《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（匯編語言）（第二版）》課件 項(xiàng)目七 串口通信應(yīng)用

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（匯編語言）（第二版）全國高級(jí)技工學(xué)校電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)教材243243項(xiàng)目七串口通信應(yīng)用244244串口通信應(yīng)用串口是一種應(yīng)用十分廣泛的通信接口，串口成本低、容易使用、通信線路簡單，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備的互相通信。單片機(jī)的串口可以使單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與計(jì)算機(jī)、單片機(jī)與各式各樣的模塊互相通信，互傳數(shù)據(jù)信息。比如單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的串口通信，單片機(jī)可以采集一些模擬量（如溫度，濕度，氣體濃度等），將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過串口通信接口傳輸給單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，單片機(jī)或計(jì)算機(jī)再處理所采集模擬量，本項(xiàng)目以雙機(jī)通信為例介紹單片機(jī)串口通信應(yīng)用。圖７－０－１串口連接線ａ）串口接口ｂ）串口線245245任務(wù)雙機(jī)通信設(shè)計(jì)246246學(xué)習(xí)目標(biāo)１.能對(duì)串口線進(jìn)行正確連接。２.能編寫串口初始化程序。３.能用中斷或查詢方式接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。４.能編寫串口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)程序。５.會(huì)設(shè)計(jì)簡單的串口通信電路。６.會(huì)編寫簡單的串口通信應(yīng)用程序。247247任務(wù)引入在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理得到廣泛應(yīng)用，本任務(wù)是采用兩片單片機(jī)進(jìn)行雙機(jī)通信，一片單片機(jī)作為主機(jī)，模擬發(fā)送按鍵控制數(shù)據(jù)，另一片單片機(jī)作為從機(jī)，接收主機(jī)發(fā)送的控制數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)去控制ＬＥＤ燈閃爍和熄滅。分析任務(wù)要求可知，該任務(wù)要實(shí)現(xiàn)兩塊單片機(jī)之間互相通信，可利用單片機(jī)串口通信方式，單片機(jī)１的Ｐ３.０／ＲＸＤ引腳連接單片機(jī)２的Ｐ３.１／ＴＸＤ引腳，單片機(jī)１的Ｐ３.１／ＴＸＤ引腳接單片機(jī)２的Ｐ３.０／ＲＸＤ引腳，如圖７－１－１所示。圖７－１－１ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)雙機(jī)通信示意圖248248相關(guān)知識(shí)一、串行通信方式計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，主要有并行通信和串行通信兩種方式。并行通信是將數(shù)據(jù)同時(shí)通過并行線進(jìn)行傳送，串行通信是將數(shù)據(jù)在一條傳輸線上逐個(gè)傳送。并行通信傳輸速率較快，但通信距離較短。串行通信傳輸速率較慢，但通信距離遠(yuǎn)，抗干擾能力較強(qiáng)。本項(xiàng)目主要介紹串行通信。按數(shù)據(jù)傳送的方式，串行通信方式分為異步通信和同步通信兩種基本形式。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。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致，異步通信示意圖如圖７－１－２所示。圖７－１－２異步通信示意圖249249相關(guān)知識(shí)250250一、串行通信方式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。圖

7-

1

-3

兩種同步方法a）外同步

b）自同步此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)，如圖7-1-3所示。相關(guān)知識(shí)二、串行通信的數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信的數(shù)據(jù)傳輸方式有單工、半雙工和全雙工三種，如圖7一1一4所示。圖

