第8章-AT89C51串行通信與其應用

第8章_AT89C51串行通信與其應用第一頁，共41頁。8.1串行通信概述 8.1.1并行通信和串行通信 8.1.2異步通信和同步通信 8.1.3單片機串行通信傳輸方式 8.1.4串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率8.2AT89C51串行口 8.2.1AT89C51串行口的結(jié)構(gòu) 8.2.2AT89C51串行口控制寄存器 8.2.3AT89C51串行口的工作方式及波特率計算8.3串行通信協(xié)議 8.3.1RS-232協(xié)議 8.3.2RS-485/422A協(xié)議 8.3.3串行通信的數(shù)據(jù)校驗8.4串行通訊的應用第二頁，共41頁。8.1.1并行通信和串行通信計算機與外界的信息交換稱為通信，通常有并行和串行兩種通信方法。并行通信：所傳送數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。串行通信：所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。第三頁，共41頁。8.1.2異步通信和同步通信串行通信的通信方式異步通信

同步通信

1．異步通信的數(shù)據(jù)傳送

異步通信數(shù)據(jù)傳送按幀傳輸，一幀數(shù)據(jù)包含起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。傳送用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。第四頁，共41頁。8.1.2異步通信和同步通信起始位：發(fā)送器是通過發(fā)送起始位而開始一個字符的傳送。數(shù)據(jù)位：串行通信中所要傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在數(shù)據(jù)位中，低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)位通常是8位。校驗位：用于對字符傳送作正確性檢查，因此校驗位是可以省略的。停止位：一個字符傳送結(jié)束的標志，停止位在一幀數(shù)據(jù)的最后。停止位可能是1、1.5或2位，在實際應用中根據(jù)需要確定。位時間：一個格式位的時間寬度。幀（frame）：從起始位開始到停止位結(jié)束的全部內(nèi)容稱之為一幀，幀是一個字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式稱之為幀格式。第五頁，共41頁。8.1.2異步通信和同步通信2．同步通信的數(shù)據(jù)傳送

同步數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)送端和接收端必須使用同一時鐘源才能保證它們之間的準確同步，因此發(fā)送方除了傳送數(shù)據(jù)外，還要同時傳送時鐘信號。第六頁，共41頁。8.1.3串行通信傳輸方式串行通信的傳輸方式單工制式

半雙工制式

全雙工制式

1．單工（Simplex）制式第七頁，共41頁。8.1.3串行通信傳輸方式2．半雙工（HalfDuplex）制式3．全雙工（FullDuplex）制式第八頁，共41頁。8.1.4串行通信的傳輸速率波特率bps（Bitpersecond）是數(shù)據(jù)傳送的速率，其定義是每秒鐘傳送的二進制數(shù)的位數(shù)。波特率的倒數(shù)即為每位傳輸所需要的時間。則：1波特率（Bitpersecond）=1位/秒（1bit/s） 數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/s，若每個字符為10位的二進制數(shù)，則傳送波特率為1200波特率。例如：第九頁，共41頁。8.2.1AT89C51串行口的結(jié)構(gòu)AT89C51片內(nèi)有一個全雙工的串行通訊接口。由發(fā)送緩沖寄存器SBUF、接收緩沖寄存器SBUF和移位寄存器三部分構(gòu)成。第十頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

1．串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUFSBUF是串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器。在邏輯上，SBUF只有一個，既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器。它們有相同名字和單元地址，但它們不會出現(xiàn)沖突，因為在物理上，SBUF有兩個：一個只能被CPU讀出數(shù)據(jù)（接收寄存器），一個只能被CPU寫入數(shù)據(jù)（發(fā)送寄存器）。第十一頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

2．串行控制寄存器SCON它用于定義串行口的工作方式及實施接收和發(fā)送控制。第十二頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

SM0、SM1工作方式功能描述波特率00方式08位移位寄存器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（1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位，其定義如表8-2所示：（2）SM2：多機通信控制位。第十三頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

（4）TB8：方式2和方式3中，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。（5）RB8：方式2和方式3中，要接收的第9位數(shù)據(jù)。（3）REN：允許接收位。REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN=1時，允許接收，REN=0時，禁止接收。該位由軟件置位或復位。第十四頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

（6）TI：發(fā)送中斷標志位?？蓪ぶ窐酥疚?。方式0時，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位；其它方式下，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，可由軟件查詢TI位標志，也可以請求中斷。TI必須由軟件清0。（7）RI：接收中斷標志位?？蓪ぶ窐酥疚?。方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位；在其他工作方式下，當接收到停止位時，該位由硬件置位，RI=1表示幀接收完成，可由軟件查詢RI位標志，也可以請求中斷。RI必須由軟件清0。第十五頁，共41頁。8.2.2AT89C51串行口控制寄存器

3．電源管理寄存器PCON第十六頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

1．工作方式08位移位寄存器輸入/輸出方式。多用于外接移位寄存器以擴展I/O端口第十七頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

2．工作方式1方式1為波特率可變的10位異步通訊接口方式。發(fā)送或接收一幀信息，包括1個起始位0，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位1。輸出：當CPU執(zhí)行一條指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖SBUF時，就啟動發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位TI。輸入：在（REN）=1時，串行口采樣RXD引腳，當采樣到1至0的跳變時，確認開始位0，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。在方式1接收時，應先用軟件清零RI和SM2標志。第十八頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

2．工作方式1波特率計算：SMOD是控制寄存器PCON中的一位控制位，其取值有0和1兩種狀態(tài)。顯然，當SMOD＝0時，波特率＝(定時器T1溢出率)/32，而當SMOD＝1時，波特率＝(定時器T1溢出率)/16。定時器的溢出率，就是指定時器一秒鐘內(nèi)的溢出次數(shù)。第十九頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

