單片機(jī)接口技術(shù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)串口通信

所有的串行通信的工作方式

:1.異步方式：以幀作為傳送單位，每一幀由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位組成，結(jié)構(gòu)如圖。2.同步方式同步方式僅在開始用若干字符作為同步號(hào)令，然后連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖所示。由于沒有在每一個(gè)字符中，配置起始、停止位，所以結(jié)構(gòu)緊湊，傳輸效率高、速度快，其組成如下圖所示：

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢(shì)。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。例如IIC通信，SPI通信等三串行通信的數(shù)據(jù)通路形式：

1.單工方式：指通信雙方，一方只能發(fā)送，另一方只能接收，傳送方向是單一的。

2.半雙工方式:通信雙方只有一根傳輸線(共地)，但任何一方都可以發(fā)送，當(dāng)一方發(fā)送時(shí)，另一方只能接收。

3.全雙工方式：需要通信雙方連接兩條傳輸線(共地)，一條是將數(shù)據(jù)從甲方送到乙方，另一條是從乙方送到甲方。允許雙向同時(shí)發(fā)送。MCS-51串行通信接口單片機(jī)串口的特點(diǎn)：全雙工、異步、串口單片機(jī)串口由RXD和TXD構(gòu)成。MCS-51單片機(jī)是

位CPU;串行通信接口中，數(shù)據(jù)是一位一位按順序向外傳送的。單片機(jī)是如何將數(shù)據(jù)進(jìn)行串-并以及并-串的轉(zhuǎn)換？

7.2.1通用的異步接收/發(fā)送器UART

在串行通信中，數(shù)據(jù)是一位一位按順序進(jìn)行傳送的，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)是并行傳輸?shù)?。因此?dāng)計(jì)算機(jī)向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須先將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送；反之，當(dāng)計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，又必須先將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，然后再輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)部。MCS-51單片機(jī)串口有一個(gè)核心部件——通用的異步接收/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱UART（UniversalAsynohronousReceiver/Transmitter），就是完成并→串或串→并變換的硬件電路，其結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。圖7-6硬件UART結(jié)構(gòu)圖工作原理：接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行數(shù)據(jù)由RXD端（ReceiveData）經(jīng)接收門進(jìn)入移位寄存器，再經(jīng)移位寄存器輸出并行數(shù)據(jù)到接收緩沖器SBUF，最后通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到CPU，是一個(gè)雙緩沖結(jié)構(gòu)，以避免接收過(guò)程中出現(xiàn)幀重疊錯(cuò)誤。發(fā)送信息時(shí)，CPU將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線送給發(fā)送緩沖器SBUF后，直接由控制器控制SBUF移位，經(jīng)發(fā)送門輸出至TXD，為單緩沖結(jié)構(gòu)，由于（CPU主動(dòng)）不會(huì)發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤，發(fā)送緩沖器與接收緩沖器在物理上是相互獨(dú)立的，但在邏輯上只有一個(gè)，共用地址單元99H。對(duì)發(fā)送緩沖器只存在寫操作，對(duì)接收緩沖器只能讀操作。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的速度由控制器發(fā)出的移位脈沖所控制，其可由內(nèi)部定時(shí)器T1產(chǎn)生的時(shí)鐘獲得，此時(shí)定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器使用。二、串行通信的傳送速度串行通信的數(shù)據(jù)傳送是按位進(jìn)行的，每秒所傳送的位數(shù)稱為波特率，如果數(shù)據(jù)傳送的速度為每秒120幀，每個(gè)幀包含10位，則每秒傳送1200位，即波特率為1200。

10?120=l200bit/s=1200baut

每位傳送的時(shí)間T等于波特率的倒數(shù)，如上例波特率為1200則每位傳送時(shí)間為

T=0.833ms

國(guó)際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波特率系列為300、600、1200、1800、2400、4800、9600和19200bit/s。波特率的計(jì)算例：某異步通訊接口的波特率為120，則該接口每秒種傳送

數(shù)據(jù)。例：某串口異步通信接口，其字符幀格式為1個(gè)起始位，1個(gè)校驗(yàn)位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位，當(dāng)通信接口每分鐘傳送1200位數(shù)據(jù)時(shí)，其傳送波特率為。A.4800位B.20位C.600位 D.30位

