第10章串行通信的工作原理與應(yīng)用

第10章串行口的工作原理及應(yīng)用單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C51編程）（第2版）目錄CONTENTS10.1串行口工作原理10.2串行口的4種工作方式10.3波特率的制定方法10.4串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例通信有并行通信和串行通信兩種方式。在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。

并行通信：通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送。特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在困難。

10.1.1通信方式簡(jiǎn)介串行通信：是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。

10.1.1通信方式簡(jiǎn)介串行與并行的比喻10.1.1通信方式簡(jiǎn)介1、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。6

異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間進(jìn)行傳送。10.1.2同步與異步7異步通信的數(shù)據(jù)格式：10.1.2同步與異步2、同步通信

同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。同時(shí)傳送的字符間不留間隙，既保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。810.1.2同步與異步1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。

單工半雙工全雙工10.1.3串行通信的傳輸方向10.1.4串行口結(jié)構(gòu)AT89S51串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖10-1。有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF（特殊功能寄存器），可同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只寫不讀，接收緩沖器只讀不寫，兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)特殊功能寄存器字節(jié)地址（99H）。控制寄存器共有2個(gè)：特殊功能寄存器SCON和PCON。下面詳細(xì)介紹各位功能。

兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)特殊功能寄存器字節(jié)地址（99H）。控制寄存器兩個(gè)：特殊功能寄存器SCON和PCON。11圖10-1串行口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)10.1.4串行口結(jié)構(gòu)10.1.4串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON，字節(jié)地址98H，可位尋址，位地址為98H～9FH，即SCON的所有位都可用軟件來進(jìn)行位操作清“0”或置“1”。SCON格式見圖10-2。圖10-2串口控制寄存器SCON格式10.1.4串行口控制寄存器SCON

寄存器SCON各位功能：（1）SM0、SM1—串口4種工作方式選擇SM0、SM12位編碼對(duì)應(yīng)4種工作方式見表10-1。10.1.4串行口控制寄存器SCON(2）SM2—多機(jī)通信控制位多機(jī)通信是在方式2和方式3下進(jìn)行，因此SM2位主要用于方式2或方式3。當(dāng)串口以方式2或方式3接收時(shí)，如SM2=1，則只有當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時(shí)，才使RI置“1”，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，并將收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF；當(dāng)收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時(shí)，則將收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。10.1.4串行口控制寄存器SCON當(dāng)SM2=0時(shí)，則不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，都將接收的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中，并使RI置“1”，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。方式1時(shí)，如果SM2=1，則只有收到有效的停止位時(shí)才會(huì)激活RI。方式0時(shí)，SM2必須為0。10.1.4串行口控制寄存器SCON(3）REN—允許串行接收位，由軟件置“1”或清“0”。

REN=1，允許串行口接收數(shù)據(jù)。

REN=0，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。 （4）TB8—發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)在方式2和方式3時(shí)，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，其值由軟件置“1”或清“0”。在雙機(jī)串行通信時(shí)，TB8一般作為奇偶校驗(yàn)位使用；也可在多機(jī)串行通信中表示主機(jī)發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，TB8=1為地址幀，TB8=0為數(shù)據(jù)幀。10.1.4串行口控制寄存器SCON（5）RB8—接收的第9位數(shù)據(jù)在方式2和方式3時(shí)，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。（6）TI—發(fā)送中斷標(biāo)志位方式0時(shí)，串行發(fā)送的第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，TI由硬件置“1”，在其他工作方式中，串行口發(fā)送停止位的開始時(shí)，置TI為“1”。TI=1，表示1幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。TI位狀態(tài)可供軟件查詢，也可申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)。注意：TI必須由軟件清“0”。（7）RI—接收中斷標(biāo)志位10.1.4串行口控制寄存器SCON串口在方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)時(shí)，RI由硬件置“1”。在其他工作方式中，串行接收到停止位時(shí)，該位置“1”。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并申請(qǐng)中斷，要求CPU從接收SBUF取走數(shù)據(jù)。該位狀態(tài)也可供軟件查詢。注意：RI必須由軟件清“0”。10.1.5特殊功能寄存器PCON字節(jié)地址為87H，不能位尋址。格式見圖10-3。僅最高位SMOD與串口有關(guān)SMOD位：波特率選擇位。圖10-3特殊功能寄存器PCON的格式GF1,GF0:兩個(gè)通用工作標(biāo)志位，用戶可以自由使用。

