第八章串行通訊

1、1第八章第八章 MCS-51單片機串行通信單片機串行通信1、串行通信的基礎知識。、串行通信的基礎知識。2、串行通信接口的結(jié)構(gòu)和工作方式，串行通、串行通信接口的結(jié)構(gòu)和工作方式，串行通信接口的應用和編程。信接口的應用和編程。單片機原理及應用單片機原理及應用8.2 MCS-51的串行接口的串行接口8.1 串行通信的基礎知識串行通信的基礎知識2掌握單片機串行口的結(jié)構(gòu)和工作方式。了解串行通信的通信方式。掌握串行口初始化程序及串行通信程序的編寫。3并并 行行 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 傳傳 送送串串 行行 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 傳傳 送送原原 理理各數(shù)據(jù)位同時傳送各數(shù)據(jù)位同時傳送數(shù)據(jù)位按位順序進行數(shù)據(jù)位按位順序進行優(yōu)優(yōu) 點點傳送

2、速度快、效率高傳送速度快、效率高最少只需一根傳輸線即可完成：成本低最少只需一根傳輸線即可完成：成本低缺缺 點點數(shù)據(jù)位數(shù)數(shù)據(jù)位數(shù)傳輸線根數(shù)：成本高傳輸線根數(shù)：成本高速度慢速度慢應應 用用傳送距離傳送距離30米，用于計算機內(nèi)部米，用于計算機內(nèi)部幾米幾千公里，用于計算機與外設之間幾米幾千公里，用于計算機與外設之間一、串行通信基本原理一、串行通信基本原理 并行并行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送 同步同步 串行串行 異步（用于單片機中）異步（用于單片機中）41 1、同步通信、同步通信 以一串字符為一個傳送單位，字符間不加標識以一串字符為一個傳送單位，字符間不加標識 位，在一串字符開始位，在一串字符開始 用用同步字符同

3、步字符標識，硬件要求高，標識，硬件要求高，通訊雙方須通訊雙方須嚴格同步。嚴格同步。二、串行通信的基本方式二、串行通信的基本方式 2、異步通信、異步通信 以字符為傳送單位用以字符為傳送單位用起始位起始位和和停止位停止位標識每個字符標識每個字符的開始和結(jié)束字符，間隔不固定，只需字符傳送時同的開始和結(jié)束字符，間隔不固定，只需字符傳送時同步即可步即可。異步通信字符幀格式異步通信字符幀格式D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位52.波特率的規(guī)定波特率的規(guī)定1.字符格式字符格式異步通信的雙方需要兩項約定：異步通信的雙方需要兩項約定：例：例：要求每秒傳送要求每秒傳送120個字符，每幀為個字

4、符，每幀為10位。位。解：波特率解：波特率=12010=1200位位/秒，每位秒，每位0.83ms 數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位傳送輸率傳送輸率=1208=960位位/秒秒 一幀字符位數(shù)的規(guī)定：數(shù)據(jù)位，校驗位，起始一幀字符位數(shù)的規(guī)定：數(shù)據(jù)位，校驗位，起始位和停止位。位和停止位。波特率：每秒鐘傳送二進制數(shù)的位數(shù)波特率：每秒鐘傳送二進制數(shù)的位數(shù)6三、串行接口功能三、串行接口功能（1）發(fā)送器：并）發(fā)送器：并串數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，串數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，添加標識位和校驗位，一幀發(fā)送結(jié)束，添加標識位和校驗位，一幀發(fā)送結(jié)束，設置結(jié)束標志，申請中斷。設置結(jié)束標志，申請中斷。（2）接收器：串）接收器：串并數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，檢查錯誤，去掉并數(shù)據(jù)

