單片機(jī)原理第10章MCS51系統(tǒng)的串行接口教學(xué)

第十章

MCS-51單片機(jī)的串行接口110.1串行通信基礎(chǔ)知識通信的基本方式并行通信：各位數(shù)據(jù)同時傳送。串行通信：數(shù)據(jù)一位位按順序傳送。210.1.1串行通信的兩種基本方式

1.異步傳送方式收發(fā)雙方有各自的時鐘源控制字符發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)以一個字(字符)為傳送單位，它們在線路上傳送不連續(xù)。異步傳送時，發(fā)送方能采用兩種方式傳送，即各個字符連續(xù)傳送和字符間斷傳送。3異步傳送方式異步通信按幀傳送數(shù)據(jù)，利用每幀的起、止信號來建立發(fā)送方與接收方之間的同步，每幀內(nèi)部各位均采用固定的時間間隔，但幀與幀之間的時間間隔是隨機(jī)的。其基本特征是每個字符必須用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束標(biāo)志。MCS-51單片機(jī)串行通信采用異步通信方式。4異步傳送方式異步通信的字符格式幀組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。5異步通信的字符格式起始位：“0”信號，占用1位，通知接收設(shè)備一個新字符開始；數(shù)據(jù)線不傳送字符時保持“1”。接收端不斷檢測線路的狀態(tài)，如果連續(xù)收到“1”以后又檢測到“0”，表明新字符開始；6異步通信的字符格式數(shù)據(jù)位：可以選擇5位、6位、7位或8位，發(fā)送時，先傳送最低位，后傳送高位；奇偶校驗位：占用1位，也可以不用；停止位：可以選擇1位、1.5位或2位。7波特率(bandRate)波特率定義：每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，單位是位/秒(bps)。例，傳送速率為120字符/秒，而每個字符又包含10位(1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位和1位停止位)，則波特率為：120字符/秒×10位/字符＝1200位/秒＝1200波特異步通信波特率范圍：50～56,000bps8波特率在串行通信中，數(shù)據(jù)位的發(fā)送和接收分別由發(fā)送時鐘脈沖和接收時鐘脈沖進(jìn)行定時控制。時鐘頻率比波特率高若干倍。時鐘頻率高，則波特率高，通信速度就快；反之，時鐘頻率低，波特率就低，通信速度就慢。9異步傳送方式異步傳送方式設(shè)備簡單、實現(xiàn)方便。但由于需要在傳送數(shù)據(jù)中插入起始位和停止位，降低了有效數(shù)據(jù)位的傳送速率。10串行通信的基礎(chǔ)知識2.同步傳送方式同步方式將一大批數(shù)據(jù)分成幾個數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊之間用同步字符(SYN，16H)隔開，傳輸?shù)母魑欢M(jìn)制碼之間沒有間隔。11同步傳送方式同步傳送方式必須嚴(yán)格保持發(fā)送和接收時鐘同步。為了保證接收正確，發(fā)送方需要傳送數(shù)據(jù)和時鐘信號。硬件要求高，通訊雙方須嚴(yán)格同步。1210.1.2串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方式單工通訊(Simplex)半雙工通訊(Half-duplex)全雙工通訊(Full-duplex)MCS-51單片機(jī)采用全雙工通訊方式13串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方式單工通訊：數(shù)據(jù)單向傳送。發(fā)送器接收器A站B站14串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方式半雙工通訊：數(shù)據(jù)分時雙向傳送。特點：①每端需有一個收/發(fā)切換電子開關(guān)②切換會產(chǎn)生時間延遲應(yīng)用：打印機(jī)串口等發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器A站B站1574LS245邏輯圖

(八同相三態(tài)收發(fā)器)16串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方式全雙工通訊：可同時進(jìn)行發(fā)送和接收。特點：①每一端都有發(fā)送器和接收器②有二條傳送線應(yīng)用：交互式應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)測控制發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器A站B站17協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信的格式及約定(如同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號電平等)不同，形成多種串行通信協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)。?

通用異步收發(fā)器(UART)－MCS-51串口等?通用串行總線（USB）18協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)?

I2C總線：Inter－IntegratedCircuitPhilips公司研制的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。I2C串行總線一般有兩根信號線：雙向數(shù)據(jù)線SDA、時鐘線SCL。一般微控制器與各種傳感器的通信通過I2C總線。19協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)?

