第8章 MCS-51單片機(jī)的串行口

1、第8章MCS-51單片機(jī)的串行口 本章要點(diǎn)：串行通信的分類、波特率及其制式MCS-51單片機(jī)串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)過(guò)程MCS-51單片機(jī)串行口的工作寄存器各位含義(hny)MCS-51單片機(jī)串行口的工作方式本章難點(diǎn)：串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)MCS-51單片機(jī)串行口工作方式2、3的應(yīng)用共三十五頁(yè)8.1串行通信(tng xn)基礎(chǔ)8.1.1 串行通信的概念（1）串行通信：數(shù)據(jù)的各位依次逐位發(fā)送或接收，也就是每一次（或每一時(shí)刻）只能傳送(chun sn)一位二進(jìn)制數(shù)位 。（2）串行通信的分類：異步通信（異步傳輸）和同步通信（同步傳輸）。 所謂異步就是指發(fā)送端和接收端使用的不是同一個(gè)時(shí)鐘。異步串行通信通常以字

2、符（或者字節(jié)）為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地傳送，接收端通過(guò)傳輸線一幀一幀地接收。 共三十五頁(yè)在單片機(jī)中主要(zhyo)采用異步通信方式，其幀的格式如圖8-1所示。 共三十五頁(yè)同步通信依靠同步字符保持通信同步。同步通信的幀是由12個(gè)同步字符和多字節(jié)(z ji)數(shù)據(jù)組成，多字節(jié)數(shù)據(jù)之間不允許有空隙，發(fā)送器和接收器的時(shí)鐘必須是同一個(gè)時(shí)鐘。同步通信的幀的格式如圖8-2所示。 共三十五頁(yè)（3）串行通信速率：串行通信速率用波特率（bps）描述。波特率定義為每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，即1波特= 1位/秒（1bps），波特率的倒數(shù)(do sh)即為每位傳輸所需的時(shí)間。（4）串行通信的制式單工半

3、雙式全雙工共三十五頁(yè)發(fā)送器接收器a）AB發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器ABABb）c）共三十五頁(yè)（3）串行通信的校驗(yàn)(xio yn)奇偶校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）累加和校驗(yàn)共三十五頁(yè)8.1.2 串行通信(tng xn)的接口標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有三類： RS-232C、RS-449RS-422RS-423和RS-485、20mA電流環(huán) 本書僅講述RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn) 共三十五頁(yè)（1）RS-232C的連接器（2）RS-232C的電氣特性RS-232C接口采用EIA電平，低電平為+3V+15V，高電平為-3V-15V。實(shí)際(shj)常用12V或15V RS-232C接口采用

4、負(fù)邏輯，當(dāng)是高電平，邏輯值為“0”； 當(dāng)是低電平，邏輯值為“1”。共三十五頁(yè)（3）RS-232C的連接(linji)RS-232C用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與外設(shè)調(diào)制解調(diào)器之間的連接。電話線MODEM單片機(jī)2345678202223456782022MODEM23456782022單片機(jī)23456782022數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR發(fā)送數(shù)據(jù)TxD接收數(shù)據(jù)RxD請(qǐng)求發(fā)送RTS允許發(fā)送CTS信號(hào)地GND載波檢測(cè)CD振鈴指示RI共三十五頁(yè)單片機(jī)TxDRxDGND單片機(jī)單片機(jī)DSRDTRTxDRxDRTSCTSGND單片機(jī)共三十五頁(yè)8.2 MCS-51串行口的結(jié)構(gòu)(jigu)和工作

5、原理串行口的基本功能串/并轉(zhuǎn)換功能串行數(shù)據(jù)的格式化功能（封裝與拆封）可靠性功能串行口與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的握手聯(lián)絡(luò)功能串行口的結(jié)構(gòu)MCS-51的串行口是一個(gè)全雙工的異步串行通信接口，通過(guò)它既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收(jishu)數(shù)據(jù)，其硬件主要由發(fā)送器部分和接收器部分組成。共三十五頁(yè)（1）接收器部分：由一個(gè)數(shù)據(jù)(shj)接收緩沖寄存器（接收SBUF）和一個(gè)輸入移位寄存器構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)(shj)傳輸格式的拆封和串/并格式轉(zhuǎn)換功能。共三十五頁(yè)（2）發(fā)送器部分：由一個(gè)具有移位功能的發(fā)送緩沖寄存器（發(fā)送SBUF）組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的并/串格式轉(zhuǎn)換(zhunhun)和發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)格式的封裝功能。共三十