定時初值計算：當定時/計數(shù)器T1用作波特率發(fā)生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2，從而避免了通過程序反復裝入計數(shù)初值而引起的定時誤差，使得波特率更加穩(wěn)定。第二十頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

例8-1：已知fosc=12MHz，SMOD=1，波特率=2400bit/s，求串行方式1時T1定時初值。并說明由此產(chǎn)生的實際波特率是否有誤差，為什么？解：根據(jù)若fosc=11.0592MHz，其余條件不變，則T1定時初值為：第二十一頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

當時鐘頻率選用11.0592MHZ時，很容易獲得標準的波特率，所以很多單片機系統(tǒng)選用此數(shù)值的晶振。使用T1設(shè)置常用的波特率參見表8-4。第二十二頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

例8-2：設(shè)89C51單片機串行口工作于方式1，已知fosc=11.0592MHz，定時器T1作為波特率發(fā)生器，要求波特率=2400bit/s，SMOD=1，開放中斷，試編寫初始化程序。根據(jù)題目要求，首先計算T1定時器的初值（可以直接利用例8-1的計算過程）。然后利用TMOD寄存器，將T1設(shè)置為工作方式2（注意：這里是T1的工作方式，而不是串行口的工作方式）。再將PCON寄存器的SMOD設(shè)置為1，然后TH1寄存器加載E8H，最后啟動T1，開放中斷，即可產(chǎn)生2400bit/s的波特率。分析：第二十三頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

采用匯編語言程序設(shè)計： MOV TMOD,#20H ;T1設(shè)置為工作方式2 MOV TL1,#0E8H ;T1定時器初值 MOV TH1,#0E8H ;T1定時器重裝初值 MOV PCON,#80H ;SMOD設(shè)置為1 MOV SCON,#40H ;串行口方式1 SETB TR1 ;T1啟動 SETB ES ;開串口中斷 SETB EA ;開總中斷第二十四頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

采用C51語言程序設(shè)計：程序如下:voidserial_init(void){ TMOD=0x20; //T1設(shè)置為工作方式2 TL1=0xE8; //T1定時器初值 TH1=0xE8; //T1定時器重裝初值 PCON=0x80; //SMOD設(shè)置為1 SCON=0x40; //串行口方式1 TR1=1; //T1啟動 ES=1; //開串口中斷 EA=1; //開總中斷}第二十五頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

3．工作方式2

方式2為11位異步通信方式。其中，1個起始位(0)，8個數(shù)據(jù)位（由低位到高位），1個附加的第9位和1個停止位(1)。

發(fā)送數(shù)據(jù)時，第9位數(shù)據(jù)來自發(fā)送機SCON中的TB8，這可使用如下指令完成：SETBTB8;TB8位置“1”CLRTB8;TB8位置“0”第二十六頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

3．工作方式2方式2的波特率是固定的，而且有兩種。由此公式可知，當SMOD為0時，波特率為fosc/64，當SMOD為1時，波特率為fosc/32。第二十七頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

4．工作方式3方式3和方式2除波特率不同外，其它性能完全相同。第二十八頁，共41頁。8.2.3AT89C51串行口工作方式及波特率

第二十九頁，共41頁。8.3串行通信協(xié)議

8.3.1RS-232協(xié)議RS-232是目前被廣泛使用的異步串行數(shù)字通信電氣標準，由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（ElectronicsIndustryAssociation）于1962年公布，1969年最后修訂而成，RS（RecommendedStandard）表明它是一種被推薦的標準。1．RS-232協(xié)議簡介第三十頁，共41頁。8.3串行通信協(xié)議

第三十一頁，共41頁。8.3串行通信協(xié)議

3．電氣特性RS-232協(xié)議規(guī)定最大的通信速度為20Kb/s，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)高達2Mb/s速率的基于RS-232的通信系統(tǒng)。作為單片機系統(tǒng)，由于其處理能力有限，工作頻率不是很高，一般可實現(xiàn)的最高波特率在112Kb/s左右。RS-232協(xié)議規(guī)定最長的通信距離是15m，目前市售的長線驅(qū)動器已經(jīng)可以將通信距離延長到數(shù)千米。第三十二頁，共41頁。8.3串行通信協(xié)議

4．TTL電平與RS-232電平的轉(zhuǎn)換EIA-RS-232C電平： 邏輯1–3~-15v 邏輯0+3~+15vTTL電平： 邏輯1+2.7~+5v 邏輯00v~+0.5v單電源電平轉(zhuǎn)換芯片：MAXIM公司的MAX232芯片等。第三十三頁，共41頁。8.3串行通信協(xié)議

5．單片機通過RS-232與PC機組成點對點通信第三十四頁，共41頁。例8-3：設(shè)89C51單片機串行口工作于方式1，已知fosc=11.0592MHz，定時器T1作為波特率發(fā)生器，要求波特率=9600bit/s，SMOD=0，若和PC機串口通過RS-232總線連接，試編寫串口接收字符中斷子程序，接收到的字符存入40H單元。根據(jù)題目要求，編寫串口接收字符中斷子程序。（假設(shè)單片機的初始化設(shè)置已經(jīng)參照例8-2設(shè)置完成）。分析： ORG 0023H ;串行口中斷入口 LJMP SERIALSERIAL:JNB RI,SERIAL_RET ;若無接收標志，則中斷返回 MOV 40H,SBUF ;接收到的字符存入40H單元 CLR RI ;清除接收標志SERIAL_RET: RETI ;中斷子程序返回采用匯編語言程序設(shè)計：第三十五頁，共41頁。采用C51語言程序設(shè)計：程序如下:unsignedchardatarcv_data_at_0x40;voidserial(void)int