第6章-單片機(jī)串行口

第6章單片機(jī)串行口主要內(nèi)容：6.1串行通信的基本概念6.2MCS-51串行接口的基本結(jié)構(gòu)6.3串行口的工作方式6.4串行口波特率的確定及串行口初始化6.5串行口的應(yīng)用重點(diǎn)、難點(diǎn)：掌握單片機(jī)與外部通信基本方式；了解串行通信的分類，掌握異步通信的原理、幀格式；了解常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。了解單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)，掌握控制寄存器SCON的使用方法。掌握單片機(jī)串行口的工作方式及使用方法。掌握串行口波特率的設(shè)置。了解方式0進(jìn)行串并口的擴(kuò)展，掌握雙機(jī)通信及多機(jī)通信的原理及編程（中斷和查詢）方法。掌握RS232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，了解RS485通信原理。（1）并行通信多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)傳輸,速度快。因傳輸線多，特別適用于近距離通信。（2）串行通信數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸，速度慢。因傳輸線少，特別適用于遠(yuǎn)距離通信。6.1串行通信的基本概念1.串行通信的分類（1）異步通信以字符為單位傳送，字符間隔不固定發(fā)送端和接收端時(shí)鐘彼此獨(dú)立（異步）通信雙方須規(guī)定相同的字符幀格式和波特率①字符幀格式由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校檢位、停止位等4部分組成。起始位：位于字符的開(kāi)頭，1位，用低電平0表示，表示字符的開(kāi)始，通知接收端準(zhǔn)備接收。數(shù)據(jù)位；緊跟在起始位之后，可以是5-8位數(shù)據(jù)，發(fā)送時(shí)低位在前，高位在后。奇偶校驗(yàn)位：1位，位于數(shù)據(jù)位之后，用戶根據(jù)需要加入。用來(lái)表示串行通信中采用奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)。停止位：位于字符最后，以高電平1表示字符的結(jié)束，告訴接收端本幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，為下一幀數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。②波特率波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，其單位為bps（bitspersecond），是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標(biāo)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps。假如在異步串行通信中，傳送一個(gè)字符，包括12位（其中有1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，2個(gè)停止位），其傳輸速率是1200b/s，每秒所能傳送的字符數(shù)是1200/（1+8+1+2）=100個(gè)。（2）同步通信一個(gè)信息幀中包含許多字符，每個(gè)信息幀用同步字符作為開(kāi)始。由統(tǒng)一的時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的嚴(yán)格同步接收端檢測(cè)到有一串?dāng)?shù)位和同步字符相匹配時(shí)，把此后的數(shù)位作為實(shí)際傳輸信息來(lái)處理。同步信息幀通常由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC三部分組成。同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)字符1數(shù)據(jù)字符2……數(shù)據(jù)字符nCRC1CRC22.串行通信的數(shù)據(jù)傳輸方式（1）單工方式：信息傳送只能在一個(gè)方向上進(jìn)行。（2）半雙工方式：通信雙方之間也只有一根數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線，通過(guò)接收和發(fā)送轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使得雙方可以交替進(jìn)行發(fā)送和接收，但兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送不能同時(shí)進(jìn)行。（3）全雙工方式：通信雙方之間有兩條數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線，可以在同一時(shí)刻進(jìn)行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送。6.2MCS-51串行接口的基本結(jié)構(gòu)1.串行口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的串行接口是全雙工的。該接口有兩根串行通信傳輸線RXD（P3.0）和TXD（P3.l），數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送就是通過(guò)這兩根信號(hào)線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在物理上存在兩個(gè)互相獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，通過(guò)特殊功能寄存器SBUF來(lái)訪問(wèn)。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址99H（特殊功能寄存器SBUF的地址）串行口還有接收緩沖作用，即從接收寄存器中讀出前一個(gè)已收到的字節(jié)之前就能開(kāi)始接收第二字節(jié)。收發(fā)數(shù)據(jù)是在發(fā)送/接收控制器的作用下完成的，波特率由定時(shí)計(jì)數(shù)器T1決定。2.串行口的控制寄存器（1）串行控制寄存器SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI①SM0、SM1：指定串行通道的工作方式。SM0SM1工作方式說(shuō)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/32或fosc/6411方式311位異步收發(fā)由定時(shí)器控制②SM2：多機(jī)通信控制位。主要用于方式2和方式3中。在方式2和方式3處于接收狀態(tài)時(shí)，如SM2＝l，REN＝1，且接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8是1，則RI（接收中斷標(biāo)志位）才被置1。若接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8是0，則RI不會(huì)置1。在方式2和方式3處于接收狀態(tài)時(shí)，如SM2＝0，無(wú)論接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8是0還1，則RI都會(huì)被置1。在方式1中，如SM2＝1，只有在接收到有效停止位時(shí)，則RI才會(huì)被置1。所以，方式1中SM2一般設(shè)置為0，以免丟失數(shù)據(jù)。在方式0中，SM2必須為0。③REN：允許串行接收控制位。由軟件置1或清除。REN＝1，允許接收REN＝0，禁止接收④TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8，由軟件進(jìn)行置1或清0。。在方式2和方式3時(shí)，它就是要發(fā)送的第9個(gè)數(shù)據(jù)位。如在多處理通信中，用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。在方式0和方式1中，此位不用。⑤RB8：接收數(shù)據(jù)位8。在方式2和3時(shí)，它是接收到的第9個(gè)數(shù)據(jù)位在方式1中，若SM2＝0，RB8是接收到的停止位在方式0中，此位不用。⑥TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0中，當(dāng)發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置1在其他方式中，在發(fā)送停止位前，由硬件置1。TI＝l時(shí)，申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。該位必須由軟件清0。⑦RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0中，接收第8位結(jié)束時(shí)，由硬件置1；在其他方式中，在接收停止位的中間時(shí)刻，由硬件置1。RI＝1時(shí)，申請(qǐng)中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。（但在模式1中，SM2＝1時(shí)，若未接收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì)RI置位。）該位必須由軟件清0。（2）電源控制寄存器PCON電源控制寄存器PCON的格式如下所示：D7D6D5D4D3D2D1D0SMODD7位SMOD是串行口波特率倍增位。SMOD為1時(shí)，串行口工作方式1、方式2、方式3的波特率加倍。具體值見(jiàn)各種工作方式下的波特率計(jì)算公式。6.3串行口的工作方式1.方式0：同步移位寄存器，用于擴(kuò)展并行口