PD:掉電模式設(shè)定位。

PD=0單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)。

PD=1單片機(jī)進(jìn)入掉電（PowerDown）模式，可由外部中斷或硬件復(fù)位模式喚醒，進(jìn)入掉電模式后，外部晶振停振，CPU、定時(shí)器、串行口全部停止工作，只有外部中斷工作。

IDL:空閑模式設(shè)定位。

IDL=0單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)。

IDL=1單片機(jī)進(jìn)入空閑（Idle）模式，除CPU不工作外，其余仍繼續(xù)工作，在空閑模式下可由任一個(gè)中斷或硬件復(fù)位喚醒。10.1.5特殊功能寄存器PCON10.1.5特殊功能寄存器PCON例如，方式1的波特率計(jì)算公式為當(dāng)SMOD=1時(shí)，比SMOD=0時(shí)波特率加倍，所以也稱SMOD位為波特率倍增位。目錄CONTENTS10.1串行口結(jié)構(gòu)10.2串行口的4種工作方式10.3波特率的制定方法10.4串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例10.2.1方式0方式0為同步移位寄存器輸入/輸出方式。該方式并不用于兩個(gè)AT89S51單片機(jī)間的異步串行通信，而是用于外接移位寄存器，用來擴(kuò)展并行I/O口。方式0以8位數(shù)據(jù)為1幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。波特率是固定的，為fosc/12。幀格式見圖10-4。圖10-4方式0幀格式10.2.1方式01．方式0輸出（1）方式0輸出的工作原理當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF指令時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，串口把8位數(shù)據(jù)以fosc/12固定波特率從RXD腳串行輸出，低位在先，TXD腳輸出同步移位脈沖，當(dāng)8位數(shù)據(jù)發(fā)送完，中斷標(biāo)志位TI置“1”。

10.2.1方式01．方式0輸出方式0的發(fā)送時(shí)序見圖10-5。圖10-5方式0發(fā)送時(shí)序10.2.1方式01．方式0輸出（2）方式0輸出的應(yīng)用案例典型應(yīng)用是串口外接串行輸入/并行輸出的同步移位寄存器74LS164，實(shí)現(xiàn)并行端口的擴(kuò)展。圖10-6為串口方式0，通過74LS164輸出控制8個(gè)外接LED發(fā)光二極管亮滅的接口電路。當(dāng)串口設(shè)置在方式0輸出時(shí)，串行數(shù)據(jù)由RXD端（P3.0）送出，移位脈沖由TXD端（P3.1）送出。在移位脈沖的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)逐位地從RXD端串行地移入74LS164中。10.2.1方式01．方式0輸出圖10-6方式0輸出外接8個(gè)LED發(fā)光二極管接口電路10.2.1方式01．方式0輸出

【例10-1】如圖10-6，控制8個(gè)發(fā)光二極管流水點(diǎn)亮。圖中74LS164的8腳（CLK端）為同步脈沖輸入端，9腳為控制端，9腳電平由單片機(jī)的P1.0控制，當(dāng)9腳為0時(shí)，允許串行數(shù)據(jù)由RXD端（P3.0）向74LS164的串行數(shù)據(jù)輸入端A和B（1腳和2腳）輸入，但是74LS164的8位并行輸出端關(guān)閉；當(dāng)9腳為1時(shí)，A和B輸入端關(guān)閉，但是允許74LS164中的8位數(shù)據(jù)并行輸出。當(dāng)串行口將8位串行數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，申請(qǐng)中斷，在中斷服務(wù)程序中，單片機(jī)向通過串行口輸出下一個(gè)8位數(shù)據(jù)。10.2.1方式074LS164