RS-485：RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。采用半雙工方式，通信距離為幾十米到上千米。20

RS-485的主要特點差分信號擁有更好的噪聲抗干擾性能；差分信號可抑制外部噪聲(A和B)；共模偏移量（地偏移）也可抵消；2122協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)?

SPI總線：SerialPeripheralBus總線是Motorola公司提出的一種同步串行外設(shè)接口，容許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信、交換信息。23協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)?

RS-232C：美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。邏輯1(MARK)=－3V～－15V

邏輯0(SPACE)=＋3～＋15V24MCS-51串行口寄存器結(jié)構(gòu)2510.2MCS-51單片機(jī)的串行接口串行接口電路為用戶提供了兩個串行口緩沖寄存器(SBUF)，發(fā)送緩存器：接收片內(nèi)總線送來的數(shù)據(jù)，只能寫不能讀。數(shù)據(jù)通過TXD引腳向外傳送；接收緩沖器：向片內(nèi)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，只能讀不能寫。通過RXD引腳接收數(shù)據(jù)。

發(fā)送緩沖器與接收緩沖器共用一個地址99H。2610.2.1MCS-51單片機(jī)的串行接口串行口工作狀態(tài)受控于：SCON：串行口控制寄存器，用來控制串行口的工作方式等。PCON：電源控制寄存器。27串行口控制/狀態(tài)寄存器SCON(98H)D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位序SCONSM0SM1方式說明波特率000同步移位寄存器主振頻率fosc/12

01110位異步接收和發(fā)送定時器控制

10211位異步接收和發(fā)送fosc/32,fosc/6411311位異步接收和發(fā)送定時器控制28串行口控制/狀態(tài)寄存器SCON(98H)SM2：多機(jī)通信控制位，主要用于工作方式2和工作方式3。在這二個方式下：SM2=1，當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)(RB8)為0時，不置位接收中斷標(biāo)志RI，并且將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄；RB8為“1”時，將接收的前8位數(shù)據(jù)送SBUF，并置位RI產(chǎn)生中斷請求。SM2=0時，不論RB8為“0”和“1”，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷。在方式0時，SM2必須為“0”。29串行口控制/狀態(tài)寄存器SCONREN：允許接收控制位。REN=1，允許串口接收數(shù)據(jù)；REN=0，禁止串口接收數(shù)據(jù)；TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2、3中，準(zhǔn)備發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)存放在TB8位，可用作校驗位和地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位。此位由軟件置位和復(fù)位。RB8：接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式2、3中，存放接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式1下，若SM2=0，則RB8存放收到的停止位方式，對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行某種控制；方式0下，不使用RB8位。30串行口控制/狀態(tài)寄存器SCONTI：發(fā)送中斷標(biāo)志，指示發(fā)送的一幀是否結(jié)束。在方式0下，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，TI置位；其它方式，發(fā)送停止位時，TI置位。必須由軟件清零。RI：接收中斷標(biāo)志，指示接收的一幀是否結(jié)束。在方式1下，接收到第8位數(shù)據(jù)時，RI置位；其它方式，接收到停止位時，RI置位。必須由軟件清零。31電源控制寄存器PCON在方式1、2、3時，與串行通信有關(guān)的是D7位(SMOD)，該位為波特率選擇位。///SMOD位符號D0D1D2D3D4D5D6D7位序當(dāng)SMOD=1時，串行口波特率×2；當(dāng)SMOD=0時，串行口波特率為設(shè)定值。

MCS-51復(fù)位后，SMOD=0。PCON單元地址87H，不可位尋址。3210.2.2MCS-51串行口的工作方式1.方式0：移位寄存器輸入/輸出方式串行口相當(dāng)于一個并入串出(發(fā)送)或串入并出(接收)的移位寄存器。在此方式下，MCS-51一般要外接移位寄存器。主要用途是與外接的移位寄存器結(jié)合構(gòu)成并行I/O口擴(kuò)展。低位在前。33串行口方式0的時序34方式0：移位寄存器輸入/輸出方式(1)數(shù)據(jù)輸出(發(fā)送)