RXD：輸入或輸出引腳TXD：移位脈沖輸出接收和方式都是8位波特率固定為：fosc/12（2）數(shù)據(jù)輸入：

（1）數(shù)據(jù)輸出：

2.方式1：10位幀，用于雙機(jī)通信起始位：1位數(shù)據(jù)位：8位停止位：1位10位的異步通信接口，即傳送一幀信息為10位。一位起始位“0”，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位停止位“1”，其中起始位和停止位是在發(fā)送時(shí)自動(dòng)插入的，數(shù)據(jù)位由TXD發(fā)送，由RXD接收。波特率可變。硬件上，T1的計(jì)數(shù)輸出不僅使TF1置位，而且會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖送串行口。方式1的波特率這時(shí)就取決于T1（注意只是T1，不是T0）的溢出頻率（每秒鐘T1溢出多少次）和PCON中的SMOD的值。方式1的波特率＝（2SMOD／32）×Tl的溢出頻率（1）串行發(fā)送：（寫(xiě)SBUF啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程）

（2）串行接收：(置REN=1啟動(dòng)接收過(guò)程)

3.方式2和方式3：11位幀，用于多機(jī)通信起始位：1位數(shù)據(jù)位：9位停止位：1位串行口發(fā)送／接收的一幀信息共11位：一位是起始位“0”，8位數(shù)據(jù)，一位奇偶校驗(yàn)位，一位停止位“1”。方式2和方式3的發(fā)送、接收過(guò)程是完全一樣的，只是波特率不同。方式2的波特率＝（2SMOD／64）×fosc方式3的波特率＝（2SMOD／32）×T1的溢出頻率（1）串行發(fā)送：（寫(xiě)SBUF啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程）

（2）串行接收：(置REN=1啟動(dòng)接收過(guò)程)