四、串行通信的校驗(yàn)方式，

奇校驗(yàn)：根據(jù)數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)，決定校驗(yàn)位是否置1。以使1的個(gè)數(shù)總和為奇數(shù)。

偶校驗(yàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)，決定校驗(yàn)位是否置1，以使1的個(gè)數(shù)總和為偶數(shù)。2.一組數(shù)據(jù)的校驗(yàn)方法在一組數(shù)據(jù)之后發(fā)送數(shù)據(jù)代數(shù)和或在一組數(shù)據(jù)之后加發(fā)數(shù)據(jù)異或值。

1.異步通信中單個(gè)字符的校驗(yàn)方法通常是在單個(gè)字符末位后面，附加一個(gè)校驗(yàn)位。一、數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

發(fā)送數(shù)據(jù) 通過(guò)指令MOVSBUF,A將數(shù)據(jù)寫入SBUF，然后串口自動(dòng)將數(shù)據(jù)按事先設(shè)置的方式及速率從TXD(P3.1)端口輸出，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，串口向CPU申請(qǐng)中斷，且通過(guò)硬件將TI置1，表示發(fā)送已經(jīng)結(jié)束，等待寫入第二幀數(shù)據(jù)。

接收數(shù)據(jù)

當(dāng)有數(shù)據(jù)送給單片機(jī)串口時(shí)，串口按事先設(shè)置的方式及速率自動(dòng)從端口TXD(P3.1)接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確后送SBUF,一幀數(shù)據(jù)接收完畢RI=1，串口向CPU請(qǐng)求中斷且表示接收已經(jīng)結(jié)束。單片機(jī)只要通過(guò)執(zhí)行：MOVA,SBUF串行口的控制寄存器

MCS-51的串行口有四種工作方式，用戶可以通過(guò)對(duì)串行控制寄存器SCON編程來(lái)設(shè)定。此外，還有波特率控制寄存器PCON，必須詳細(xì)了解這些特殊功能寄存器，才能正確應(yīng)用串行通信接口。

1．串行口控制寄存器SCON特殊功能寄存器SCON的地址為98H，具有位地址，可位尋址，復(fù)位時(shí)為00H，其格式如下：SM0、SM1：串行口的方式選擇位，見表7-1。

SM2：方式2和方式3的多機(jī)通信控制位；REN：允許串行接收位。TB8：在方式2和方式3中，發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時(shí)由軟件置位或復(fù)位。RB8：在方式2和方式3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)；在方式1時(shí)，RB8是接收到的停止位；在方式0，不使用RB8。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。TI必須由軟件清“0”RI：接收中斷標(biāo)志，RI必須由軟件清“0”。

2．特殊功能寄存器PCON

特殊功能寄存器PCON的地址為87H，沒有位地址。其格式如下：PCON的最高位是串行口波特率系數(shù)控制位SMOD，當(dāng)SMOD為“1”時(shí),方式2，3中使波特率加倍。PCON的其他位為掉電方式控制位，詳見2.4節(jié)。單片機(jī)串行接口的工作方式一、串行口工作方式0：串口擴(kuò)展為并口1)波特率固定為發(fā)送—位數(shù)據(jù)等于一個(gè)機(jī)器周期。2)不論是發(fā)送還是接收，數(shù)據(jù)都是從RXD(P3.0)端出入。TXD端而作為同步移位脈沖輸出端。3)工作于方式0時(shí)，可將串行接口擴(kuò)展為并行接口，7.2.3串行接口的工作方式

串行通信接口有4種工作方式，它們由SCON中的SM0、SM1決定。下面從應(yīng)用的角度，重點(diǎn)討論各種工作方式的功能特性和工作原理。

1．方式0——移位寄存器方式方式0通過(guò)外接一個(gè)移位寄存器擴(kuò)展一個(gè)并行的輸入/輸出口。

（1）發(fā)送方式0發(fā)送時(shí)，串行口上外接74LS164移位寄存器。其接口如圖7-7所示。

（2）接收方式0接收時(shí)，串行口上外接并行輸入串行輸出移位寄存器74LS166，其接口如圖7-8所示。圖7-7方式0發(fā)送接口圖圖7-8方式0接收接口圖

