第6章80C51單片機(jī)的串行口

1、天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 1 第第6 6章章 80C5180C51單片機(jī)的串行口單片機(jī)的串行口 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ)串行通信基礎(chǔ)6.1 80C5180C51單片機(jī)的單片機(jī)的串行口串行口6.2 80C5180C51單片機(jī)的單片機(jī)的串行口應(yīng)用串行口應(yīng)用 6.3 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 2 6.1 計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ) 通信：并行通信與串行通信通信：并行通信與串行通信 v 并行通信并行通信 特點(diǎn)特點(diǎn)：傳送控制簡(jiǎn)單、速度快，但傳輸線較多，成本高。：傳送控制簡(jiǎn)單、速度快，但傳輸線較多，成本高。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 3 v 串行通

2、信串行通信 特點(diǎn)特點(diǎn)：傳送控制復(fù)雜、速度慢，傳輸線少，成本低：傳送控制復(fù)雜、速度慢，傳輸線少，成本低 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 4 v 異步通信與同步通信異步通信與同步通信 收、發(fā)設(shè)備時(shí)鐘獨(dú)立，以字符收、發(fā)設(shè)備時(shí)鐘獨(dú)立，以字符( (幀幀) )為單位傳輸為單位傳輸 6.1.1 6.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 v 異步通信異步通信 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 5 異步通信幀格式異步通信幀格式 v起始位（位）；起始位（位）； v 數(shù)據(jù)位（位）；數(shù)據(jù)位（位）； v 奇偶校驗(yàn)位（位，可無(wú)校驗(yàn)位）；奇偶校驗(yàn)位（位，可無(wú)校驗(yàn)位）； v 停止位（位）。停止位（位

3、）。 特點(diǎn)特點(diǎn) v 易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn) v 效率不高效率不高 v 同步通信同步通信（發(fā)、收時(shí)鐘直接連接，效率高。板內(nèi)元件間的（發(fā)、收時(shí)鐘直接連接，效率高。板內(nèi)元件間的SPI接口）接口） 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 6 v 串行通信的傳輸方向串行通信的傳輸方向 v 單工單工 v 半雙工半雙工 v 全雙工全雙工 80C5180C51有有1 1個(gè)全雙工個(gè)全雙工串行口串行口 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 7 v 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) DTEDTE：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)終端終端設(shè)備設(shè)備 DCEDCE：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)通信通信設(shè)備設(shè)備 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 v 調(diào)制調(diào)制 v 解調(diào)解調(diào)

4、天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 8 v 串行通信的錯(cuò)誤校驗(yàn)串行通信的錯(cuò)誤校驗(yàn) v奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn) 發(fā)送字符時(shí)發(fā)送字符時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨，數(shù)據(jù)位尾隨1 1位奇偶校驗(yàn)位（位奇偶校驗(yàn)位（1 1 或或0 0）。）。奇校驗(yàn)時(shí)奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)中“1 1”的個(gè)數(shù)與校的個(gè)數(shù)與校 驗(yàn)位驗(yàn)位“1 1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)偶校驗(yàn)時(shí)， 數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)中“1 1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1 1”的個(gè)數(shù)之和的個(gè)數(shù)之和 應(yīng)為偶數(shù)。應(yīng)為偶數(shù)。 接收字符時(shí)接收字符時(shí)，對(duì)，對(duì)“1 1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā) 現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)了差現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)

5、過(guò)程中出現(xiàn)了差 錯(cuò)。錯(cuò)。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 9 v代碼和校驗(yàn)代碼和校驗(yàn) 發(fā)送方發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或）， 產(chǎn)生的產(chǎn)生的校驗(yàn)和字節(jié)校驗(yàn)和字節(jié)附加到數(shù)據(jù)塊的末尾。附加到數(shù)據(jù)塊的末尾。 接收方接收方在接收數(shù)據(jù)時(shí)要對(duì)在接收數(shù)據(jù)時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié) 外）求和（或各字節(jié)異或），外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與將所得的結(jié)果與 收到的收到的“校驗(yàn)和校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，相符則無(wú)差錯(cuò)，進(jìn)行比較，相符則無(wú)差錯(cuò)， 否則就認(rèn)為傳送過(guò)程出現(xiàn)了差錯(cuò)。否則就認(rèn)為傳送過(guò)程出現(xiàn)了差錯(cuò)。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 1

