位脈沖的作用下，由TXD端串行輸出。一個字符幀發(fā)送完后，使TXD輸出線維持在1狀態(tài)下，并將SCON寄存器的TI位置1，通知CPU可以接著發(fā)送下一個字符。數(shù)據(jù)接收：SCON的REN位應(yīng)處于允許接收狀態(tài)，即REN＝1。在此前提下，串行口采樣RXD端，當采樣到從1到0的狀態(tài)跳變時，就認為已接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)位移入接收寄存器中。直到停止位到來之后置位中斷標志位RI，通知CPU從SBUF取走接收到的一個字符。*8.3.3串行工作方式2和3串行工作方式2和3都是11位為一幀的串行通信方式，即1個起始位、9個數(shù)據(jù)位和1個停止位。在這兩種工作方式下，字符還是8個數(shù)據(jù)位，只不過增加了一個第9數(shù)據(jù)位(D8），它是一個可編程位，其功能由用戶設(shè)定。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，應(yīng)予先在串行口控制寄存器SCON的TB8位中把第9個數(shù)據(jù)位的內(nèi)容準備好。這兩種工作方式的數(shù)據(jù)接收過程也與方式1基本類似，不同點仍在第9數(shù)據(jù)位上，串行口把接收到的前8個數(shù)據(jù)位移入SBUF，而把第9數(shù)據(jù)位送SCON的RB8。串行工作方式2和3是為多機通信而準備的。兩者的工作過程相同，差別僅在于波特率的設(shè)置，方式2的波特率是固定的，而方式3的波特率可由用戶根據(jù)需要設(shè)定，設(shè)定方法與方式1相同。*8.