時(shí)鐘(CP)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。10.2.1方式010.2.1方式01．方式0輸出參考程序：#include<reg51.h>#include<stdio.h>sbitP1_0=0x90;unsignedcharnSendByte;voiddelay(unsignedinti){ //延時(shí)子程序unsignedcharj;for(;i>0;i--) //變量i由實(shí)際參數(shù)傳入一個(gè)值， //因此i不能賦初值for(j=0;j<125;j++);}10.2.1方式01．方式0輸出main(){ //主程序

SCON=0x00; //設(shè)置串行口為方式0

EA=1; //全局中斷允許

ES=1; //允許串行口中斷

nSendByte=1; //點(diǎn)亮數(shù)據(jù)初始為00000001送 //入nSendByte

SBUF=nSendByte; //向SBUF寫入點(diǎn)亮數(shù)據(jù)，啟動(dòng) //串行發(fā)送

P1_0=0; //允許串口向74LS164串行發(fā)送數(shù)據(jù)

while(1){;}}10.2.1方式01．方式0輸出//串行口中斷服務(wù)程序voidSerial_Port()interrupt4using0{

if(TI){

//如果TI=1，1個(gè)字節(jié)串行發(fā)送完畢 P1_0=1;

//P1_0=1，允許74LS164并行輸出， //流水點(diǎn)亮二極管

SBUF=nSendByte;//向SBUF寫入數(shù)據(jù)，啟動(dòng)串行發(fā)送 delay(500);

//延時(shí)，點(diǎn)亮二極管持續(xù)一段時(shí)間 P1_0=0;

//P1_0=0，允許向74LS164串行寫入

nSendByte=nSendByte<<1;

//點(diǎn)亮數(shù)據(jù)左移1位

if(nSendByte==0)

nSendByte=1; //點(diǎn)亮數(shù)據(jù)是否左移8次？是，重新送點(diǎn)亮數(shù)據(jù)

SBUF=nSendByte;} //向74LS164串行發(fā)送點(diǎn)亮數(shù)據(jù)TI=0;RI=0;} 10.2.1方式01．方式0輸出程序說明：程序中定義了全局變量nSendByte，以便在中斷服務(wù)程序中能訪問該變量。nSendByte用于存放從串行口發(fā)出的點(diǎn)亮數(shù)據(jù)，在程序中使用左移1位操作符“<<”對(duì)nSendByte變量進(jìn)行移位，使得從串口發(fā)出的數(shù)據(jù)為0x01、0x02、0x04、0x010、0x10、0x20、0x40、0x100，從而流水點(diǎn)亮各個(gè)發(fā)光二極管。01OPTION02OPTION程序中if語句的作用是當(dāng)nSendByte左移1位由0x100變?yōu)?x00后，需對(duì)變量nSendByte重新賦值為1。10.2.1方式01．方式0輸出程序說明：03OPTION04OPTION主程序中SBUF=nSendByte語句必不可少，如果沒有該語句，主程序并不從串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，也就不會(huì)產(chǎn)生隨后的發(fā)送完成中斷。兩條語句“while（1）{;}”實(shí)現(xiàn)反復(fù)循環(huán)的功能。10.2.1方式02．方式0輸入(1）方式0輸入的工作原理:方式0輸入時(shí)，REN為串行口允許接收控制位，REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。當(dāng)CPU向串行口SCON寄存器寫入控制字（設(shè)置為方式0，并使REN位置“1”，同時(shí)RI=0）時(shí)，產(chǎn)生一正脈沖，串口開始接收數(shù)據(jù)。引腳RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號(hào)輸出端，接收器以fosc/12固定波特率

