第6章串行接口2010春

1、第7章 串行接口 第第6章章 MCS-51的串行通信接口的串行通信接口第7章 串行接口 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換稱為通信。交換稱為通信。 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的通信有兩種基本方式：并行計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的通信有兩種基本方式：并行通信和串行通信。通信和串行通信。 一個(gè)信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方法稱為一個(gè)信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方法稱為并并行通信行通信。并行通信依靠并行。并行通信依靠并行I/OI/O接口實(shí)現(xiàn)。并行通信接口實(shí)現(xiàn)。并行通信速度快，但傳輸線根數(shù)多，成本高，適合近距離通信，速度快，但傳輸線根數(shù)多，成本高，適合近距離通信，

2、通常傳送距離小于通常傳送距離小于3030米。米。 一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位順序傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位順序傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為為串行通信串行通信。串行通信通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)。串行通信。串行通信通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)。串行通信速度慢，但傳輸線少，適宜長(zhǎng)距離傳輸。速度慢，但傳輸線少，適宜長(zhǎng)距離傳輸。61串行通信基礎(chǔ)串行通信基礎(chǔ)第7章 串行接口 異步通信異步通信是以字符為單位傳送的，數(shù)據(jù)傳送可靠性是以字符為單位傳送的，數(shù)據(jù)傳送可靠性高，適合低速通信的場(chǎng)合。高，適合低速通信的場(chǎng)合。 同步通信同步通信方式是以多個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊為單位的方式是以多個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊為單位的方式傳送的，數(shù)據(jù)傳輸率高，

3、適合高速率、大容量的方式傳送的，數(shù)據(jù)傳輸率高，適合高速率、大容量的數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信。串行通信的兩種基本方式：串行通信的兩種基本方式：根據(jù)信息傳送的格式根據(jù)信息傳送的格式分為：異步通信和同步通信。分為：異步通信和同步通信。第7章 串行接口 第7章 串行接口 異步通信異步通信用起始位用起始位“0”0”表示字符的開始，然后從表示字符的開始，然后從低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位“1”1”表示表示字符的結(jié)束。一個(gè)字符又稱為一貞信息。圖字符的結(jié)束。一個(gè)字符又稱為一貞信息。圖a a中，一中，一貞信息包括一位起始位、貞信息包括一位起始位、8 8位數(shù)據(jù)位和位數(shù)據(jù)位和1

4、 1位停止位；圖位停止位；圖b b中，數(shù)據(jù)位增加到中，數(shù)據(jù)位增加到9 9位。在位。在MCS-51MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，第單片機(jī)系統(tǒng)中，第九位數(shù)據(jù)九位數(shù)據(jù)D D8 8可以用作奇偶效驗(yàn)位，也可以用作地址可以用作奇偶效驗(yàn)位，也可以用作地址/ /數(shù)據(jù)貞標(biāo)志，數(shù)據(jù)貞標(biāo)志，D D8 8=1=1表示該貞信息傳送的是地址，表示該貞信息傳送的是地址，D D8 8=0=0表示傳送的是數(shù)據(jù)。兩貞信息之間可以有間隔，也可表示傳送的是數(shù)據(jù)。兩貞信息之間可以有間隔，也可以無(wú)間隔，且間隔時(shí)間可以任意改變，間隔用空閑位以無(wú)間隔，且間隔時(shí)間可以任意改變，間隔用空閑位“1”1”填充。填充。異步通信方式：異步通信方式：第7章

5、串行接口 異步通信中，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間必須約定：異步通信中，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間必須約定：（1 1）字符格式）字符格式約定好字符的編碼形式、奇偶效驗(yàn)位約定好字符的編碼形式、奇偶效驗(yàn)位形式以及起始位和停止位的規(guī)定。形式以及起始位和停止位的規(guī)定。（2 2）波特率）波特率是每秒數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)。是每秒數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)。 1 1波特波特=1bps(=1bps(位位/ /秒）秒） 異步通信要求發(fā)送與接收以相同的波特率進(jìn)行。異步通信要求發(fā)送與接收以相同的波特率進(jìn)行。異步通信方式：異步通信方式：第7章 串行接口 同步通信同步通信在數(shù)據(jù)開始處用在數(shù)據(jù)開始處用1 12 2個(gè)同步字符來(lái)指示。個(gè)同步字符來(lái)指示。 同步通信中