6、0 v 傳輸速率與傳輸距離傳輸速率與傳輸距離 v傳輸速率傳輸速率 比特率比特率：每秒鐘傳送的信息量。單位：位秒（：每秒鐘傳送的信息量。單位：位秒（bpsbps） 波特率波特率：每秒鐘傳送碼元數(shù)目，單位：波特（：每秒鐘傳送碼元數(shù)目，單位：波特（Baud） 基帶傳輸基帶傳輸（每個(gè)碼元帶有（每個(gè)碼元帶有“1 1”或或“0 0”這這1 bit1 bit信息，信息， 傳碼率與傳信率相同），傳碼率與傳信率相同），波特率和比特率是相同的波特率和比特率是相同的。 常用波特率為：常用波特率為：24002400、48004800、 96009600、14.4K14.4K、19.2K19.2K等等 v傳輸距離與傳輸

7、速率的關(guān)系傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系 傳輸距離隨波特率的增加而減小。傳輸距離隨波特率的增加而減小。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 11 6.1.2 6.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-232CRS-232C定義的是定義的是DTEDTE與與DCEDCE間的接口標(biāo)準(zhǔn)。間的接口標(biāo)準(zhǔn)。 v 機(jī)械特性機(jī)械特性 DB-25DB-25（陽(yáng)頭）連接器（陽(yáng)頭）連接器 DB-9DB-9（陽(yáng)頭）連接器（陽(yáng)頭）連接器 陽(yáng)頭陽(yáng)頭通常用于通常用于計(jì)算機(jī)側(cè)計(jì)算機(jī)側(cè)，陰頭陰頭用于用于連接線側(cè)連接線側(cè) 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 12 v 功能特性功能特性 插針序號(hào)插針序號(hào)信號(hào)名稱信號(hào)名

8、稱功能功能信號(hào)方向信號(hào)方向 1 PGND保護(hù)接地保護(hù)接地 2（3）TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）DTEDCE 3（2）RXD接收數(shù)據(jù)（串行輸入）接收數(shù)據(jù)（串行輸入）DTEDCE 4（7）RTS請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送DTEDCE 5（8）CTS允許發(fā)送允許發(fā)送DTEDCE 6（6）DSRDCE就緒（數(shù)據(jù)建立就緒）就緒（數(shù)據(jù)建立就緒）DTEDCE 7（5） SGND信號(hào)接地信號(hào)接地 8（1）DCD載波檢測(cè)載波檢測(cè)DTEDCE 20（4）DTRDTE就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）DTEDCE 22（9） RI振鈴指示振鈴指示DTEDCE 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7

9、-12 13 v 電氣特性電氣特性 RS-232CRS-232C采用負(fù)邏輯電平，規(guī)定（采用負(fù)邏輯電平，規(guī)定（-3-3-25V-25V）為邏輯）為邏輯“1 1”， （+3+3+25V+25V）為邏輯）為邏輯“0 0”。-3V-3V+3V+3V是未定義的過(guò)渡區(qū)。是未定義的過(guò)渡區(qū)。 試比較：試比較： 電平轉(zhuǎn)換電路（如電平轉(zhuǎn)換電路（如MAX232MAX232）。）。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 14 v 過(guò)程特性過(guò)程特性 v遠(yuǎn)遠(yuǎn)程通信，需要調(diào)制解調(diào)器程通信，需要調(diào)制解調(diào)器 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 15 v近近程通信，不需要調(diào)制解調(diào)器程通信，不需要調(diào)制解調(diào)器 無(wú)聯(lián)絡(luò)線方式

10、無(wú)聯(lián)絡(luò)線方式 聯(lián)絡(luò)線短接（偽連接）方式聯(lián)絡(luò)線短接（偽連接）方式 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 16 v RS-232CRS-232C電平與電平與TTLTTL電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 v早期常用早期常用MC1488MC1488、MC1489MC1489 v近期常用近期常用MAXM232MAXM232： 片內(nèi)帶有自升壓電路片內(nèi)帶有自升壓電路 僅需僅需+5V+5V電源電源 內(nèi)含內(nèi)含2 2個(gè)發(fā)送器，個(gè)發(fā)送器，2 2個(gè)接收器個(gè)接收器 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 17 v 采用采用RS-232CRS-232C接口存在的問(wèn)題接口存在的問(wèn)題 v傳輸距離短、速率低傳輸距離短、速

11、率低 通常不超過(guò)通常不超過(guò)1515米，速率米，速率20Kbps20Kbps v有電平偏移有電平偏移 RS-232RS-232收發(fā)共地，地電流會(huì)使電平偏移出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。收發(fā)共地，地電流會(huì)使電平偏移出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。 v抗干擾能力差抗干擾能力差 RS-232RS-232常用單端輸入，易混入干擾。（常用單端輸入，易混入干擾。（故用大擺幅故用大擺幅） 新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)RS-485RS-485改善了傳輸特性，應(yīng)用廣泛！改善了傳輸特性，應(yīng)用廣泛！ 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 18 6.2 80C51單片機(jī)的串行口單片機(jī)的串行口 6.2.1 80C516.2.1 80C51串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu) 1