采樣RXD引腳

數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收器接收完10位數(shù)據(jù)時(shí)，中斷標(biāo)志RI置“1”，表示一幀接收完畢，可進(jìn)行下一幀接收，時(shí)序見圖10-7。10.2.1方式02．方式0輸入圖10-7方式0接收時(shí)序10.2.1方式02．方式0輸入【例10-2】圖10-8為串口外接一片8位并行輸入、串行輸出同步移位寄存器74LS165，擴(kuò)展一個(gè)8位并行輸入口的電路，可將接在74LS165的8個(gè)開關(guān)S0~S7的狀態(tài)通過串行口的方式0讀入到單片機(jī)內(nèi)。74LS165的SH/LD*端（1腳）為控制端，由單片機(jī)的P1.1腳控制。若SH/LD*=0，則74LS165可以并行輸入數(shù)據(jù)，且串行輸出端關(guān)閉；當(dāng)SH/LD*=1，則并行輸入關(guān)斷，可以向單片機(jī)串行傳送。當(dāng)P1.0連接的開關(guān)K合上時(shí)，可進(jìn)行開關(guān)S0~S7狀態(tài)數(shù)字量的并行讀入。由圖10-8，采用中斷方式來對(duì)S0~S7狀態(tài)讀取，并由單片機(jī)P2口驅(qū)動(dòng)二極管點(diǎn)亮（開關(guān)S0~S7中的任何一個(gè)按下，則對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮）。10.2.1方式02．方式0輸入圖10-8串口方式0外接并行輸入、串行輸出的同步移位寄存器10.2.1方式02．方式0輸入?yún)⒖汲绦蛉缦拢?include<reg51.h>#include"intrins.h"#include<stdio.h>sbitP1_0=0x90;sbitP1_1=0x91;unsignedcharnRxByte;voiddelay(unsignedinti){

//延時(shí)子程序 unsignedcharj; for(;i>0;i--) //變量i由實(shí)際參數(shù)傳入一個(gè)值， //因此i不能賦初值

for(j=0;j<125;j++); }10.2.1方式02．方式0輸入

main(){

SCON=0x10; //串行口初始化為方式0 ES=1; //允許串行口中斷EA=1; //允許全局中斷

for(;;);}10.2.1方式02．方式0輸入//串行口中斷服務(wù)子程序voidSerial_Port()interrupt4using0{if(P1_0==0)

{

//如果P1_0=0表示開關(guān)K按下， //可以讀開關(guān)S0~S7的狀態(tài)

P1_1=0; //P1_1=0并行讀入開關(guān)的狀態(tài) delay(1);

P1_1=1;

