單片機(jī)仿真與制作（基于Proteus ISIS）課件 任務(wù)12.通過串口發(fā)送一串字符至電腦

目錄【任務(wù)要求】【學(xué)習(xí)目標(biāo)】【知識鏈接】1.串行通信的基本概念2.AT89C51的串行接口3.PC與單片機(jī)間的串行通信【任務(wù)實(shí)施】【任務(wù)小結(jié)】【復(fù)習(xí)思考】

任務(wù)要求制作一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板；用單片機(jī)串口發(fā)送一串字符至電腦；通過電腦的串口助手實(shí)時(shí)顯示接收到的字符串。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解串行通信的基本概念；掌握51單片機(jī)的串行通信接口；熟悉51單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)的編程方法；掌握PC端串口調(diào)試助手的使用方法。知識鏈接-1.串行通信的基本概念單片機(jī)與外界的信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。

并行通信與串行通信接口圖知識鏈接-1.串行通信的基本概念1）異步通信和同步通信

串行通信按同步方式可分為異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步通信(SynchronousCommunication)是一種連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信傳送多個(gè)字符數(shù)據(jù)，稱為一幀信息。數(shù)據(jù)傳輸速率較高，通?？蛇_(dá)56000bps或更高。其缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步。同步字符數(shù)據(jù)字符1數(shù)據(jù)字符2……數(shù)據(jù)字符n-1數(shù)據(jù)字符n校驗(yàn)字符(校驗(yàn)字符)同步通信的數(shù)據(jù)幀格式知識鏈接-1.串行通信的基本概念

異步通信(AsynchronousCommunication)中，數(shù)據(jù)通常是以字符或字節(jié)為單位組成數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳送的。收、發(fā)端各有一套彼此獨(dú)立，互不同步的通信機(jī)構(gòu)，由于收發(fā)數(shù)據(jù)的幀格式相同，因此可以相互識別接收到的數(shù)據(jù)信息。異步通信信息幀格式知識鏈接-1.串行通信的基本概念

異步通信起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通信線上處于邏輯“1”狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送端要發(fā)送1個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)送1個(gè)邏輯“0”信號，這個(gè)低電平便是幀格式的起始位。其作用是向接收端表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。接收端檢測到這個(gè)低電平后，就準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)位：在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出(或接收端接收)的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴(yán)格的限制，5～8位均可。由低位到高位逐位傳送。奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完(接收完)之后，可發(fā)送一位用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳送過程中是否出錯(cuò)的奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)是收發(fā)雙方預(yù)先約定好的有限差錯(cuò)檢驗(yàn)方式之一。有時(shí)也可不用奇偶校驗(yàn)。停止位：字符幀格式的最后部分是停止位，邏輯“1”電平有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示傳送一幀信息的結(jié)束，也為發(fā)送下一幀信息作好準(zhǔn)備知識鏈接-1.串行通信的基本概念

2）串行通信的波特率波特率(BaudRate)是串行通信中一個(gè)重要概念，它是指傳輸數(shù)據(jù)的速率,亦稱比特率。波特率的定義是每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。如：波特率為1200bps是指每秒鐘能傳輸1200位二進(jìn)制數(shù)碼。波特率的倒數(shù)即為每位數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。例如：波特率為1200bps，每位的傳輸時(shí)間為：波特率和字符的傳輸速率不同，若采用數(shù)據(jù)幀連續(xù)傳送(無空閑位)格式，則實(shí)際的字符傳輸速率為：1200/11=109.09幀/秒波特率也不同于發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘頻率。同步通信的波特率和時(shí)鐘頻率相等，而異步通信的波特率通常是可變的。知識鏈接-1.串行通信的基本概念

3）串行通信的制式在串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（simplex）、半雙工（halfduplex）和全雙工（fullduplex）三種制式：知識鏈接-1.串行通信的基本概念

3）串行通信的制式在單工制式下，通信線的一端接發(fā)送器，一端接接收器，數(shù)據(jù)只能按照一個(gè)固定的方向傳送。在半雙工制式下，系統(tǒng)的每個(gè)通信設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，如圖6?4（b)所示。在這種制式下，數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也可以從B站傳送到A站，但是不能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，即只能一端發(fā)送,一端接收。其收發(fā)開關(guān)一般是由軟件控制的電子開關(guān)。全雙工通信系統(tǒng)的每端都有發(fā)送器和接收器，可以同時(shí)發(fā)送和接收，即數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳送。如圖6?4(c)所示。在實(shí)際應(yīng)用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，一般情況只工作于半雙工制式下，這種用法簡單、實(shí)用。知識鏈接-1.串行通信的基本概念