6.4串行口波特率的確定及串行口初始化1.波特率的計(jì)算（1）方式0的波特率：固定等于fosc/12。（2）方式2的波特率：固定等于（2SMOD／64）×fosc。SMOD為波特率加倍位。（3）方式1或方式3的波特率：等于（2SMOD／32）×T1的溢出頻率。定時(shí)器1溢出頻率＝fosc/[12×（256-X）]方式1、3的波特率＝2SMOD×fosc/[12×32×（256-X）]當(dāng)時(shí)鐘頻率選用11．0592MHz時(shí)，極易獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率SMOD位數(shù)值的選擇直接影響著波特率的精確度2.串行口初始化的步驟確定串行口工作方式（配置SCON寄存器）確定T1的工作方式（配置TMOD寄存器）設(shè)置SMOD位（若不用SMOD，可跳過(guò)此步）計(jì)算T1的初值，裝載TH1和TL1啟動(dòng)T1（置位TR1）串行口中斷設(shè)置（配置IE、IP寄存器）【例6-1】某8051單片機(jī)控制系統(tǒng)，主振頻率為12MHz，要求串行口發(fā)送數(shù)據(jù)為8位、波特率為1200b/s，編寫(xiě)串行口的初始化程序（設(shè)SMOD=1）。我們?cè)O(shè)SMOD=1，則T1的時(shí)間常數(shù)X的值為：X=256-2SMOD×fosc/（12×32×波特率）=256-21×12×106/（12×32×1200）=256-52.08=203.92≈0CCH初始化程序?yàn)椋篗OVSCON，#50H ；串行口工作于方式1ORLPCON，#80H ；SMOD=1MOVTMOD，#20H ；T1工作于方式2，定時(shí)方式MOVTH1，#0CCH ；設(shè)置時(shí)間常數(shù)初值MOVTL1，#0CCHSETBTR1 ；啟動(dòng)T16.5串行口的應(yīng)用6.5.1串行口方式0用做擴(kuò)展并行I/O口【例6-2】用8051串行口外接CD4094擴(kuò)展8位并行輸出口，8位并行輸出口的各位都接一個(gè)顯示發(fā)光二極管。要求發(fā)光二極管從左到右以一定延時(shí)輪流顯示，且不斷循環(huán)。發(fā)光二極管為共陰極接法。ORG0000HMOVSCON,#00H；串行口方式0初始化MOVA,#80H；最左一位發(fā)光管先亮CLRP1.0START:MOVSBUF,ALOOP:JNBTI,LOOP；查詢TISETBP1.0；啟動(dòng)并行輸出LCALLDELAY；調(diào)用延時(shí)程序CLRTIRRA；循環(huán)右移一位CLRP1.0LJMPSTART【例6-3】用8051串行口外加移位寄存器擴(kuò)展8位并行輸入口。輸入數(shù)據(jù)由8個(gè)開(kāi)關(guān)提供，另有一個(gè)開(kāi)關(guān)K提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。當(dāng)K＝0時(shí)．表示要求輸入數(shù)據(jù)。輸入的8位開(kāi)關(guān)量，為邏輯模擬子程序LOG提供輸入信號(hào)。 ORG0000HSTART:JBP1.1,$ SETBP1.0；并行置入數(shù)據(jù)