6、五頁(yè)注意：SBUF是數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖寄存器的總稱，二者共用一個(gè)地址為99H。在單片機(jī)的CPU對(duì)串行口執(zhí)行(zhxng)寫操作時(shí)，指的是將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SBUF中；在CPU對(duì)串行口執(zhí)行(zhxng)讀操作時(shí)，是指讀出接收緩沖SBUF中己送到的數(shù)據(jù)。共三十五頁(yè)串行口的工作原理（1）接收：串行口按軟件設(shè)定的工作方式和波特率通過(guò)引腳RXD串行移入格式化數(shù)據(jù)至輸入移位寄存器，待整幀接收完畢后進(jìn)行反格式化處理，然后并行送入接收SBUF，并形成中斷請(qǐng)求RI，通知CPU讀取傳入的數(shù)據(jù)。（2）發(fā)送：當(dāng)CPU向串行口的發(fā)送SBUF寫入所需發(fā)送的數(shù)據(jù)后，串行口自動(dòng)按軟件設(shè)定格式將待傳送的數(shù)據(jù)裝成標(biāo)準(zhǔn)(

7、biozhn)格式幀，然后以軟件規(guī)定的波特率借助于SBUF的移位功能通過(guò)TXD逐位移出。待整幀全部移出后，形成中斷請(qǐng)求TI，通知CPU準(zhǔn)備下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送工作。共三十五頁(yè)8.3 MCS-51串行口的控制(kngzh)寄存器8.3.1 串行口控制(kngzh)寄存器SCONSCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功 能工作方式選擇多機(jī)通信控制接收允許發(fā)送第9位接收第9位發(fā)送中斷接收中斷共三十五頁(yè)（1）SM0、SM1：串行口工作方式(fngsh)選擇位。SM0 SM1工作方式功能說(shuō)明00方式0同

8、步移位寄存器輸入/輸出，波特率固定為fosc/1201方式18位UART，波特率可變（TI溢出率/n，n=32或16）10方式29位UART，波特率固定為fosc/n，（n=64或32）11方式39位UART，波特率可變（T1溢出率/n，n=32或16）共三十五頁(yè)（2）SM2：多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3中。在方式0時(shí)，SM2必須為0。在方式1時(shí)，若SM2=1，則規(guī)定只有串行口接收到有效停止時(shí)才置位RI，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，通知CPU接收數(shù)據(jù)。在方式2和3時(shí)，若SM2=1，且RB8(接收到的第9位數(shù)據(jù))=1時(shí)，將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；否則，將接收到的8位數(shù)

9、據(jù)丟棄(diq)。 而當(dāng)SM2=0時(shí)，則不論第9位數(shù)據(jù)為0還是為1，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。共三十五頁(yè)（3）REN：允許接收控制位。REN位用于對(duì)串行數(shù)據(jù)的接收進(jìn)行控制。REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。該位由軟件置位或復(fù)位。（4）TB8：方式2和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在方式2和方式3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(biosh)主機(jī)發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)，TB8=0表示(biosh)數(shù)據(jù)，TB8=1表示(biosh)地址。該位由軟件置位或復(fù)位。 TB8還可用于奇偶校驗(yàn)位。（5）RB8：方式2和方式3中要接收的第9位數(shù)據(jù)。在方

10、式2或方式3時(shí)，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。共三十五頁(yè)（6）TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。 TI=1，表示幀發(fā)送結(jié)束(jish)，可軟件查詢TI位標(biāo)志，也可以請(qǐng)求中斷。 TI位必須由軟件清0。（7）RI：接收中斷標(biāo)志。 RI=1，表示幀接收結(jié)束，可軟件查詢RI位標(biāo)志，也可以請(qǐng)求中斷。 RI位也必須由軟件清0。共三十五頁(yè)8.3.2 電源控制(kngzh)寄存器PCON電源控制寄存器PCON是一個(gè)特殊功能寄存器，其字節(jié)地址為87H，PCON寄存器不能進(jìn)行位尋址，只能字節(jié)尋址。PCON主要為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的，對(duì)HMOS型單片機(jī)，僅用其中的一個(gè)標(biāo)志SMOD。 共三十五頁(yè)8.3.2 電源控制

11、寄存器PCON SMOD：波特率選擇位。 在方式1、方式2、方式3中，SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍；SMOD=0時(shí)，串行口波特率保持原值(在PCON中只有(zhyu)這一個(gè)位與串口有關(guān))。 共三十五頁(yè)8.4 MCS-51單片機(jī)串行口的工作(gngzu)方式8.4.1 工作方式0及應(yīng)用工作方式0為8位同步移位寄存器工作方式，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)I/O端口的擴(kuò)展 工作方式0的特點(diǎn)：（1）必須由外接移位寄存器配合，即由串入并出移位寄存器來(lái)擴(kuò)展輸出端口；由并入串出移位寄存器來(lái)擴(kuò)展輸入端口。（2）以RXD（P3.0）端作為數(shù)據(jù)移位的輸入端（接收時(shí)）和輸出端（發(fā)送時(shí)），以TXD（P3.1）端固定(gdng)