5、格式轉(zhuǎn)換，檢查錯誤，去掉標識位，保存有效數(shù)據(jù)，設置接收結(jié)束標志，申請中斷。標識位，保存有效數(shù)據(jù)，設置接收結(jié)束標志，申請中斷。(3）控制器：接收編程命令和控制參數(shù)，）控制器：接收編程命令和控制參數(shù)，設置工作方式：同步設置工作方式：同步/異步、字符格式、異步、字符格式、波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位與同步時鐘波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位與同步時鐘比例等。比例等。73、全雙工通訊：全雙工通訊：可可同時同時進行進行發(fā)送和接收。發(fā)送和接收。（1條或條或2條數(shù)據(jù)線，雙向）條數(shù)據(jù)線，雙向）發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器地線地線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線發(fā)送接發(fā)送接收器收器接收發(fā)接收發(fā)送器送器地線地線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線四、串行數(shù)據(jù)傳送方向四、串

6、行數(shù)據(jù)傳送方向1、單工通訊：單工通訊：數(shù)據(jù)單向傳送。數(shù)據(jù)單向傳送。（1條數(shù)據(jù)線，單向）條數(shù)據(jù)線，單向）2、半雙工通訊：半雙工通訊：數(shù)據(jù)可數(shù)據(jù)可分時分時雙向傳送。雙向傳送。（1條數(shù)據(jù)線，雙向）條數(shù)據(jù)線，雙向）發(fā)送接發(fā)送接收器收器接收發(fā)接收發(fā)送器送器地線地線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線返返 回回81 1個全雙工串行口，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)個全雙工串行口，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)有有4 4種工作方式種工作方式波特率由軟件設置，通過片內(nèi)定時波特率由軟件設置，通過片內(nèi)定時/ /計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)器產(chǎn)生接收、發(fā)送均可工作在查詢方式或中斷方式接收、發(fā)送均可工作在查詢方式或中斷方式一、串行口的功能結(jié)構(gòu)一、串行口的功能結(jié)構(gòu)9MCS-5

7、1串行口結(jié)構(gòu)串行口結(jié)構(gòu)RITI 門門SBUF 發(fā)送控制器發(fā)送控制器波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器 A 接收控制器接收控制器 或門或門串行口串行口中斷中斷 移位寄存器移位寄存器SBUFRXDTXD110二、串行接口控制寄存器二、串行接口控制寄存器1.數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器SBUF2.節(jié)電控制寄存器節(jié)電控制寄存器PCON SMOD（PCON.7）：）：波特率加倍控制位。波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍；，波特率加倍； SMOD=0，則不加倍。，則不加倍。發(fā)送發(fā)送SBUF和接收和接收SBUF共用一個地址共用一個地址99H。 1）發(fā)送）發(fā)送SBUF存放待發(fā)送的存放待發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，寫入位數(shù)據(jù)，寫入

8、SBUF將同時啟動發(fā)送。發(fā)送指令：將同時啟動發(fā)送。發(fā)送指令：2）接收）接收SBUF存放已接收成功的存放已接收成功的8位數(shù)據(jù)，供位數(shù)據(jù)，供CPU讀取。讀取。讀取串行口接收數(shù)據(jù)指令：讀取串行口接收數(shù)據(jù)指令：MOV SBUF，AMOV A，SBUF11SM0、SM1：選擇串行口選擇串行口4種工作方式。種工作方式。SM2：多機控制位，用于多機通訊。多機控制位，用于多機通訊。REN：允許接收控制位，允許接收控制位，REN=1，允許接收；，允許接收； REN=0，禁止接收。，禁止接收。TB8：發(fā)送的第發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位，可用作校驗位和地址位數(shù)據(jù)位，可用作校驗位和地址/數(shù)據(jù)標識位。數(shù)據(jù)標識位。RB8：接收的

9、第接收的第9位數(shù)據(jù)位或停止位。位數(shù)據(jù)位或停止位。TI ：發(fā)送中斷標志，發(fā)送一幀結(jié)束，發(fā)送中斷標志，發(fā)送一幀結(jié)束，TI=1，必須，必須軟件清零軟件清零；RI ：接收中斷標志，接收一幀結(jié)束，接收中斷標志，接收一幀結(jié)束，RI=1，必須，必須軟件清零軟件清零。3.串行口控制串行口控制/狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器SCON(98H)12（1）方式）方式0（SM0 SM1=00）-同步移位寄存器方式同步移位寄存器方式 用于擴展并行用于擴展并行I/O接口接口 1. 一幀一幀8位，無起始位和停止位。位，無起始位和停止位。 2. RXD：數(shù)據(jù)輸入：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。輸出端。 TXD：同步脈沖輸出端，每個脈沖對應一個數(shù)據(jù)