4）串行通信的校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)，特點(diǎn)是按字符校驗(yàn)，即在發(fā)送每個(gè)字符數(shù)據(jù)之后都附加一位奇偶校驗(yàn)位(1或0),當(dāng)設(shè)置為奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位1的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；反之則為偶校驗(yàn)。收、發(fā)雙方應(yīng)具有一致的差錯(cuò)檢驗(yàn)設(shè)置，當(dāng)接收1幀字符時(shí)，對1的個(gè)數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，若奇偶性(收、發(fā)雙方)一致則說明傳輸正確。奇偶校驗(yàn)只能檢測到那種影響奇偶位數(shù)的錯(cuò)誤，比較低級且速度慢，一般只用在異步通信中。累加和校驗(yàn)，是指發(fā)送方將所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊求和，并將“校驗(yàn)和”附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)時(shí)也是先對數(shù)據(jù)塊求和，將所得結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，若兩者相同，表示傳送正確，若不同則表示傳送出了差錯(cuò)。“校驗(yàn)和”的加法運(yùn)算可用邏輯加，也可用算術(shù)加。累加和校驗(yàn)的缺點(diǎn)是無法檢驗(yàn)出字節(jié)或位序的錯(cuò)誤。循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，其基本原理是將一個(gè)數(shù)據(jù)塊看成一個(gè)位數(shù)很長的二進(jìn)制數(shù)，然后用一個(gè)特定的數(shù)去除它，將余數(shù)作校驗(yàn)碼附在數(shù)據(jù)塊之后一起發(fā)送。接收端收到該數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)碼后，進(jìn)行同樣的運(yùn)算來校驗(yàn)傳送是否出錯(cuò)。目前CRC已廣泛用于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信中，并在國際上形成規(guī)范，市面上已有不少現(xiàn)成的CRC軟件算法。知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口51單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)框圖

知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口1）串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器，以便能以全雙工方式進(jìn)行通信。此外，在接收寄存器之前還有移位寄存器，從而構(gòu)成了串行接收的雙緩沖結(jié)構(gòu)，這樣可以避免在數(shù)據(jù)接收過程中出現(xiàn)幀重疊錯(cuò)誤。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于CPU是主動的，不會發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤，因此發(fā)送電路不需要雙重緩沖結(jié)構(gòu)。在邏輯上，SBUF只有一個(gè)，它既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一個(gè)單元地址99H。但在物理結(jié)構(gòu)上，則有兩個(gè)完全獨(dú)立的SBUF，一個(gè)是發(fā)送緩沖寄存器SBUF，另一個(gè)是接收緩沖寄存器SBUF。如果CPU寫SBUF，數(shù)據(jù)就會被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送；如果CPU讀SBUF，則讀入的數(shù)據(jù)一定來自接收緩沖器。即CPU對SBUF的讀寫，實(shí)際上是分別訪問上述兩個(gè)不同的寄存器。

知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口2）串行控制寄存器SCON串行控制寄存器SCON用于設(shè)置串行口的工作方式、監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)、控制發(fā)送與接收的狀態(tài)等。它是一個(gè)既可以字節(jié)尋址又可以位尋址的8位特殊功能寄存器。SCON位地址：

9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

SM0SM1：串行口工作方式選擇位SM0SM1工作方式功

能說明00mode0同步移位寄存器輸入/輸出，波特率固定為fosc/1201mode110位異步收發(fā)，波特率可變(T1溢出率/n，n=32或16)10mode211位異步收發(fā)，波特率固定為f0sc/n，n=64或32)11mode311位異步收發(fā)，波特率可變(T1溢出率/n，n=32或16)知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口2）串行控制寄存器SCONSM2：多機(jī)通信控制器位。在方式0中，SM2必須設(shè)成0。在方式1中，當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效的停止位“1”時(shí)，RI才能被激活成“1”(產(chǎn)生中斷請求)。在mode2和mode3中，若SM2=0，串行口以單機(jī)發(fā)送或接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活并產(chǎn)生中斷請求；若SM2=1，RB8=1時(shí)，RI被激活并產(chǎn)生中斷請求。REN：串行接受允許控制位。該位由軟件置位或復(fù)位。當(dāng)REN=1，允許接收；當(dāng)REN=0，禁止接收。TB8：mode2和mode3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。該位由軟件置位或復(fù)位。在mode2和mode3時(shí)，TB8是發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機(jī)通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機(jī)發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=1表示地址，TB8=0表示數(shù)據(jù)。TB8還可用作奇偶校驗(yàn)位。