6、，由同步時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收的同步。同步通信中，由同步時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收的同步。在發(fā)送時(shí)要插入同步字符，接收端在檢測(cè)到同步字符在發(fā)送時(shí)要插入同步字符，接收端在檢測(cè)到同步字符后，就開始接收串行數(shù)據(jù)。可見(jiàn)，同步通信具有較高后，就開始接收串行數(shù)據(jù)。可見(jiàn)，同步通信具有較高的傳輸速率，通常在幾十至幾百千波特，但在硬件上的傳輸速率，通常在幾十至幾百千波特，但在硬件上要求較高。要求較高。同步通信方式：同步通信方式：第7章 串行接口 分為：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工分為：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工串行通信中數(shù)據(jù)傳輸方向：串行通信中數(shù)據(jù)傳輸方向：ABABBA單工半雙工全雙工第7章 串行接口 全雙工異步串行接口全雙工異步串

7、行接口(UART)(UART)數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)： 并行：數(shù)據(jù)各位同時(shí)進(jìn)行傳送并行：數(shù)據(jù)各位同時(shí)進(jìn)行傳送 串行：數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)行傳送串行：數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)行傳送全雙工全雙工:(:(串行通信串行通信) )收收/ /發(fā)可同時(shí)進(jìn)行發(fā)可同時(shí)進(jìn)行 半雙工半雙工:(:(串行通信串行通信) )收收/ /發(fā)不可同時(shí)進(jìn)行發(fā)不可同時(shí)進(jìn)行異步串行通信異步串行通信: :以字符為單位進(jìn)行傳送以字符為單位進(jìn)行傳送 同步串行通信同步串行通信: :以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳送以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳送 波特率波特率(bps.):(bps.):單位時(shí)間傳送的位數(shù)單位時(shí)間傳送的位數(shù)第7章 串行接口 SBUF（發(fā)）（發(fā)）S

8、BUF（收）（收）發(fā)送控制器發(fā)送控制器TI接收控制器接收控制器RI移位寄存器移位寄存器波波特特率率發(fā)發(fā)生生器器T1 1A累累加加器器(門門)移位寄存器移位寄存器RxDTxD去申請(qǐng)中斷去申請(qǐng)中斷引腳引腳引腳引腳CPU內(nèi)部?jī)?nèi)部62串行口結(jié)構(gòu)及控制寄存器串行口結(jié)構(gòu)及控制寄存器第7章 串行接口 串行通信接口的結(jié)構(gòu)兩個(gè)同名的接收兩個(gè)同名的接收/ /發(fā)送緩沖寄存器發(fā)送緩沖寄存器SBUFSBUF 指令指令 MOV SBUFMOV SBUF，A A 啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)發(fā)送啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)發(fā)送, ,可向可向SBUFSBUF 再發(fā)送下一個(gè)數(shù)再發(fā)送下一個(gè)數(shù) 指令指令 MOV AMOV A，SBUF SBUF 完成一次數(shù)據(jù)接收

9、完成一次數(shù)據(jù)接收,SBUF,SBUF可再可再 接收下一個(gè)數(shù)接收下一個(gè)數(shù)接收接收/ /發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù), ,無(wú)論是否采用中斷方式工作無(wú)論是否采用中斷方式工作, ,每每接收接收/ /發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)都必須用指令對(duì)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)都必須用指令對(duì) RI/TIRI/TI清清0 0，以，以備下一次收備下一次收/ /發(fā)。發(fā)。串行口相關(guān)的串行口相關(guān)的SFR(SCON,PCON)SFR(SCON,PCON)第7章 串行接口 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIR1SCONSCON SM0SM0，SM1SM1：串行口：串行口4 4種工作方式的選擇位。種工作方式的選擇位。 0 0 0 0 方式方式0 0：8 8位移位寄