//P1_1=1將開關(guān)的狀態(tài)串行讀入到串口中 RI=0; //接收中斷標(biāo)志RI清0 nRxByte=SBUF;//接收的開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)從SBUF讀入到nRxByte //單元中 P2=nRxByte;//開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)送到P2口，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光 }} 10.2.1方式02．方式0輸入程序說明：當(dāng)P1.0為0，即開關(guān)K按下，表示允許并行讀入開關(guān)S0~S7的狀態(tài)數(shù)字量，通過P1.1把SH/LD*置0，則并行讀入開關(guān)S0~S7的狀態(tài)。再讓P1.1=1，即SH/LD*置1，74LS165將剛才讀入的S0~S7狀態(tài)通過QH端（RXD腳）串行發(fā)送到單片機(jī)的SBUF中，在中斷服務(wù)程序中把SBUF中的數(shù)據(jù)讀到nRxByte單元，并送到P2口驅(qū)動(dòng)8個(gè)發(fā)光二極管。10.2.2方式1方式1為雙機(jī)串行通信方式，如圖10-9。圖10-9方式1雙機(jī)串行通信的連接電路當(dāng)SM0、SM1=01時(shí)，串行口設(shè)為方式1雙機(jī)串行通信。TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。方式1收發(fā)一幀數(shù)據(jù)為10位，1個(gè)起始位（0），8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位（1），先發(fā)送或接收最低位。方式1幀格式見圖10-10。10.2.2方式1圖10-10方式1的幀格式方式1為波特率可變的10位異步通信接口。波特率由下式確定：式中，SMOD為PCON寄存器的最高位的值（0或1）。10.2.2方式11．方式1發(fā)送串口以方式1輸出，數(shù)據(jù)位由TXD端輸出，發(fā)送一幀信息為10位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位）和1位停止位1，當(dāng)CPU執(zhí)行寫數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器SBUF的命令后，就啟動(dòng)發(fā)送。方式1發(fā)送時(shí)序如圖10-11。圖10-11發(fā)送時(shí)鐘TX時(shí)鐘頻率就是發(fā)送波特率。發(fā)送開始時(shí)，內(nèi)部邏輯將起始位向TXD腳（P3.1）輸出，此后每經(jīng)1個(gè)TX時(shí)鐘周期，便產(chǎn)生1個(gè)移位脈沖，并由TXD腳輸出1個(gè)數(shù)據(jù)位。8位全發(fā)送完后，中斷標(biāo)志位TI置“1”。10.2.2方式11．方式1發(fā)送圖10-11方式1發(fā)送時(shí)序10.2.2方式12．方式1接收?qǐng)D10-12方式1接收時(shí)序串行口以方式1（SM0、SM1=01）接收時(shí)（REN=1），數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當(dāng)檢測(cè)到起始位負(fù)跳變時(shí)，則開始接收。方式1接收時(shí)序如圖10-12。10.2.2方式12．方式1接收（1）RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，RI=1發(fā)出的中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走，說明“接收SBUF”已空。（2）SM2=0或收到的停止位=1（方式1時(shí)，停止位已進(jìn)入RB10），則將接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB10（裝入的是停止位），且中斷標(biāo)志RI置“1”。若不同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，收到的數(shù)據(jù)不能裝入SBUF，這意味著該幀數(shù)據(jù)將丟失。10.2.3方式2串口工作于方式2和方式3時(shí)，為9位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位），1位可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)及1位停止位。方式2、方式3幀格式如圖10-13。圖10-13方式2、方式3的幀格式方式2的波特率由下式確定：10.2.3方式2發(fā)送前，先由通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（如奇偶校驗(yàn)位或多機(jī)通信的地址/數(shù)據(jù)的標(biāo)志位），然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，即可啟動(dòng)發(fā)送過程。串行口能自動(dòng)把TB8取出，并裝入到第9位數(shù)據(jù)位的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，則使TI位置“1”。方式2和方式3發(fā)送時(shí)序如圖10-14。1．方式2發(fā)送10.2.3方式21．方式2發(fā)送圖10-14方式2和方式3發(fā)送時(shí)序10.2.3方式2當(dāng)SCON寄存器SM0、SM1=10，且REN=1時(shí)，允許串行口以方式2接收數(shù)據(jù)。接收時(shí)，數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當(dāng)位檢測(cè)邏輯采樣到RXD引腳從1到0的負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，便開始接收一幀信息。在接收完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足以下兩個(gè)條件，才將接收到的數(shù)據(jù)送入接收緩沖器SBUF。2．方式2接收10.2.3方式2（1）RI=0，意味著接收緩沖器為空。（2）SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB81。2．方式2接收當(dāng)滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF（接收緩沖器），第9位數(shù)據(jù)送入RB8，且RI置“1”。若不滿足這兩個(gè)條件，接收的信息將被丟棄。10.2.3方式2串行口方式2和方式3接收時(shí)序如圖10-15。2．方式2接收?qǐng)D10-15方式2和方式3接收時(shí)序10.2.4方式3當(dāng)SM0、SM1兩位為11時(shí)，串行口被定義工作在方式3。方式3為波特率可變的9位異步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。方式3發(fā)送和接收時(shí)序見圖10-11和圖10-12。方式3波特率由下式確定：

目錄CONTENTS10.1串行口結(jié)構(gòu)10.2串行口的4種工作方式10.3多機(jī)通信10.3波特率的制定方法10.4串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例10.3.1波特率的定義在串行通信中，收、發(fā)雙方發(fā)送或接收的波特率必須一致。通過軟件對(duì)串口可設(shè)定4種工作方式。其中方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率（T1每秒溢出的次數(shù)）來確定。波特率的定義：串行口每秒鐘發(fā)送（或接收）的位數(shù)稱為波特率。設(shè)發(fā)送一位所需要的時(shí)間為T，則波特率為1/T。10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算波特率固定為fosc的1/12，且不受SMOD位的影響。若fosc=12MHz，波特率為fosc/12，即1Mbit/s。（1）方式010.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算波特率僅與SMOD位的值有關(guān)。（2）方式2若fosc=12MHz：SMOD=0，波特率=1107.5kbit/s；SMOD=1，波特率=375kbit/s。10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（3）方式1或方式3常用T1作為波特率發(fā)生器，其關(guān)系式為由式（10-1），T1的溢出率和SMOD的值共同決定波特率。(10-1)在實(shí)際設(shè)定波特率時(shí)，用