知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口2）串行控制寄存器SCONRB8：接收數(shù)據(jù)第9位。在mode2和mode3時(shí)，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。RB8也可用作奇偶校驗(yàn)位。在方式1中，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。在方式0中，該位未用。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。TI=1，表示已結(jié)束一幀數(shù)據(jù)發(fā)送，可由軟件查詢TI位標(biāo)志，也可以向CPU申請中斷。RI：接收中斷標(biāo)志位。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束?？捎绍浖樵僐I位標(biāo)志，也可以向CPU申請中斷。

知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口3）電源控制寄存器PCONPCON是用于控制電源的專用寄存器，但是它的最高位SMOD與串行通信的波特率相關(guān)。電源控制寄存器PCON的格式：SMOD：串行口波特率倍增位。在工作方式1～工作mode3時(shí)，若SMOD=1，則串行口波特率增加一倍。若SMOD=0，波特率不加倍。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SMOD=0。

PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SMOD－－－GF1GF0PDIDL知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口4）串行口工作方式AT89C51串行通信共有4種工作方式，它們分別是mode0、mode1、mode2和mode3，由串行控制寄存器SCON中的SM0SM1決定。

（1）mode0在mode0下，串行口作為同步移位寄存器使用，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)示意圖如圖6?8所示。mode0波特率為fosc/12，即一個(gè)機(jī)器周期發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。它的主要用途是外接同步移位寄存器，以擴(kuò)展并行I/O口。知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口mode0接收和發(fā)送數(shù)據(jù)示意圖

（1）mode0知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（2）mode1mode1是最常用的一種通信方式，它是一幀10位的異步串行通信方式，包括1個(gè)起始位(0)，8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位(1)。mode1數(shù)據(jù)幀格式：起始位0D0D1D2D3D4D5D6D7

停止位1知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（2）mode1數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)前，先要將TI清零，然后只要將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)賦值給SBUF即可，硬件會自動加入起始位和停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，然后由TXD端串行輸出。發(fā)送完后，TXD輸出線維持在“1”狀態(tài)下，并將SCON中的TI置1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。例如要將0xf7通過串口發(fā)送出去，具體指令如下：TI=0;SBUF=0xf7;while(!TI); //等待發(fā)送完畢，如果發(fā)送完畢，硬件會置位TITI=0; //TI需要軟件清零知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（2）mode1數(shù)據(jù)接收RI=0，REN=1時(shí)，接收電路以波特率的16倍速度采樣RXD引腳，如出現(xiàn)由“1”變“0”跳變，認(rèn)為有數(shù)據(jù)正在發(fā)送。在接收到第9位數(shù)據(jù)（即停止位）時(shí)，必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：RI=0和SM2=0或接收到的停止位為“1”，才把接收到的數(shù)據(jù)存入SBUF中，停止位送RB8，同時(shí)置位RI。若上述條件不滿足，接收到的數(shù)據(jù)不裝入SBUF被舍棄。在方式1下，SM2應(yīng)設(shè)定為0。例如要將從串口接收到的一個(gè)數(shù)據(jù)放到變量x中，具體指令如下：if(RI==1) x=SBUF; //當(dāng)硬件接收完一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，硬件會置位RIRI=0; //RI需要軟件清零知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（2）mode1波特率知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（3）mode2和mode3工作mode2和mode3都是11位異步收發(fā)串行通信方式mode2和mode3的數(shù)據(jù)幀格式：起始位

0D0D1D2D3D4D5D6D7TB8/RB8

停止位

1知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（3）mode2和mode3在mode2或mode3條件下，可實(shí)現(xiàn)一臺主機(jī)和多臺從機(jī)之間的通信。多機(jī)通信連接圖：知識鏈接-2.

AT89C51的串行接口

（3）mode2和mode3工作mode2和mode3的差異僅在波特率上有所不同。其中，fosc為單片機(jī)系統(tǒng)的晶振頻率。mode3和mode1的波特率計(jì)算方法完全一樣。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

1）RS-232C接口規(guī)范由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此出現(xiàn)了25針、15針和9針各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。其中9針在單片機(jī)中是最常用的。如圖所示是9針RS232串口通信線實(shí)物圖，及各引腳信號的定義：除信號定義外，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了它是一種電壓型總線標(biāo)準(zhǔn)，采用負(fù)邏輯標(biāo)準(zhǔn)：+3V～+25V表示邏輯0；-3V～-25V表示邏輯1。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