10、存器位移位寄存器I/O,I/O,波特率固定為波特率固定為 f foscosc/12/12 0 1 0 1 方式方式1 1：8 8位位UARTUART（1+8+11+8+1位），位）， 波特率可變波特率可變, ,按公式計(jì)算按公式計(jì)算 1 0 1 0 方式方式2 2：9 9位位UARTUART（1+8+1+11+8+1+1位），位）， 波特率固定波特率固定=f=fosc osc /32/32或或1/641/64 1 1 1 1 方式方式3 3：9 9位位UARTUART（1+8+1+11+8+1+1位），位）， 波特率可變，按公式計(jì)算波特率可變，按公式計(jì)算串行口控制寄存器SCON(98H)第7章

11、串行接口 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIR1SCONSCON SM2SM2：串行口多機(jī)通信控制位：串行口多機(jī)通信控制位 （作為方式（作為方式2 2、方式、方式3 3的附加控制位）的附加控制位） 在方式在方式0 0時(shí)：時(shí)：SM2SM2必須為必須為0 0。 在方式在方式1 1時(shí)：若時(shí)：若SM2=1SM2=1，則只有接收到有效的停止，則只有接收到有效的停止位時(shí)，才能置位位時(shí)，才能置位RIRI。若。若SM2=0SM2=0，則接收一貞信息的第，則接收一貞信息的第九位數(shù)據(jù)不管是九位數(shù)據(jù)不管是0 0還是還是1 1，都由軟件置位，都由軟件置位RIRI。 在方式在方式2 2或方式或方式3 3時(shí)，若時(shí)，

12、若SM2=1SM2=1，當(dāng)接收到的第，當(dāng)接收到的第9 9位位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RB8=0RB8=0時(shí)，不能置位時(shí)，不能置位RIRI，接收數(shù)據(jù)無(wú)效。若，接收數(shù)據(jù)無(wú)效。若SM2=0SM2=0，不管接收到的第，不管接收到的第9 9位數(shù)據(jù)為位數(shù)據(jù)為0 0或或1 1，前，前8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)都送入都送入SBUFSBUF，并使，并使RI=1RI=1。串行口控制寄存器SCON(98H)第7章 串行接口 RI,TIRI,TI：串行口收：串行口收/ /發(fā)數(shù)據(jù)申請(qǐng)中斷標(biāo)志位發(fā)數(shù)據(jù)申請(qǐng)中斷標(biāo)志位 1 1 申請(qǐng)中斷；申請(qǐng)中斷； 0 0 不申請(qǐng)中斷不申請(qǐng)中斷 TB8TB8：方式：方式2 2、3 3中，是要發(fā)送的第中，是要發(fā)送的第

13、9 9位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。 多機(jī)通信中多機(jī)通信中,TB8=0 ,TB8=0 表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)；表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)； TB8=1 TB8=1 表示發(fā)送的是地址。（奇偶校驗(yàn)）表示發(fā)送的是地址。（奇偶校驗(yàn)） RB8RB8：在方式：在方式2 2、3 3中，是收到的第中，是收到的第9 9位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。 在多機(jī)通信中在多機(jī)通信中, ,用作區(qū)別地址幀用作區(qū)別地址幀/ /數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。（奇偶校驗(yàn)）（奇偶校驗(yàn)）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIR1 RENREN：串行口接收允許控制位，由軟件置位或清：串行口接收允許控制位，由軟件置位或清0 0。 = 1 = 1 表示允許接收；表示允許接收； =

14、0 = 0 禁止接收。禁止接收。SCONSCON第7章 串行接口 SMODGF1GF0PD1DL電源控制寄存器 PCONPCON（97H97H） 特殊功能寄存器特殊功能寄存器PCONPCON不能按位尋址不能按位尋址 SMODSMOD：在串行口工作方式：在串行口工作方式 1 1、2 2、3 3 中，是波特中，是波特率加倍位率加倍位 =1 =1 時(shí)，波特率加倍時(shí)，波特率加倍 =0 =0 時(shí)，波特率不加倍。時(shí)，波特率不加倍。 ( (在在PCONPCON中只有這一個(gè)位與串口有關(guān)中只有這一個(gè)位與串口有關(guān)) ) PCONPCON第7章 串行接口 串行口工作方式0工作方式工作方式0 0：8 8位移位寄存器位