數(shù)據(jù)寫入SBUF后，數(shù)據(jù)在移位脈沖(TXD)控制下，由RXD端逐位移入74LS164。當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移出后，TI由硬件置位，發(fā)生中斷請求。若CPU響應(yīng)中斷，則從0023H單元開始執(zhí)行串行口中斷服務(wù)程序，數(shù)據(jù)由74LS164并行輸出。35方式0：移位寄存器輸入/輸出方式(2)數(shù)據(jù)輸入(接收)REN=1時，數(shù)據(jù)在移位脈沖控制下，從RXD端輸入。當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)時，置位RI，發(fā)生中斷請求。通過外接74LS165，串行口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入。36方式1：10(8)位異步接收/發(fā)送方式

10位為一幀的異步串行通信方式。其幀格式為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。(1)數(shù)據(jù)輸出(發(fā)送)

數(shù)據(jù)寫入SBUF開始發(fā)送，此時由硬件加入起始位和停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，由TXD串行輸出。輸出一幀數(shù)據(jù)后，TXD保持在高電平狀態(tài)下，并將TI置位，通知CPU可進(jìn)行下一個字符發(fā)送。37方式1：10(8)位異步接收/發(fā)送方式2.數(shù)據(jù)輸入(接收)

當(dāng)REN=1、SM0=0、SM1=1，并檢測到起始位后，由移位脈沖控制接收數(shù)據(jù)。當(dāng)滿足條件：RI=0；收到停止位為“1”或SM2=0時，8位數(shù)據(jù)送入SBUF，停止位進(jìn)入RB8，置位中斷標(biāo)志RI。如果兩個條件不滿足，數(shù)據(jù)將丟失。38串行口方式1的時序39方式2：11(9)位異步發(fā)送/接收方式方式2為11位為一幀的異步串行通信方式。幀格式為1個起始位、9個數(shù)據(jù)位和1個停止位。方式2下，字符還是8個數(shù)據(jù)位，增加了第9位數(shù)據(jù)位(D8)，即TB8，其功能由用戶確定，是一個可編程位。發(fā)送數(shù)據(jù)前，用指令將SCON的TB8位中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好：

SETBTB8；TB8位置“1”CLRTB8；TB8位置“0”40方式2：11(9)位異步接收/發(fā)送方式

MOVSCON,#80HMOVPCON,#80HMOVR0,#40HMOVR2,#16LOOP:MOVA,@R0

；取數(shù)據(jù)

MOVC,P；

MOVTB8,C

MOVSBUF,A;數(shù)據(jù)送發(fā)送緩沖器

;啟動發(fā)送WAIT:JNBTI,WAITCLRTI;清除發(fā)送中斷標(biāo)志TIINCR0DJNZR2,LOOP

TB8可作為多機(jī)通信中的地址或數(shù)據(jù)的標(biāo)志位，也可為奇偶校驗位。例，以TB8作為奇偶校驗位，發(fā)送程序。41方式2：11(9)位異步發(fā)送/接收方式

REN=1、SM0=1、SM1=0時，串口以方式2接收數(shù)據(jù)。當(dāng)滿足條件：RI=0，SM2=0；或收到的第9位數(shù)據(jù)為“1”。

8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)進(jìn)入RB8，置位RI。如果條件不滿足，數(shù)據(jù)將丟失。42［例］若附加第9位數(shù)據(jù)為奇偶校驗位，接收處理程序：

MOVSCON,#90HLOOP:JNBRI,LOOP

CLRRI;清除接收中斷標(biāo)志RI

MOVA,SBUF;前8位數(shù)據(jù)

MOVC,PJBPSW.0,ONE;P=1則判斷RB8是否為1？

JBRB8,ERR;A的奇偶位為0,RB8為1,出錯

SJMPOKONE:JNBRB8,ERROK:MOV@R0,A…..ERR:…..

；出錯處理程序入口，如丟棄數(shù)據(jù)、要求重發(fā)等43串行口方式2、3的時序44方式3：11位異步發(fā)送/接收方式當(dāng)SM0、SM1=11時，串口工作于方式3，幀數(shù)據(jù)格式同方式2，但波特率可變，由T1確定。45MCS-51波特率計算－方式0波特率固定：fosc為主機(jī)主頻46MCS-51波特率計算－方式1、3波特率由T1的溢出率確定，計算公式為：其中，SMOD為寄存器PCON的最高位。T1的溢出率與其采用的工作方式有關(guān)：47MCS-51波特率計算－方式2有兩種固定波特率，即：fosc/32和fosc/64常用波特率和定時器T1初值關(guān)系表48波特率(方式1、3)fosc=6Mfosc=12Mfosc=11.059MSMODT1方式初值SMODT1方式初值SMODT1方式初值62.5k