12、 1個(gè)個(gè)全雙工全雙工串口：通信串口：通信或或接口擴(kuò)展接口擴(kuò)展 接收發(fā)送緩沖器接收發(fā)送緩沖器邏輯同名、物理分開(kāi)；邏輯同名、物理分開(kāi)；接收雙緩沖。接收雙緩沖。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 19 6.2.2 80C516.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器 v 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON v SM0SM0和和SM1SM1：工作方式選擇位：工作方式選擇位 76543210 SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI字節(jié)地址：字節(jié)地址：98H SM0SM1方方 式式說(shuō)說(shuō) 明明波特率波特率 000移位寄存器移位寄存器fosc/12 0111

13、0位位UART（8位數(shù)據(jù)）位數(shù)據(jù)）可變可變 10211位位UART（9位數(shù)據(jù)）位數(shù)據(jù)） fosc/64或或fosc/32 11311位位UART（9位數(shù)據(jù)）位數(shù)據(jù)）可變可變 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 20 vSM2SM2：多機(jī)通信控制位：多機(jī)通信控制位 SM2=1SM2=1時(shí)時(shí), ,接收機(jī)處于接收機(jī)處于地址幀地址幀篩選篩選狀態(tài)。若狀態(tài)。若RB8RB8 1 1，該地址幀信息可進(jìn)入，該地址幀信息可進(jìn)入SBUFSBUF，并使，并使RIRI為為1 1，進(jìn)，進(jìn) 而在中斷服務(wù)中再進(jìn)行地址號(hào)比較而在中斷服務(wù)中再進(jìn)行地址號(hào)比較; ;若若RB8RB80 0， 該幀不是地址幀，應(yīng)丟掉，且保持該幀不

14、是地址幀，應(yīng)丟掉，且保持RI=0RI=0。 SM2=0SM2=0時(shí)，接收機(jī)處于時(shí)，接收機(jī)處于地址幀篩選被禁止地址幀篩選被禁止?fàn)顟B(tài)。狀態(tài)。 不論收到的不論收到的RB8RB8為為0 0或或1 1，均可以使收到的信息進(jìn)，均可以使收到的信息進(jìn) 入入SBUFSBUF，并使，并使RI=1RI=1。此時(shí)的此時(shí)的RB8RB8通常為校驗(yàn)位通常為校驗(yàn)位。 v RENREN：串行接收使能位，軟件置：串行接收使能位，軟件置1 1時(shí)，啟動(dòng)接收過(guò)程時(shí)，啟動(dòng)接收過(guò)程 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 21 vTB8TB8：多機(jī)方式發(fā)送的第：多機(jī)方式發(fā)送的第9 9位位 多機(jī)方式的地址多機(jī)方式的地址/ /數(shù)據(jù)幀標(biāo)志。也

15、可作為奇偶校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)幀標(biāo)志。也可作為奇偶校驗(yàn)位。 vRB8RB8：多機(jī)方式接收的第：多機(jī)方式接收的第9 9位位 多機(jī)方式的地址多機(jī)方式的地址/ /數(shù)據(jù)幀標(biāo)志。也可作為奇偶校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)幀標(biāo)志。也可作為奇偶校驗(yàn)位。 vTITI：發(fā)送中斷標(biāo)志位，要由軟件清：發(fā)送中斷標(biāo)志位，要由軟件清0 0 vRIRI：接收中斷標(biāo)志位，要由軟件清：接收中斷標(biāo)志位，要由軟件清0 0 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 22 v 電源控制寄存器電源控制寄存器PCON PCON v SMODSMOD：波特率倍增位。在串行口方式：波特率倍增位。在串行口方式1 1、方式、方式2 2、方式、方式3 3 時(shí)，波特率與時(shí)，波

16、特率與SMODSMOD有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng)SMOD=1SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。時(shí)，波特率提高一倍。 復(fù)位時(shí)，復(fù)位時(shí)，SMOD=0SMOD=0。 76543210 PCONSMOD字節(jié)地址：字節(jié)地址：97H 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 23 6.2.3 80C516.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 v 方式方式0 0：同步移位寄存器，用于擴(kuò)展并行口：同步移位寄存器，用于擴(kuò)展并行口 vRXDRXD：輸入：輸入或或輸出引腳輸出引腳 vTXDTXD：移位脈沖輸出：移位脈沖輸出 v接收和方式都是接收和方式都是8 8位位 v波特率固定為：波特率固定為：fosc/12f