定時(shí)器方式2（自動(dòng)裝初值）確定波特率較理想，它不需用軟件重裝初值，可避免因軟件重裝初值帶來的定時(shí)誤差，且算出的波特率比較準(zhǔn)確。即TL1作為10位計(jì)數(shù)器，TH1存放備用初值。10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（3）方式1或方式3設(shè)定時(shí)器T1方式2的初值為X，則有(10-2)(10-3)將式（10-2）代入式（10-1），則有定時(shí)器T1的溢出率

=10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（3）方式1或方式3由式（10-3），這種方式波特率隨fosc、SMOD和初值X而變化。在實(shí)際使用時(shí)，常根據(jù)已知波特率和時(shí)鐘頻率fosc來計(jì)算T1的初值X。為避免繁雜初值計(jì)算，常用波特率和初值X間關(guān)系常列成表10-2形式，供查用。10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（3）方式1或方式310.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算表10-2有兩點(diǎn)需要注意：（3）方式1或方式3(1)在時(shí)鐘振蕩頻率fosc為12MHz或6MHz時(shí)，將初值X和fosc帶入式（10-3），不能整除，因此算出的波特率有一定誤差。要消除誤差可通過調(diào)整fosc實(shí)現(xiàn)，例如采用的時(shí)鐘頻率為11.0592MHz。因此，為減小波特率誤差，應(yīng)該使用的時(shí)鐘頻率必須為11.0592MHz。10.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（2）如果串行通信選用很低波特率（如波特率選為55），可將定時(shí)器T1設(shè)置為方式1定時(shí)。但在這種情況下，T1溢出時(shí)，需在中斷服務(wù)程序中重新裝入初值。中斷響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行指令時(shí)間會(huì)使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的方法加以調(diào)整。（3）方式1或方式310.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算【例10-3】若AT89S51的時(shí)鐘為11.0592MHz，選用T1的方式2定時(shí)作為波特率發(fā)生器，波特率為2

400bit/s，求初值。設(shè)T1為方式2定時(shí)，選SMOD=0。將已知條件帶入式（10-3）（3）方式1或方式310.3.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算（3）方式1或方式3從中解

X=244=F4H。只要把F4H裝入TH1和TL1，則T1發(fā)出的波特率為2400bit/s。在實(shí)際編程中，該結(jié)果也可直接從表10-2中查到。這里時(shí)鐘振蕩頻率選為11.0592MHz，就可使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。（1）設(shè)置T1工作方式；（2）計(jì)算T1初值；（3）啟動(dòng)T1；（4）設(shè)置串行口工作方式；（5）設(shè)置串行口中斷。6910.3.3串口初始化目錄CONTENTS10.1串行口結(jié)構(gòu)10.2串行口的4種工作方式10.3波特率的制定方法10.4串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例10.4串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例單片機(jī)串行通信接口程序設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮如下問題。確定串行通信雙方的數(shù)傳速率和通信距離。01OPTION02OPTION由串行通信的數(shù)傳速率和通信距離確定采用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。03OPTION注意串行通信的通信線選擇，一般選用雙絞線較好，并根據(jù)傳輸?shù)木嚯x選擇纖芯的直徑。如空間干擾較多，還要選擇帶有屏蔽層的雙絞線。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介AT89S51串口輸入、輸出均為TTL電平。這種以TTL電平來串行傳輸數(shù)據(jù)，抗干擾性差，傳輸距離短，傳輸速率低。為提高串行通信可靠性，增大串行通信距離和提高傳輸速率，在實(shí)際設(shè)計(jì)中都采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。根據(jù)雙機(jī)通信距離和抗干擾性要求，可選擇TTL電平傳輸，或選擇RS-232C、RS-422A、RS-485串行接口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介