7

-

1

-

4

串行通行三種數(shù)據(jù)傳輸方式a)單工

b)半雙工

c)全雙工單工一是指數(shù)據(jù)只能單向傳輸。半雙工一是指數(shù)據(jù)能雙向傳輸，但不能同時(shí)雙向傳輸。全雙工一是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。251251相關(guān)知識(shí)三、字符幀和波特率在串行通信中，字符幀格式和波特率是兩個(gè)重要的指標(biāo)，由用戶根據(jù)實(shí)際情況選定。1.字符幀在串行異步通信中，數(shù)據(jù)通常以字符（或字節(jié)）為單位組成字符幀傳送。字符幀也稱數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位4部分組成，其中起始位、數(shù)據(jù)位和停止位是必需的，而奇偶校驗(yàn)位可以根據(jù)實(shí)際要求決定是否采用。串行異步通信的字符幀格式如圖7-1-5所示。各部分的功能和結(jié)構(gòu)如下：(1)起始位。位于字符幀開頭，占1位，始終為邏輯0，用于向接收端表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀信息。(2)數(shù)據(jù)位。緊跟起始位之后，一般為8位，低位(LSB)在前。(3)奇偶校驗(yàn)位。位于數(shù)據(jù)位后，占1位，用于表示串行通信中采用奇偶校驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。252252相關(guān)知識(shí)三、字符幀和波特率1.字符幀圖７－１－５串行異步通信的字符幀格式（４）停止位。位于字符幀末尾，始終為邏輯１，可?。蔽?、１.５位或２位，用于向接收端表示一幀字符信息已發(fā)送完畢，也可為發(fā)送下一幀字符做準(zhǔn)備。（５）空閑位。兩個(gè)相鄰字符幀之間可以無空閑位，也可以有若干空閑位，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。253253相關(guān)知識(shí)三、字符幀和波特率２.波特率波特率是指每秒鐘傳送信號(hào)的數(shù)量，單位為Ｂａｕｄ。波特率是串行通信非常重要的指標(biāo)，用于表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取２ㄌ芈试礁撸瑪?shù)據(jù)傳送速度越快。四、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)如圖７－１－６所示，內(nèi)部是一個(gè)全雙工的串行通信接口，它具有通用異步接收器／發(fā)送器的全部功能，能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為同步移位寄存器使用。254254相關(guān)知識(shí)四、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)圖７－１－６ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)ＳＢＵＦ是串口緩沖寄存器，發(fā)送數(shù)據(jù)的ＳＢＵＦ，稱為串口發(fā)送緩沖寄存器。接收數(shù)據(jù)的ＳＢＵＦ，稱為串口接收緩沖寄存器。波特率由Ｔ１溢出率決定。255255相關(guān)知識(shí)五、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行口有關(guān)的特殊功能寄存器１.串行口控制寄存器ＳＣＯＮ與串行口緊密相關(guān)的一個(gè)特殊功能寄存器是串行口控制寄存器ＳＣＯＮ，它用來設(shè)定串行口的工作方式、接收／發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志等。串行口控制寄存器ＳＣＯＮ位符號(hào)見表７－１－１。其中，ＳＭ０、ＳＭ１是工作方式選擇位，串行口有４種工作方式，它們由ＳＭ０，ＳＭ１設(shè)定，見表７－１－２。256256相關(guān)知識(shí)五、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行口有關(guān)的特殊功能寄存器１.串行口控制寄存器ＳＣＯＮＳＭ２是多機(jī)通信控制位，主要用于方式２和方式３。當(dāng)串行口工作于方式２或３，以及ＳＭ２＝１時(shí)，只有當(dāng)接收到第９位數(shù)據(jù)（ＲＢ８）為１時(shí)，才把接收到的前８位數(shù)據(jù)送入ＳＢＵＦ，且置位ＲＩ發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)ＳＭ２＝０時(shí)，就不管第９位數(shù)據(jù)是０還是１，都會(huì)將數(shù)據(jù)送入ＳＢＵＦ，并發(fā)出中斷申請(qǐng)。ＲＥＮ是允許串行接收位。當(dāng)ＲＥＮ＝１時(shí)，允許串行口接收數(shù)據(jù)；當(dāng)ＲＥＮ＝０時(shí)，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。該位可以由軟件來設(shè)定。ＴＢ８是方式２，３中發(fā)送數(shù)據(jù)的第９位，可作為奇偶校驗(yàn)位。ＲＢ８是方式２，３中接收數(shù)據(jù)的第９位。