12、作為提供移位時(shí)鐘的輸出端。（3）移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，無(wú)論輸入/輸出，均低位在前高位在后。共三十五頁(yè)（1）移位寄存器簡(jiǎn)介(jin ji)：串入并出移位寄存器常用的有：74LS164、74HC164、CD4094并入串出移位寄存器常用的有：74LS165、74HC165、CD4014CLR為清0端，輸出(shch)時(shí)必須為1，否則164輸出(shch)端為0共三十五頁(yè)移位置入端，1時(shí)移位輸出(shch)；0時(shí)并行置入共三十五頁(yè)（2）波特率：方式(fngsh)0波特率固定，為單片機(jī)晶振頻率的十二分之一。即一個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行一次移位。（3）應(yīng)用舉例【例8.2】電路如圖8

13、-15所示，試編制程序輸入K1K8狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入內(nèi)存RAM40H。 共三十五頁(yè)【例8.1】電路如圖8-14所示，試編制程序按下列順序要求每隔0.5秒循環(huán)操作。 8個(gè)發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮； 從左向右依次暗滅，每次減少一個(gè)(y )，直至全滅； 從左向右依次點(diǎn)亮，每次點(diǎn)亮一個(gè)； 從右向左依次點(diǎn)亮，每次點(diǎn)亮一個(gè)； 從左向右依次點(diǎn)亮，每次增加一個(gè)，直至全部點(diǎn)亮； 返回從不斷循環(huán)。 共三十五頁(yè)8.4.2 工作方式1及應(yīng)用工作方式1為10位的異步串行通信方式。1. 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收（1）數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送時(shí)只要將數(shù)據(jù)寫入SBUF（MOV SBUF，A），在串行口由硬件自動(dòng)加入起始位和停止位，構(gòu)成一個(gè)(y )完整的

14、幀格式。然后在移位脈沖的作用下，由TXD端串行輸出。一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，將SCON中的TI置1。共三十五頁(yè)（2）數(shù)據(jù)接收接收時(shí)，在REN=1前提下，當(dāng)采樣到RXD從1向0跳變狀態(tài)(zhungti)時(shí)，就認(rèn)定為已接收到起始位。隨后在移位脈沖的控制下，將串行接收數(shù)據(jù)移入SBUF中。一幀數(shù)據(jù)接收完畢，將SCON中的RI置1，表示可以從SBUF取走接收到的一個(gè)字符（MOV A，SBUF）。2. 波特率 方式1波特率可變，由定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)溢出率來(lái)決定。共三十五頁(yè)溢出率：溢出的頻繁程度，指在1s內(nèi)發(fā)生溢出 的次數(shù)。即溢出一次所需時(shí)間的倒數(shù)。 波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率3.應(yīng)用(yngy

15、ng)舉例【例8.3】設(shè)甲乙機(jī)以串行方式1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，fosc=12MHz，波特率為1200bps。甲機(jī)發(fā)送的16個(gè)數(shù)據(jù)存在內(nèi)RAM 40H4FH單元中，乙機(jī)接收后存在內(nèi)RAM 50H為首地址的區(qū)域中。共三十五頁(yè)8.4.3 工作(gngzu)方式2及應(yīng)用工作方式2為11位的異步串行通信方式。共三十五頁(yè)3. 應(yīng)用舉例【例8.4】用查詢法編出串行口在方式(fngsh)2下的發(fā)送程序。設(shè)單片機(jī)主頻為6MHz，波特率為fosc32，發(fā)送字符塊起始地址為TBLK(內(nèi)部RAM)，字符塊長(zhǎng)度為L(zhǎng)EN。要求采用累加和校驗(yàn)，空出第9數(shù)據(jù)位以供它用。共三十五頁(yè)8.4.4 工作方式3及應(yīng)用方式3同樣是一幀11位的

16、串行通信方式，其通信過(guò)程(guchng)與方式2完全相同，所不同的僅在于波特率。方式2的波特率只有固定的兩種，而方式3的波特率則與方式1相同，即通過(guò)設(shè)置T1的初值來(lái)設(shè)定波特率?！纠?.5】請(qǐng)用查詢法編出串行口在方式3下的接收程序。設(shè)單片機(jī)主頻為6MHz，波特率為2400bps，接收數(shù)據(jù)區(qū)起始地址為RBLK（內(nèi)部RAM)，接收數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度字節(jié)由始發(fā)端發(fā)送來(lái)。要求采用累加和校驗(yàn)，并要編寫出錯(cuò)程序。共三十五頁(yè)內(nèi)容摘要第8章MCS-51單片機(jī)的串行口。異步串行通信通常以字符（或者字節(jié)）為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地傳送，接收(jishu)端通過(guò)傳輸線一幀一幀地接收(jishu)。器和接收(j