12FFH

19.2k

12FDH9.6k

02FDH4.8k

12F3H02FAH2.4k12F3H12F3H02F4H1.2k12E6H02E6H02E8H60012CCH02CCH02D0H30002CCH0298H02A0H137.5121DH021DH022EH1100272H01FEEBH01FEFFH4910.3.2串行口方式0用作并行I/O口【例10.2】74LS164并行輸出端接8支發(fā)光二極管，利用其串入并出功能，將發(fā)光二極管從左到右依次點亮，反復(fù)循環(huán)。假定發(fā)光二極管為共陰極接法。50編程實現(xiàn)方法

ORG0023H AJMPSBR ORG2000H MAIN：MOVSCON，#00H；串行口工作在方式0 MOVA,#80H；最左一位點亮

CLRP1.0；關(guān)閉并行輸出

MOVSBUF,A；開始串行輸出LOOP：SJMP$SBR：SETBP1.0 ；啟動輸出

ACALLDELAY；調(diào)用延時子程序

CLRTI ；清發(fā)送中斷標(biāo)志

RR A ；發(fā)光右移

CLRP1.0；關(guān)閉并行輸出

MOVSBUF,A；再次串行輸出

RETI5110.3.3串口方式1、3時的發(fā)送和接收【例】利用串行口進(jìn)行雙機(jī)通信。52甲機(jī)發(fā)送(采用查詢方式)

MOVSCON,#80H;設(shè)置工作方式2MOVPCON,#00;置SMOD=0,波特率不加倍

MOVR0,#40H;數(shù)據(jù)區(qū)地址指針

MOVR2,#10H;數(shù)據(jù)長度LOOP:MOVA,@R0;取發(fā)送數(shù)據(jù)

MOVC,P;奇偶位送TB8MOVTB8,CMOVSBUF,A;送串口并開始發(fā)送數(shù)據(jù)WAIT:JBCTI,NEXT;

檢測是否發(fā)送結(jié)束,并清除TISJMPWAITNEXT:INCR0;修改發(fā)送數(shù)據(jù)地址指針

DJNZR2,LOOPRET53乙機(jī)接收(查詢方式)

MOVSCON,＃90H;方式2,并允許接收MOVPCON,＃00H;置SMOD=0MOVR0,＃60H;置數(shù)據(jù)區(qū)地址指針MOVR2,＃10H;等待接收數(shù)據(jù)長度LOOP:JBCRI,READ;等待接收數(shù)據(jù)，并清RISJMPLOOPREAD:MOVA,SBUF;讀一幀數(shù)據(jù)

MOVC,PJNCLP0;C不為1轉(zhuǎn)LP0JNBRB8,ERR;RB8=0,即RB8不為P轉(zhuǎn)ERRAJMPLP1LP0:JBRB8,ERR;RB8=1,即RB8不為P,轉(zhuǎn)ERRLP1:MOV@R0,A;RB8=P,接收一幀數(shù)據(jù)

INCR0DJNZR2,LOOPRETERR:…

;出錯處理程序5410.3.3串口方式1、3時的發(fā)送和接收例10.38031按雙工方式收發(fā)ASCII字符，最高位用作奇校驗位。要求傳送波特率為1200bps。編程思想：7位ASCII碼加1位奇校驗位共8位數(shù)據(jù)位，采用串口方式1。將P值取反后放入ASCII碼最高位，實現(xiàn)奇校驗。設(shè)fosc為6MHz，發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)的首地址為20H，接收數(shù)據(jù)區(qū)的首地址為40H。55串口方式1、3時的發(fā)送和接收MOVTMOD,#20HMOVTL1,#0F4HMOVTH1,#0F4HSETBEASETBTR1MOVSCON,#50HMOVR0,#20HMOVR1,#40HACALLSOUTLOOP:SJMP$主程序56串口方式1、3時的發(fā)送和接收ORG0023HAJMPSBR1SBR1:JNBRI,SENDACALLSINSJMPNEXTSEND:ACALLSOUTNEXT:RETI串口中斷服務(wù)程序57串口方式1、3時的發(fā)送和接收SOUT:MOVA,@R0MOVC,PCPLCMOVACC.7,C