10、位。：同步脈沖輸出端，每個脈沖對應一個數(shù)據(jù)位。 3. 波特率波特率Bfosc/12 如：如：fosc12MHz，B1MHz，每位數(shù)據(jù)占，每位數(shù)據(jù)占1 s。 4.發(fā)送過程：寫入發(fā)送過程：寫入SBUF，啟動發(fā)送，啟動發(fā)送，MOV SBUF,A 一幀發(fā)送結(jié)束，一幀發(fā)送結(jié)束，TI1。 接收過程：接收過程：REN=1且且RI=0，啟動接收，啟動接收，MOV A,SBUF 一幀接收完畢，一幀接收完畢，RI1。13(a)發(fā)送時序發(fā)送時序?qū)懭雽懭隨BUFRXD輸出輸出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7 接收時序接收時序(b)寫寫REN=1RI=0RXD輸入輸入RI14(2) (2) 方式方式1(SM0

11、SM1=01)-1(SM0SM1=01)-8 8位數(shù)據(jù)異步通信方式位數(shù)據(jù)異步通信方式1. 1. 一幀一幀1010位：位：8 8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1 1個起始位個起始位(0)(0)，1 1個停止位個停止位(1)(1)。 2. RXD2. RXD：接收數(shù)據(jù)端：接收數(shù)據(jù)端 TXDTXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.3.波特率：用波特率：用T T1 1作為波特率發(fā)生器，作為波特率發(fā)生器， B=(2B=(2SMODSMOD/32)/32)T T1 1溢出率。溢出率。4.4.發(fā)送：寫入發(fā)送：寫入SBUFSBUF，同時啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，同時啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1TI=1。 接收：接收：R

12、EN=1REN=1，允許接收。允許接收。 接收完一幀，若接收完一幀，若RI=0RI=0且且停止位為停止位為1 1 ( (或或SM2=0)SM2=0)，將接，將接 收數(shù)據(jù)裝入收數(shù)據(jù)裝入SBUFSBUF，停止位裝入，停止位裝入RB8RB8，并使，并使RI=1RI=1； 否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RIRI。15寫入寫入SBUFTXD數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出（a） 發(fā)送時序圖發(fā)送時序圖TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位采樣采樣檢測檢測負跳變負跳變RXD輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)（b） 接收時序圖接收時序圖D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位RI當當RE

13、N=1，CPU開始采樣開始采樣RXD引腳負跳變信號，引腳負跳變信號，若出現(xiàn)負跳變，才進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，先檢測若出現(xiàn)負跳變，才進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，先檢測起始位，若第一位為起始位，若第一位為0，繼續(xù)接收其余位；否則，繼續(xù)接收其余位；否則，停止接收，重新采樣負跳變。停止接收，重新采樣負跳變。數(shù)據(jù)采樣速率為波特率數(shù)據(jù)采樣速率為波特率1616倍頻，在數(shù)據(jù)位中間，用倍頻，在數(shù)據(jù)位中間，用第第7 7、8 8、9 9個脈沖采樣個脈沖采樣3 3次次數(shù)據(jù)位，并數(shù)據(jù)位，并3 3中取中取2 2保留采保留采樣值。樣值。16(3) (3) 方式方式2 2、3(SM0SM1=10 OR 11)3(SM0SM1=10 OR 1