DATA必須注意：在接收時(shí)，除了設(shè)置SCON控制字為方式0外，還應(yīng)設(shè)置允許接收控制位REN為“1”，清除RI中斷標(biāo)志，才能啟動(dòng)接收器工作。方式0工作時(shí)，必須使SCON控制字的SM2位（多機(jī)通信控制位）為“0”，從而不影響TB8和RB8位。由于波特率固定，故無(wú)需用定時(shí)器提供。但以中斷方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，CPU響應(yīng)中斷不會(huì)自動(dòng)清除TI、RI標(biāo)志，所以在中斷服務(wù)程序中，必須由指令將TI、RI清“0”。

方式1：方式1為8位異步通信接口，1幀信息為10位，即1位起始位（0）、8位數(shù)據(jù)（低位在前）及1位停止位（1），如圖7-9所示。TXD為發(fā)送端，RXD為接收端，波特率由定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決定。圖7-9方式1數(shù)據(jù)格式（1）發(fā)送：

CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù)后，便啟動(dòng)串行口在TXD端輸出幀信息，先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開始依次輸出8位數(shù)據(jù)，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI置“1”，向CPU請(qǐng)求中斷。（2）接收：當(dāng)允許接收位REN置“1”后，接收器便采樣RXD端電平，當(dāng)采樣到“1”到“0”的跳變時(shí)，啟動(dòng)接收器接收。計(jì)數(shù)器的16個(gè)狀態(tài)把1位時(shí)間等分成16份，并在第7、8、9個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，采樣RXD電平。因此，每一位的數(shù)值采樣三次，取其中至少有兩次相同的值為確認(rèn)值。啟動(dòng)后，如果三次采樣的確認(rèn)值不是“0”，則起始位無(wú)效，復(fù)位接收電路重新檢測(cè)。如果確認(rèn)值為“0”，起始位有效，則開始按從低位到高位的順序接收一幀的數(shù)據(jù)信息。

必須注意，在方式1接收中設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識(shí)功能：只有同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才會(huì)將數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI為“1”，向CPU請(qǐng)求中斷；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無(wú)效。當(dāng)SM2=1時(shí)，接收到的停止位“1”裝入RB8中。①RI=0。②接收到停止位為“1”。

方式1的特點(diǎn)：

1)波特率可變串口波特率由定時(shí)器T1產(chǎn)生，T1工作于方式2，并決定于T1定時(shí)時(shí)間，而T1的定時(shí)時(shí)間決定于裝入的時(shí)間常數(shù)N，因此可根據(jù)時(shí)間常數(shù)N推出波特率，即

2)傳送數(shù)據(jù)為8位，連同一位起始位、一位停止位組成一幀，即一幀為10位，發(fā)送由TXD輸出，接收由RXD輸入，可構(gòu)成全雙工的串行通信端口。

例：設(shè)計(jì)波特率為4800b/s，晶振頻率為11.0592MHz，定時(shí)器T1工作在方式2，SMOD＝0，則計(jì)數(shù)器初值為

。

3．方式2、方式3

串行口工作在方式2、方式3時(shí)，為9位異步通信口，1幀信息由11位組成，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)D0～D7（低位在前）、1位可編程的第9位D8（發(fā)送時(shí)，第9位為SCON中的TB8；接收時(shí)，第9位為SCON中的RB8）及1位停止位，如圖7-10所示。圖7-10方式2、方式3數(shù)據(jù)格式（1）發(fā)送：當(dāng)CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù)后，便立即啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開始依次輸出8位數(shù)據(jù)，再發(fā)送SCON中的TB8，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI置“1”，向CPU請(qǐng)求中斷。（2）接收：使用與方式1類似的方法識(shí)別起始位。必須注意，方式2、方式3接收中也設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識(shí)功能：只有同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才能將接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8，并置RI為“1”；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無(wú)效。①RI=0。②接收到的停止位為“1”。

方式2、方式3的區(qū)別：方式2的波特率為fosc/32或fosc/64，而方式3的波特率可變。

三、串口工作方式2、3

方式2、3的工作性能

1)方式2波特率固定，并等于。

方式3波特率計(jì)算方法同方式1,即等于。

2)一幀數(shù)據(jù)為11位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位可編程位、1位停止位。數(shù)據(jù)位低位在前高位在后，第9位可編程位發(fā)送時(shí)從SCON中的TB8取出，接收時(shí)第9位存SCON中的RB8。返回本章首頁(yè)第四節(jié)串口初始化編程一、計(jì)算波特率串口方式0