257257相關(guān)知識(shí)五、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行口有關(guān)的特殊功能寄存器１.串行口控制寄存器ＳＣＯＮＴＩ是發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式０中，發(fā)送完第８位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件自動(dòng)置位。其他方式中，在發(fā)送停止位之初，由硬件自動(dòng)置位。ＴＩ＝１時(shí)，申請(qǐng)中斷，ＣＰＵ響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何方式中，ＴＩ都必須由軟件先清零。ＲＩ是接收中斷標(biāo)志位。在方式０中，接收到第８位結(jié)束時(shí)置１。其他方式中，接收到停止位時(shí)置１，要求ＣＰＵ取走數(shù)據(jù)。在任何方式中，都必須由軟件清０。在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，ＳＣＯＮ中的所有位都被清０。258258相關(guān)知識(shí)五、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行口有關(guān)的特殊功能寄存器１.串行口控制寄存器ＳＣＯＮ【例】設(shè)置串口工作在方式１。ＳＣＯＮ只需要將ＳＭ０和ＳＭ１設(shè)置為０和１即可，其他位可以全部置０，見表７－１－３。ＳＣＯＮ設(shè)置語句如下：或者也可以用位設(shè)置語句：259259相關(guān)知識(shí)五、ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)串行口有關(guān)的特殊功能寄存器2.電源管理寄存器PCONPCON用來管理單片機(jī)的電源部分，包括上電復(fù)位檢測(cè)、掉電模式、空閑模式等，PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，PCON全部被清0。電源管理寄存器PCON位符號(hào)見表7-1-4。SMOD與串行口通信波特率有關(guān)。當(dāng)SMOD=0時(shí)，串口方式為1、2、3時(shí)，波特率正常。當(dāng)SMOD=1時(shí)，串口方式為1、2、3時(shí)，波特率加倍。260260相關(guān)知識(shí)六、波特率與定時(shí)器初值在串行通信中，收、發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過偏程可對(duì)單片機(jī)串行口設(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，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率來決定。由于移入的移位時(shí)鐘的來源不同，所以每種方式的波特率計(jì)算公式也不相同，以下是4種工作方式波特率的計(jì)算公式。方式0的波特率=fosc/12方式1的波特率=(2SMOD/32)×(T1溢出率)方式2波特率=(2SMOD/64)×fosc方式3的波特率=(2SMOD/32)×(T1溢出率)式中，fosc為系統(tǒng)晶振頻率，通常為12MHz或11.0592MHz；SMOD是PCON寄存器的最高位；T1溢出率即定時(shí)器T1溢出的頻率。261261相關(guān)知識(shí)六、波特率與定時(shí)器初值表7-1-5列出了串口方式1，定時(shí)器T1方式2產(chǎn)生常用波特率時(shí)，TL1和TH1中所裝入的初值。262262相關(guān)知識(shí)六、波特率與定時(shí)器初值實(shí)際使用中，一般用51波特率計(jì)算器自動(dòng)計(jì)算，如圖7-1-7所示波特率計(jì)算器，在晶振參數(shù)設(shè)定為11.0592MHz后，選擇波特率，如9600Baud,點(diǎn)擊計(jì)算自動(dòng)列出標(biāo)準(zhǔn)波特率對(duì)應(yīng)的定時(shí)器T1初始值為FD。圖7-1-7波特率計(jì)算器263263相關(guān)知識(shí)七、UART使用步驟1.設(shè)置串口工作模式S

C

O

N

的

S

M

0=

0，S

M

1

=

1

使其工作于模式1，當(dāng)

R

E

N

=

1

時(shí)能接收。2.根據(jù)波特率計(jì)算公式設(shè)置波特率(方式0除外)注意，需要使定時(shí)器T1工作于自動(dòng)重裝模式。使用定時(shí)器T

2

(

M

C

S

-

5

2系列單片機(jī))可以達(dá)到較高的波特率。3.被特率是否需要倍速(方式0除外)如果使用定時(shí)器TI做波特率發(fā)生器且倍速后方能滿足波特率要求，則需要MOVPCON,#80H。PCON不影響定時(shí)器T2產(chǎn)生的波特率。264264相關(guān)知識(shí)七、UART使用步驟4.串口中斷串口發(fā)送一般會(huì)采用查詢方式，串口接收一般采用中斷模式。ES=1時(shí)可以打開串口中斷，隨后當(dāng)EA=1時(shí)打開全局中斷。注意，要寫好中斷服務(wù)函數(shù)，而且51單片機(jī)的串口收發(fā)中斷共用，因此中斷服務(wù)函數(shù)中需要判斷I與的值。中斷向量標(biāo)號(hào)是4.5.寫入/讀取數(shù)據(jù)向

S

B