14、1) 9 9位數(shù)據(jù)異步通訊方式位數(shù)據(jù)異步通訊方式1.一幀為一幀為11位：位：9位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1個起始位個起始位(0)，1個停止位個停止位(1)。第。第9位數(shù)據(jù)位在位數(shù)據(jù)位在 TB8/RB8中，常用作校驗位和多機通訊標識位。中，常用作校驗位和多機通訊標識位。2. RXD：接收數(shù)據(jù)端：接收數(shù)據(jù)端 TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.波特率：方式波特率：方式2：B=(2SMOD/64)fosc 。 方式方式3：B=(2SMOD/32)T1溢出率溢出率 。4.發(fā)送：先裝入發(fā)送：先裝入TB8，寫入，寫入SBUF并啟動發(fā)送，發(fā)送結(jié)束，并啟動發(fā)送，發(fā)送結(jié)束，TI=1 接收：接收：REN=1，允許接收

15、。，允許接收。 接收完一幀，若接收完一幀，若RI=0且且第第9位為位為1 (或或 SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入接收，將接收數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第，第9位裝入位裝入RB8，使，使 RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。17（a） 發(fā)送時序圖發(fā)送時序圖寫入寫入SBUFTXD輸出輸出TIRXD輸入輸入（b） 接收時序圖接收時序圖RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位停止位起始位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位停止位起始位起始位D7檢測檢測負跳變負跳變184種方式比較種方式比較方方式式波波 特特 率率傳傳 送送 位位 數(shù)數(shù)發(fā)送發(fā)送端端接收接收端端用

16、用 途途01/12 fosc（固定不變）（固定不變）8（數(shù)據(jù)）（數(shù)據(jù)）RXDRXD接移位寄存器，接移位寄存器，擴充并口擴充并口12SMOD/32 T1溢出率溢出率10（起始位、（起始位、8位數(shù)據(jù)位、位數(shù)據(jù)位、 停止位）停止位）TXDRXD單機通訊單機通訊22SMOD/64 fosc11（第（第9位為位為1：地址；：地址； 為為0：數(shù)據(jù)）：數(shù)據(jù)）TXDRXD多機通訊多機通訊32SMOD/32 T1溢出率溢出率11位位（同方式（同方式2）TXDRXD多機通訊多機通訊19SIO： MOV SCON，#控制狀態(tài)字控制狀態(tài)字 ；寫方式字且；寫方式字且TI=RI=0 ( MOV PCON，#80H ) ；

17、波特率加倍；波特率加倍 ( MOV TMOD，#20H ) ；T1作波特率發(fā)生器作波特率發(fā)生器 ( MOV TH1，#X ) ；選定波特率；選定波特率 ( MOV TL1，#X ) ( SETB TR1) ( SETB EA) ；開串行口中斷；開串行口中斷 ( SETB ES)1、串行口初始化編程格式、串行口初始化編程格式202、串行口在方式、串行口在方式0的應用的應用串行口通過接口串行口通過接口74LS164實現(xiàn)：串行實現(xiàn)：串行并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(顯示器接口顯示器接口); 通過接口通過接口74LS165實現(xiàn)：并行實現(xiàn)：并行串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 8 80 0C C5 51

18、 1R RX XD DT TX XD D7 74 4L LS S1 16 64 4. . . .波波特特率率為為f fo os sc c/ /1 12 2的的同同步步移移位位脈脈沖沖+ +5 5V V共共陽陽極極Q Q7 7Q Q1 1Q Q0 0D D（0 0）7 74 4L LS S1 16 64 4. . . .Q Q7 7Q Q1 1Q Q0 0D D（1 1）7 74 4L LS S1 16 64 4. . . .Q Q7 7Q Q1 1Q Q0 0D D（7 7）（7 7）（0 0）（1 1）. . . . . . . . . .數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)低低高高串串入入并并出出8 80 0C C

19、5 51 1R RX XD DT TX XD D7 74 4L LS S1 16 65 5. . . .Q QH HS S/ /L LC CL LK K（ 2 2）數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)低低高高并并 入入 串串 出出P P1 1. .0 0S SI IN N7 74 4L LS S1 16 65 5. . . .Q QH HS S/ /L LC CL LK K（ 1 1） 用于接移位寄存器擴充并口。用于接移位寄存器擴充并口。213、串行口在方式、串行口在方式1、2、3的應用的應用共同點：均用于異步通信共同點：均用于異步通信不同點：不同點：1）字符幀格式）字符幀格式方式方式1：10位異步通信，不可以用于多機