2）RS-232C接口電路MAX232芯片的引腳結(jié)構(gòu)知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

2）RS-232C接口電路單片機(jī)與PC串行通信典型電路※※※注意：強(qiáng)烈建議不要帶電插撥串口，插撥時(shí)至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（1）調(diào)試串口硬件準(zhǔn)備知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（2）打開串口助手知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（3）設(shè)置串口參數(shù)十六進(jìn)制形式和字符格式切換：串口助手可以發(fā)送單字符串，多字符串。有兩種發(fā)送數(shù)據(jù)格式，一種是普通的字符串，另外一種是十六進(jìn)制數(shù)據(jù)即HEX格式數(shù)據(jù)。發(fā)送HEX格式數(shù)據(jù)時(shí)要在字符串輸入?yún)^(qū)中輸入HEX格式字符串，并且要將相應(yīng)區(qū)內(nèi)的“十六進(jìn)制發(fā)送”選項(xiàng)選中。若用字符格式顯示則選中“字符格式顯示”。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（3）設(shè)置串口參數(shù)多字符串(字符串序列)發(fā)送區(qū)：在多字符串發(fā)送區(qū)可以發(fā)送一個(gè)字符串，或者自動地、依次發(fā)送所有的字符串。

把鼠標(biāo)移到“接收區(qū)／鍵盤發(fā)送區(qū)”和“多字符串發(fā)送區(qū)”之間，當(dāng)鼠標(biāo)形狀發(fā)生變化時(shí)按下鼠標(biāo)器的左鍵不松開，然后移動鼠標(biāo)，將“多字符串發(fā)送區(qū)”的寬度調(diào)寬一些，讓“間隔時(shí)間”顯露出來，即可以設(shè)置間隔時(shí)間。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（3）設(shè)置串口參數(shù)自動發(fā)送，自動發(fā)送周期：

此項(xiàng)功能可以每隔一段時(shí)間反復(fù)地自動發(fā)送輸入框中的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊自動發(fā)送按鈕后即啟動自動發(fā)送功能。自動發(fā)送周期最大為

65535mS。串口號：根據(jù)實(shí)際的串口選擇，可選范圍COM1-COM16。波特率：可選范圍2400-115200，通常選用9600，同時(shí)需要設(shè)計(jì)電腦外的另一端的波特率為9600。

校驗(yàn)位：三個(gè)可選項(xiàng)：“even”、“odd”、“none”，通常選“none”。數(shù)據(jù)位：通常選擇“8”。停止位：通常選擇“1”。知識鏈接-3.PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信

3）串口調(diào)試助手使用（4）打開/關(guān)閉串口區(qū)下載后打開串口選項(xiàng)：選中這選項(xiàng)后，每次下載后會自動打開調(diào)試助手指定的串口，接收應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊打開/關(guān)閉串口區(qū)中的打開/關(guān)閉串口按鈕，可將串口打開或關(guān)閉。任務(wù)實(shí)施1)準(zhǔn)備元器件序號種類標(biāo)號參數(shù)序號種類標(biāo)號參數(shù)1電阻R110k8電容C730pF2電容C11uF9電容C810uF3電容C21uF10單片機(jī)U1STC89C524電容C31uF11芯片U2MAX2325電容C41uF12串口接頭P1COMPIM6電容C51uF13晶振X111.0592M任務(wù)實(shí)施2)搭建硬件電路仿真電路圖任務(wù)實(shí)施2)搭建硬件電路配套實(shí)驗(yàn)板串口電路圖任務(wù)實(shí)施3)程序設(shè)計(jì)通過串口發(fā)送一串字符至電腦程序流程任務(wù)實(shí)施3)程序設(shè)計(jì)通過串口發(fā)送一串字符至電腦串口初始化子程序清單voidCom_Init(void)//串口初始化子程序{PCON&=0x7f;//波特率不倍速SCON=0x50;//8位數(shù)據(jù),可變波特率TMOD&=0x0f;//清除定時(shí)器1模式位TMOD|=0x20;//設(shè)定定時(shí)器1為8位自動重裝方式TL1=0xFD;//設(shè)定定時(shí)初值TH1=0xFD;//設(shè)定定時(shí)器重裝值ET1=0;//禁止定時(shí)器1中斷TR1=1;//啟動定時(shí)器1}任務(wù)實(shí)施3)程序設(shè)計(jì)通過串口發(fā)送一串字符至電腦主程序清單voidMain(){

uchar

i=0;

ucharcodeBuffer[]="W