1．TTL電平通信接口如兩個(gè)AT89S51相距在1.5m之內(nèi)，串行口可直接相連，接口電路如圖10-9。甲機(jī)RXD與乙機(jī)TXD端相連，乙機(jī)RXD與甲機(jī)TXD端相連，從而直接用TTL電平傳輸方法來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介2．RS-232C雙機(jī)通信接口如雙機(jī)通信距離在1.5～15m時(shí)，可用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙機(jī)通信，接口電路見圖10-16。圖10-16RS-232C雙機(jī)通信接口電路10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介2．RS-232C雙機(jī)通信接口由于單片機(jī)的引腳為TTL電平，與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平互不兼容，所以單片機(jī)使用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行通信時(shí)，必須進(jìn)行TTL電平與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平之間的轉(zhuǎn)換。RS-232C電平與TTL電平的之間轉(zhuǎn)換，常采用美國MAXIM公司的MAX232A，它是全雙工發(fā)送器/接收器接口電路芯片，可實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS-232C電平、RS-232C電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介2．RS-232C雙機(jī)通信接口RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電纜長(zhǎng)度限定在≤15米，最高數(shù)傳速率為20kbit/s。足以覆蓋個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的50～9600bit/s范圍。傳送的數(shù)字量采用負(fù)邏輯，且與地對(duì)稱。其中：邏輯“1”：－3～－15V；邏輯“0”：＋3～＋15V。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介3．RS-422A雙機(jī)通信接口RS-232C雖應(yīng)用廣泛，但推出較早，有明顯缺點(diǎn)：傳輸速率低、通信距離短、接口處信號(hào)易產(chǎn)生串?dāng)_等。于是國際上又推出了RS-422A標(biāo)準(zhǔn)。RS-422A與RS-232C主要區(qū)別是，收發(fā)雙方信號(hào)地不再共地，RS-422A采用了平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的方法。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介3．RS-422A雙機(jī)通信接口若傳輸過程中，信號(hào)中混入了干擾和噪聲（以共模形式出現(xiàn)），由于差分接收器的作用，就能識(shí)別有用信號(hào)并正確接收傳輸信息，使干擾和噪聲相互抵消。圖10-17RS-422A數(shù)據(jù)傳送10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介2．RS-422A雙機(jī)通信接口圖10-18RS-422A雙機(jī)通信接口電路10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介4．RS-485雙機(jī)通信接口RS-422A雙機(jī)通信需四芯傳輸線，長(zhǎng)距離通信不經(jīng)濟(jì)。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常采用雙絞線傳輸?shù)腞S-485串行通信接口，很易實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。RS-485是RS-422A變型，與RS-422A區(qū)別是：RS-422A為全雙工，采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線；而RS-485為半雙工，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線。RS-485與多站互連是十分方便的，很易實(shí)現(xiàn)1對(duì)N的多機(jī)通信。10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介4．RS-485雙機(jī)通信接口圖10-19RS-485雙機(jī)通信接口電路10.4.1串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口RS232、RS422與RS485簡(jiǎn)介4．RS-485雙機(jī)通信接口圖10-19中，RS-485以雙向、半雙工方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信。在AT89S51系統(tǒng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)前，應(yīng)先將SN75176的發(fā)送門或接收門打開，當(dāng)P1.0=1時(shí)，發(fā)送門打開，接收門關(guān)閉；當(dāng)P1.0=0時(shí)，接收門打開，發(fā)送門關(guān)閉。圖10-19的SN75176片內(nèi)集成一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)差分接收器，且兼有TTL電平到RS-485電平、RS-485電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換功能。此外常用的RS-485接口芯片還有MAX485。10.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)【例10-4】圖10-20為單片機(jī)甲、乙雙機(jī)串行通信，雙機(jī)RXD和TXD相互交叉相連，甲機(jī)P1口接8個(gè)開關(guān)，乙機(jī)P1口接8個(gè)發(fā)光二極管。甲機(jī)設(shè)置為只能發(fā)送不能接收的單工方式。要求甲機(jī)讀入P1口的8個(gè)開關(guān)的狀態(tài)后，通過串行口發(fā)送到乙機(jī)，乙機(jī)將接收到的甲機(jī)的8個(gè)開關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)送入P1口，由P1口的8個(gè)發(fā)光二極管來顯示8個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。雙方晶振均采用11.0592MHz。10.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)圖10-20單片機(jī)方式1雙機(jī)通信的連接10.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)參考程序如下：//甲機(jī)串行發(fā)送#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedintvoidmain(){

uchartemp=0;