17、osc/12 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 24 數(shù)據(jù)輸數(shù)據(jù)輸出出： CLRCLR用于對(duì)用于對(duì)74LS16474LS164清清0 0 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 25 數(shù)據(jù)輸數(shù)據(jù)輸入入： S/LS/L負(fù)脈沖將并行數(shù)負(fù)脈沖將并行數(shù) 據(jù)裝入，據(jù)裝入，高電平時(shí)啟高電平時(shí)啟 動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸 入。入。 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 26 v 方式方式1 1：1010位幀，用于位幀，用于雙雙機(jī)通信機(jī)通信 v 起始位：起始位：1 1位位 v 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位：8 8位位 v 停止位：停止位：1 1位位 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 27

18、串行串行發(fā)送發(fā)送：（寫：（寫SBUFSBUF啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程）啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程） 串行串行接收接收：( (置置REN=1REN=1啟動(dòng)接收過(guò)程啟動(dòng)接收過(guò)程) ) 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 28 v 方式方式2 2和方式和方式3 3：1111位幀，用于位幀，用于多多機(jī)通信機(jī)通信 v 起始位：起始位：1 1位位 v 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位：9 9位位 v 停止位：停止位：1 1位位 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 29 串行串行發(fā)送發(fā)送：（寫：（寫SBUFSBUF啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程）啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程） 串行串行接收接收：( (置置REN=1REN=1啟動(dòng)接收過(guò)程啟動(dòng)接收過(guò)程) ) 天津理工大學(xué)聾人

19、工學(xué)院2021-7-12 30 6.2.4 80C516.2.4 80C51波特率確定與初始化步驟波特率確定與初始化步驟 v 波特率的確定波特率的確定 v波特率的計(jì)算波特率的計(jì)算 固定固定波特率：波特率： 方式方式0 0波特率波特率= fosc/12= fosc/12 方式方式2 2波特率波特率= =（2 2SMOD SMOD/64 /64）* * foscfosc 可變可變波特率：波特率： 方式方式1 1波特率波特率= =（2 2SMOD SMOD/32 /32）* *（T1T1溢出率溢出率） 方式方式3 3波特率波特率= =（2 2SMOD SMOD/32 /32）* *（T1T1溢出率溢

20、出率） T1 T1 溢出率溢出率 = fosc /12= fosc /12256 256 （TH1TH1） 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 31 v 波特率的選擇波特率的選擇 波特率要選擇波特率要選擇標(biāo)稱值標(biāo)稱值，由于，由于TH1TH1的初值是整數(shù)，為了的初值是整數(shù)，為了 減小波特率計(jì)算誤差，晶振頻率要選為減小波特率計(jì)算誤差，晶振頻率要選為11.059211.0592MHzMHz。 方式方式1 1和方式和方式3 3波特率與波特率與TH1TH1初值的對(duì)應(yīng)關(guān)系：初值的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 波特率波特率/（b/s）19.2 k9600480024001200 TH1初值初值FDHFDHFAHF4HE

21、8H SMOD10000 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 32 v 串行口初始化步驟串行口初始化步驟 v確定確定T1T1的工作方式（的工作方式（TMODTMOD） v計(jì)算計(jì)算T1T1的初值，的初值，裝載裝載TH1TH1、TL1TL1 v啟動(dòng)啟動(dòng)T1T1（置位置位TR1TR1） v確定串行口工作方式（確定串行口工作方式（SCONSCON） v串口中斷設(shè)置（串口中斷設(shè)置（IEIE、IPIP） 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 33 6.3 80C51單片機(jī)的串行口應(yīng)用單片機(jī)的串行口應(yīng)用 6.3.1 6.3.1 利用單片機(jī)串口的并行利用單片機(jī)串口的并行I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展 串口無(wú)通信需串口無(wú)通信需 求時(shí)！求時(shí)！ 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 34 v硬件連接硬件連接 v 近程連接近程連接 （直連）（直連） 6.3.2 6.3.2 單片機(jī)單片機(jī)與與單片機(jī)間的通信單片機(jī)間的通信 v 遠(yuǎn)程連接遠(yuǎn)程連接 ( (電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換) ) 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 35 v 電平轉(zhuǎn)換器件與接線電平轉(zhuǎn)換器件與接線 天津理工大學(xué)聾人工學(xué)院2021-7-12 36 v通信協(xié)議通信協(xié)議 v 串口方式串口方式1 1，2400 Baud2400 Baud，T1T1定時(shí)方式定時(shí)方式2 2，