CLRP1.0；開(kāi)始串行移位

MOVSCON,#10H；串行口方式0啟動(dòng)接收

LOOP:JNBRI,$；查詢RI CLRRI MOVA,SBUF LCALLSUB；數(shù)據(jù)交給SUB模擬子程序

LJMPSTART6.5.2雙機(jī)通信【例6-4】按圖連接兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)（假設(shè)已經(jīng)擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），編程將甲機(jī)的片外RAM的2000H-201FH單元的數(shù)據(jù)塊從串行口發(fā)送。假設(shè)串行口工作在方式3，TB8為奇偶校驗(yàn)位。乙機(jī)接收甲機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)塊，并存入片內(nèi)RAM的20H-3FH單元。接收過(guò)程要求判斷RB8，若出錯(cuò)則設(shè)F0標(biāo)志為1，正確則設(shè)F0標(biāo)志為0。波特率為1200bit/s，采用12MHz的晶振。 ORG0000H LJMPSTART ORG0100HSTART:MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E6H MOVTH1，#0E6H SETBTR1 MOVSCON,#0C0H MOVDPTR,#2000H MOVR7，#20H（1）采用查詢方式①甲機(jī)發(fā)送程序：SEND:MOVXA,@DPTR MOVC,P MOVTB8，C MOVSBUF,ALOOP:JNBTI,LOOP CLRTI INCDPTR DJNZR7，SEND SJMP$ ENDORG0000HLJMPSTARTORG0100HSTART:MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E6H MOVTH1，#0E6H SETBTR1 MOVR0，#20H MOVR7，#20H MOVSCON,#0D0HREAD:JNBRI,READ CLRRI②乙機(jī)接收程序 MOVA,SBUF JNBPSW.0，PZERO JNBRB8，ERROR LJMPRIGHTPZERO:JBRB8，ERRORRIGHT:MOV@R0，A INCR0 DJNZR7，READ CLRPSW.5 LJMPLOOPERROR:SETBPSW.5LOOP:SJMPLOOP END（2）采用中斷方式①甲機(jī)發(fā)送程序： ORG0000H LJMPSTART ORG0023H LJMPSINTSTART:MOVSP,#60H MOVSCON,#0C0H MOVDPTR,#2000H MOVR7，#20H MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E6H MOVTH1，#0E6H SETBEA SETBES SETBTR1MOVXA,@DPTR MOVC,P MOVTB8，C MOVSBUF,ALOOP:SJMPLOOPSINT:CLRTI DJNZR7，NEXT CLRES LJMPEXITNEXT:INCDPTR MOVXA,@DPTR MOVC,P MOVTB8，C MOVSBUF,AEXIT:RETI END②乙機(jī)接收程序： ORG0000H LJMPSTART ORG0023H LJMPSINTSTART:MOVSP,#60H MOVSCON,#40H MOVR7，#20H MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E6H MOVTH1，#0E6H SETBEA SETBES SETBTR1 MOVR0，#20H MOVR7，#20H MOVSCON,#0D0HLOOP:LJMPLOOPSINT:CLRRI MOVA,SBUF JNBPSW.0，PZERO JNBRB8，ERROR LJMPRIGHTPZERO:JBRB8，ERRORRIGHT:MOV@R0，A DJNZR7，NEXT CLRES LJMPEXITNEXT:INCR0EXIT:RETI END6.5.3多機(jī)通信1.多機(jī)通信原理單片機(jī)的主從式多機(jī)通信方式要有一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)。主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到各個(gè)從機(jī)或指定的從機(jī)，各從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接進(jìn)行通信。具體過(guò)程如下：全部從機(jī)均初始化為方式2或方式3，SM2＝1，允許中斷。主機(jī)發(fā)送要尋址的從機(jī)地址，其中TB8＝1表示發(fā)送的是呼叫地址幀（TB8＝0時(shí)為數(shù)據(jù)幀）。所有從機(jī)均接收主機(jī)發(fā)送的地址，并進(jìn)行地址比較。被尋址的從機(jī)確認(rèn)地址后，置本機(jī)的SM2＝0，向主機(jī)返回地址，供主機(jī)核對(duì)。核對(duì)無(wú)誤后，主機(jī)向被尋址的從機(jī)發(fā)送命令，通知從機(jī)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。通信只能在主、從機(jī)之間進(jìn)行，兩個(gè)從機(jī)之間的通信需通過(guò)主機(jī)作中介。本次通信結(jié)束后，從機(jī)重置SM2＝1，主機(jī)可再對(duì)其他從機(jī)尋址?！纠?-5】采用查詢方式將主機(jī)50H～5FH中的數(shù)據(jù)發(fā)送給02號(hào)從機(jī)；02號(hào)從機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)放到內(nèi)部RAM30H～3FH單元中，波特率為1200波特，fosc＝11.0592MHz，預(yù)置值TH1＝0E8H。 ORG0000H LJMPMAIN ORG0030HMAIN：MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E8H MOVTH1，#0E8H SETBTR1 MOVSCON，＃D8HM1：MOVSBUF，＃02HL1：JNBTI，L1 CLRTIL2：JNBRI，L2 CLRRI

MOVA,SUBF XRLA,#02H JZRHT LJMPM1RHT：CLRTB8 MOVR0，＃50HM1：MOVR7，＃10HL3：MOVA，@R0 MOVSBUF，AL4：JNBTI，L4 CLRTI INCR0 DJNZR7,L3 LJMPMAIN END①主機(jī)程序： ORG0000H LJMPMAIN ORG0030HMAIN：MOVTMOD,#20H MOVTL1，#0E8H MOVTH1，#0E8H SETBTR1 MOVR0，＃30H MOVR6，＃10H MOVSCON，＃0F0HSR1：JNBRI，SR1 CLRRISR2：MOVA,SUBF XRLA,#02H JNZSR1 CLRSM2；②從機(jī)程序：

MOVSBUF，#02HSR3：JNBTI，SR3 CLRTISR4：JNBRI，SR4 CLRRI JNBRB8，RHT SETBSM2 LJMPSR1RHT：MOVA，SBUF MOV@R0，A INCR0 DJNZR6,SR4 LJMPSI END6.5.4單片機(jī)與PC機(jī)間的通信1.RS-232接口（1）RS-232接口簡(jiǎn)介①機(jī)械特性現(xiàn)在的PC機(jī)上出現(xiàn)的COM1和COM2就是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口，采用9針陽(yáng)頭。引腳序號(hào)信