20、通信位異步通信，不可以用于多機通信方式方式2、3：11位異步通信，可以用于多機通信位異步通信，可以用于多機通信2）波特率）波特率方式方式1、3：有：有MCS-51內(nèi)部定時計數(shù)器決定內(nèi)部定時計數(shù)器決定方式方式2：由主脈沖頻率決定：由主脈沖頻率決定22 串行口按全雙工方式收發(fā)串行口按全雙工方式收發(fā)ASCII碼字符，最碼字符，最高高1位用來作奇偶校驗位，采用奇校驗方式，要位用來作奇偶校驗位，采用奇校驗方式，要求傳送的波特率為求傳送的波特率為1200波特。假設發(fā)送緩沖區(qū)首波特。假設發(fā)送緩沖區(qū)首址為址為20H，接收緩沖區(qū)首址為，接收緩沖區(qū)首址為40H，時鐘頻率，時鐘頻率fosc=6MHZ，試編寫有關(guān)的通

21、信程序，試編寫有關(guān)的通信程序。23分分析析 7位位ASCII碼加碼加1位奇校驗共位奇校驗共8位數(shù)據(jù)，采用位數(shù)據(jù)，采用串行口工作方式串行口工作方式1； 奇偶校驗位奇偶校驗位P值取反后放入值取反后放入ASCII碼的最高碼的最高位，即是要求的奇校驗；位，即是要求的奇校驗；24 CPUCPU只需把數(shù)據(jù)從接收緩沖器讀出和把數(shù)據(jù)寫只需把數(shù)據(jù)從接收緩沖器讀出和把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器，數(shù)據(jù)傳送用中斷方式進行；入發(fā)送緩沖器，數(shù)據(jù)傳送用中斷方式進行； 響應中斷以后，通過檢測是響應中斷以后，通過檢測是TITI置位還是置位還是RIRI置位置位來決定來決定CPUCPU是進行發(fā)送操作還是接收操作；是進行發(fā)送操作還是接收操作

22、； 定時器定時器T1T1采用工作方式采用工作方式2 2，避免重裝定時初值。，避免重裝定時初值。25取取SMOD=0，T1的初值的初值C：SMOD0688osc226 10222433384384 1200fCF H 波特率TH1=TL1=F3HTMOD=00100000B=20H 26SM0、SM1=01（方式（方式1）；）；SM2=0；REN=1(允許接收數(shù)據(jù)允許接收數(shù)據(jù))；其余各位均??；其余各位均取0則則 SCON=01010000B=50HSMOD=0，則，則PCON=00H272829設有如圖甲、乙兩臺單片機，以工作方式設有如圖甲、乙兩臺單片機，以工作方式2 2、全雙工、全雙工串行通信

23、、每幀為串行通信、每幀為1111位、可程控的第位、可程控的第9 9位數(shù)據(jù)位用于位數(shù)據(jù)位用于奇偶校驗的補偶位。奇偶校驗的補偶位。編出能實現(xiàn)如下功能的程序：編出能實現(xiàn)如下功能的程序：3031 甲機中斷服務程序甲機中斷服務程序INTSE1：JB RI，LOOP1 CLR TI SJMP ENDT1 LOOP1： CLR RI MOV A，SBUF CJNE A，0，LOOP2 ；接收數(shù)據(jù)不為；接收數(shù)據(jù)不為0，重發(fā)，重發(fā) INC DPTR MOVX A，DPTR MOV C，P MOV TB8，C MOV SUBF，A DJNZ R0，ENDT1 CLR ES ENDT1： RETI LOOP2： MOVX A，DPTR MOV C，P MOV TB8，C MOV SBUF，A SJMP ENDT1 甲機甲機主程序主程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP INTSE1 ORG 0030H MAIN： MOV PCON，#80H ;SMOD=1 ，波特率加倍，波特率加倍