TMOD=0x20; //設(shè)置定時(shí)器T1為方式2

TH1=0xfd; //波特率9600

TL1=0xfd;

SCON=0x40;

//串口初始化方式1發(fā)送，不接收

PCON=0x00; //SMOD=0TR1=1; //啟動(dòng)T1P1=0xff; //設(shè)置P1口為輸入10.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)

while(1){ while(TI==0); //如果TI=0，未發(fā)送完， //循環(huán)等待 TI=0; //已發(fā)送完，把TI清0 temp=P1; //讀入P1口開關(guān)的狀態(tài)

SBUF=temp;

}

//數(shù)據(jù)送串行口發(fā)送 } 10.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)//乙機(jī)串行接收#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedintvoidmain(){

uchartemp=0;

TMOD=0x20; //設(shè)置定時(shí)器T1為方式2TH1=0xfd; //波特率9600TL1=0xfd;

SCON=0x50;//設(shè)置串口為方式1接收，REN=1PCON=0x00; //SMOD=0

TR1=1; //啟動(dòng)T110.4.2方式1的應(yīng)用設(shè)計(jì)

while(1){

while(RI==0);//若RI為0，未接收到數(shù)據(jù)

RI=0;

//接收到數(shù)據(jù)，則把RI清0

temp=SBUF;

//讀取數(shù)據(jù)存入temp中

P1=temp;

//接收的數(shù)據(jù)送P1口控制8 //個(gè)LED的亮滅 }} 10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)中，常用單片機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，然后單片機(jī)通過串口與PC通信，把采集的數(shù)據(jù)串行傳送到PC機(jī)上，再在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。PC機(jī)配置都是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口，為9針“D”型插座，輸入/輸出為RS-232電平?！癉”型9針插頭引腳定義見圖10-21。圖10-21“D”型9針插頭引腳定義10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)圖10-22單片機(jī)與PC機(jī)的RS-232串行通信接口10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)【例10-5】單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的Proteus仿真電路如圖10-23。要求單片機(jī)通過串行口的TXD腳向計(jì)算機(jī)串行發(fā)送8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。本例使用兩個(gè)串口虛擬終端，觀察串行口線上出現(xiàn)的串行傳輸數(shù)據(jù)。1．單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)允許彈出兩個(gè)虛擬終端窗口，見圖10-23。VT1窗口顯示的數(shù)據(jù)表示單片機(jī)串口發(fā)給PC機(jī)數(shù)據(jù)，VT2顯示的數(shù)據(jù)表示由PC機(jī)經(jīng)RS232串口模型COMPIM接收到的數(shù)據(jù)，由于使用了串口模型COMPIM，從而省去PC機(jī)模型，解決了單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的虛擬仿真問題。實(shí)際上單片機(jī)向計(jì)算機(jī)和單片機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的方法是完全一樣。1．單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)1．單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)圖10-23單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的proteus仿真電路10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)1．單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)圖10-23從兩個(gè)虛擬終端窗口觀察到的串行通信數(shù)據(jù)10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)參考程序：#include<reg51.h>codeTab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};voidsend(unsignedchardat){ SBUF=dat;

//待發(fā)送數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖寄存器while(TI==0);

//串口未發(fā)完，等待

;

//空操作

TI=0;

//1字節(jié)發(fā)送完，軟件將TI標(biāo)志清0}voiddelay(void){

//延時(shí)約200ms函數(shù)

unsignedcharm,n;

for(m=0;m<250;m++)

for(n=0;n<250;n++);}1．單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)10.4.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)voidmain(void){ //主函數(shù)

unsignedchari;

TMOD=0x20;

//設(shè)置T1為定時(shí)器方式2SCON=0x40;PCON=0x00; //串行口方式1， TH1=0xfd;TL1=0xfd; //波特率9600 TR1=1; //啟動(dòng)T1while(1){ //循環(huán) for(i=0;i<8;i++){ //發(fā)送8次流水燈控制碼

send(Tab[i]); //發(fā)送數(shù)據(jù)

delay