15、移位寄存器I/OI/O方式方式發(fā)送：發(fā)送：SBUFSBUF中的串行數(shù)據(jù)由中的串行數(shù)據(jù)由RxDRxD逐位移出；逐位移出； TxDTxD輸出移位時(shí)鐘，頻率輸出移位時(shí)鐘，頻率=fosc1/12=fosc1/12； 每送出每送出8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) TITI就自動(dòng)置就自動(dòng)置1 1； 需要用軟件清零需要用軟件清零 TITI。 接收：串行數(shù)據(jù)由接收：串行數(shù)據(jù)由RxDRxD逐位移入逐位移入SBUFSBUF中；中； TxDTxD輸出移位時(shí)鐘，頻率輸出移位時(shí)鐘，頻率=fosc1/12=fosc1/12； 每接收每接收 8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)RIRI就自動(dòng)置就自動(dòng)置1 1； 需要用軟件清零需要用軟件清零 RIRI。第7

16、章 串行接口 第7章 串行接口 經(jīng)常配合經(jīng)常配合“串入并出串入并出”“”“并入串出并入串出”移位移位 寄存器一起使用來(lái)擴(kuò)展接口（第六章）。寄存器一起使用來(lái)擴(kuò)展接口（第六章）。 方式方式0 0工作時(shí)，多用查詢方式編程：工作時(shí)，多用查詢方式編程： 發(fā)送：發(fā)送：MOV SBUFMOV SBUF，A A 接收：接收：JNB RIJNB RI，$ $ JNB TI JNB TI，$ CLR RI $ CLR RI CLR TI MOV A, SBUF CLR TI MOV A, SBUF工作方式工作方式0 0：8 8位移位寄存器位移位寄存器I/OI/O方式方式( (續(xù)續(xù)) )復(fù)位時(shí)復(fù)位時(shí),SCON ,S

17、CON 已經(jīng)被清零已經(jīng)被清零, ,缺省值缺省值: : 方式方式0 0。接收前接收前, ,務(wù)必先置位務(wù)必先置位 REN=1 REN=1 允許接收數(shù)據(jù)。允許接收數(shù)據(jù)。第7章 串行接口 串行口方式0的擴(kuò)展應(yīng)用串行口常用工作方式串行口常用工作方式0 0擴(kuò)展出并行擴(kuò)展出并行I/OI/O口，口，工作方式工作方式1 1、2 2、3 3則常用于串行通信則常用于串行通信A AB BCLKCLKh g f e d c b ah g f e d c b aCLRCLRA AB BCLKCLKCLRCLRA AB BCLKCLKCLRCLR+5V+5V74LS16474LS16474LS16474LS16474LS1

18、64是串入并出芯片；是串入并出芯片；74LS16574LS165是并入串出芯片是并入串出芯片h g f e d c b ah g f e d c b ah g f e d c b ah g f e d c b a+5V+5V共陽(yáng)共陽(yáng)LED LED 數(shù)碼管數(shù)碼管VCCVCCTxDTxDRxDRxD51單片機(jī)單片機(jī)第7章 串行接口 特點(diǎn)：特點(diǎn)：8 8位異步通信接口，傳送一幀信息為位異步通信接口，傳送一幀信息為1010位，位，包括包括1 1位起始位，位起始位，8 8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1 1位停止位。位停止位。 移位脈沖由定時(shí)器移位脈沖由定時(shí)器T1T1的溢出信號(hào)經(jīng)過(guò)的溢出信號(hào)經(jīng)過(guò)1616或或3232