串口方式1和串口方式3

串口方式2

二、對(duì)SCON、PCON、TMOD初始化 以設(shè)計(jì)一8051單片機(jī)控制系統(tǒng)為例，設(shè)主振頻率為12MHz，要求串口發(fā)送數(shù)據(jù)為8位、波特率為1200bps.則初始化步驟為：

1.先按波特率要求，計(jì)算T1的時(shí)間常數(shù)N，設(shè)SMOD=1。

已知主振頻率為12MHz，波特率為1200bps.，串口工作于方式1,按式7-4可求得

N=203.92≈0CCH 2.寫出初始化程序

MOVSCON,#50H;串行口工作于方式1 MOVPCON,#80H;SMOD=1，

MOVTMOD,#20H;T1工作方式2定時(shí)方式

MOVTHl,#0CCH;設(shè)置時(shí)間常間為N MOVTLl,#0CCH;自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)

SETBTR1 ;啟動(dòng)T1返回本章首頁(yè)單片機(jī)雙機(jī)通信實(shí)驗(yàn)1號(hào)單片機(jī)鍵盤上輸入的數(shù)字可以在2號(hào)單片機(jī)的顯示器LED上顯示出來(lái)。1．甲乙兩機(jī)點(diǎn)到點(diǎn)通信

設(shè)甲、乙二機(jī)為相距很近（1m之內(nèi)）的MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)，則可將它們的串行口直接相連，以實(shí)現(xiàn)全雙工的雙機(jī)通信，如圖7-19所示。當(dāng)需要增加通信距離時(shí)，可以采用RS-232或RS-422標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙機(jī)通信。為了減少線路干擾，在收、發(fā)的數(shù)據(jù)端還可以采用光電隔離器（見圖7-16）。圖7-19雙機(jī)通信【例】設(shè)有甲、乙兩臺(tái)單片機(jī)fosc=11.059MHz，用調(diào)用子程序的方法編程序。

1＃機(jī)（發(fā)送機(jī)）：從內(nèi)部RAM單元20H～25H中取出6個(gè)ASCII碼數(shù)據(jù)，在最高位加上奇偶校驗(yàn)位后由串行口發(fā)送。采用8位異步通信，波特率為1200b/s。

2＃機(jī)（接收機(jī)）：接收器把接收到的6個(gè)ASCII碼數(shù)據(jù)，先進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。若傳送正確，則將數(shù)據(jù)依次存放在內(nèi)部RAM區(qū)20H～25H單元中。若奇偶出錯(cuò)，則將“0FFH”存入相應(yīng)的單元中。解：圖7-20為甲機(jī)發(fā)送、乙機(jī)接收程序流程圖。圖7-20單工通信流程圖（1）1＃機(jī)，主程序：ORG0000H AJMPMAINTORG0030H;主程序入口地址MAINT:MOVSP,#60HMOVTMOD,#20H ;置定時(shí)器T1為工作方式2MOVTH1,#0E8H ;置波特率1200b/s的計(jì)數(shù)初值MOVTL1,#0E8H MOVSCON,#40H ;串行口工作方式1SETB TR1 ;啟動(dòng)定時(shí)器T1工作MOVR0,#20H ;數(shù)據(jù)首地址→R0MOVR7,#06H ;傳送字節(jié)數(shù)→R7LOOP:MOVA,@R0 ;取一個(gè)待傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)LCALLOUT1 ;調(diào)用串行口發(fā)送子程序INCR0 ;修改地址指針DJNZR7,LOOP ;若未全部發(fā)送完，則轉(zhuǎn)LOOP繼續(xù)SJMP$

發(fā)送子程序OUT1：OUT1:MOVC,P ;設(shè)置奇偶校驗(yàn)位（補(bǔ)奇）CPLCMOVACC.7,C MOVSBUF,A ;啟動(dòng)串行口發(fā)送數(shù)據(jù)JNBTI,$ ;等待數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送完畢CLRTI ;清發(fā)送標(biāo)志TI為下一數(shù)據(jù)串行發(fā)送做準(zhǔn)備RET ;子程序返回（2）乙機(jī)，主程序：ORG0000H AJMPMAINDORG0030H ;主程序入口地址MAIND:MOVSP,#60H