19、分頻獲得，因此，波特率可變。分頻獲得，因此，波特率可變。 RxDRxD引腳為接收端，引腳為接收端，TxDTxD引腳為發(fā)送端引腳為發(fā)送端 工作方式工作方式1 1的接收的接收/ /發(fā)送（發(fā)送（8 8位異步通信接口）位異步通信接口）常用于雙機(jī)通信常用于雙機(jī)通信 接收信息數(shù)據(jù)有效的條件：接收信息數(shù)據(jù)有效的條件：RI=0,RI=0,表明接收緩沖器為空，即用戶已經(jīng)從表明接收緩沖器為空，即用戶已經(jīng)從SBUFSBUF中取中取走數(shù)據(jù)，可再次寫入。走數(shù)據(jù)，可再次寫入。接收到有效的停止位接收到有效的停止位”1”(1”(或或SM2=0)SM2=0)把停止位放入把停止位放入RB8RB8中，才能置位中，才能置位RIRI。

20、第7章 串行接口 第7章 串行接口 T1T1作波特率發(fā)生器時(shí)初始化包括作波特率發(fā)生器時(shí)初始化包括: : 選定時(shí)器工作方式選定時(shí)器工作方式2(TMOD2(TMOD選選8 8位自動(dòng)重裝位自動(dòng)重裝);); 將計(jì)算將計(jì)算( (或查表或查表) )出的初值出的初值X X賦給賦給TH1,TL1;TH1,TL1; 啟動(dòng)啟動(dòng)T1 (SETB TR1);T1 (SETB TR1); 對(duì)對(duì)T1T1不要開中斷不要開中斷 !工作方式工作方式1 1的接收的接收/ /發(fā)送（發(fā)送（8 8位異步通信接口）位異步通信接口）串行口的初始化包括串行口的初始化包括: : 對(duì)對(duì)SCONSCON選工作方式選工作方式 對(duì)對(duì)PCONPCON設(shè)

21、波特率加倍位設(shè)波特率加倍位“SMOD”(SMOD”(缺省值缺省值=0)=0) 如果是接收數(shù)據(jù)如果是接收數(shù)據(jù), ,仍要先置仍要先置“1”REN1”REN位位 波特率波特率=(2=(2SMODSMOD/32)/32) T1T1的溢出率的溢出率第7章 串行接口 由于波特率固定由于波特率固定, ,常用于單片機(jī)間多機(jī)通訊。常用于單片機(jī)間多機(jī)通訊。 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由8+18+1位組成，通常附加的一位位組成，通常附加的一位 (TB8/RB8)(TB8/RB8)用于用于“奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)”或地址或地址/ /數(shù)據(jù)貞標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)貞標(biāo)識(shí)位。位。 工作方式工作方式2:2: 9 9位位UART(1+8+1+1UART(1+8+

22、1+1位位) )兩種波特率兩種波特率 方式方式2 2的波特率的波特率 = fosc = fosc 2 2SMODSMOD/64 /64 即即: f: fosc osc 1/32 1/32 或或 f fosc osc 1/64 1/64 兩種兩種第7章 串行接口 第7章 串行接口 工作方式工作方式3:3:當(dāng)當(dāng)SM0,SM1SM0,SM1為為1111時(shí)時(shí), ,串行口工作于方式串行口工作于方式3 3 9 9位位UART(1+8+1+1UART(1+8+1+1位位) ) 波特率可變波特率可變 串口方式串口方式3 3和方式和方式2 2唯一的區(qū)別是波特率機(jī)制不同唯一的區(qū)別是波特率機(jī)制不同。方式方式2 2的波特率固定為時(shí)鐘周期的的波特率固定為時(shí)鐘周期的3232或或6464分頻，不分頻，不可變。此工作方式與其他串行通訊設(shè)備連接困難，因可變。此工作方式與其他串行通訊設(shè)備連接困難，因此不常用。此不常用。方式方式3 3的波特率可變，按前面的公式計(jì)算：的波特率可變，按前面的公式計(jì)算： 波特率波特率=(2=(2SMODSMOD/32)/32) T1T1的溢出率的溢出率 波特率波特率 = =2 2SMOD SMOD fosc fosc32 32 12(2 12(2n n - X)- X)其中：其中：X X 是定時(shí)器初值是定時(shí)器初值第7章 串行接口 方式1、2、3