單片機(jī)串行口

單片機(jī)的串行接口

串行通信基本知識串行接口結(jié)構(gòu)及控制串行接口工作方式與波特率串行口應(yīng)用舉例數(shù)據(jù)通信

計算機(jī)與外界的信息交換稱為通信?；镜耐ㄐ欧椒ㄓ胁⑿型ㄐ藕痛型ㄐ艃煞N。

1．并行通信 單位信息（通常指一個字節(jié)）的各位數(shù)據(jù)同時傳送的通信方法稱為并行通信。

2．串行通信 單位信息的各位數(shù)據(jù)被分時一位一位依次順序傳送的通信方式稱為串行通信。

圖1并行通信示意圖圖2串行通信示意圖

1．異步通信 異步通信中，傳送的數(shù)據(jù)可以是一個字符代碼或一個字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以幀的形式一幀一幀傳送。

異步通信和同步通信異步通信的一幀數(shù)據(jù)格式

2．同步通信 在同步通信中，每一數(shù)據(jù)塊發(fā)送開始時，先發(fā)送一個或兩個同步字符，使發(fā)送與接收取得同步，然后再順序發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊的各個字符間取消起始位和停止位，所以通信速度得以提高。串行通信的制式串行通信接口種類

根據(jù)串行通信格式及約定（如同步方式、通信速率、數(shù)據(jù)塊格式等）不同，形成了許多串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，如常見的：

UART（串行異步通信接口）、

USB（通用串行總線接口）、

I2C（集成電路間的串行總線）、 SPI（串行外設(shè)總線）、

485總線、CAN總線接口等。RS-232C接口RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）于1969年頒布的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是“RecommendedStandard”（推薦標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫，232為標(biāo)準(zhǔn)的編號，C為版本號。在RS-232C之前為RS-232A與RS-232B，1987年修訂為EIA-232D，1991年修訂為EIA-232E，1997年又修訂為EIA-232F。其中，RS-232C最為常用。RS-232C接口在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用當(dāng)兩臺計算機(jī)（DTE）借助公用電話網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時。RS-232C用于將DTE和DCE進(jìn)行連接，使兩者能進(jìn)行串行通信。

RS-232C接口在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用RS-232C的機(jī)械特性RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器（DB-25），連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。由于一般的應(yīng)用中很少用到RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的全部信號線，所以在實際應(yīng)用中常常使用9針連接器（DB-9）替代25針連接器。兩者的外形與引腳排列如圖9-7所示。通常一端做成插針，另一端做成插孔。DB-25和DB-9連接器DB-25和DB-9連接器RS-232C的引腳功能引

腳序

號信

號名

稱功

能信

號

方

向1PGND保護(hù)（屏蔽）接地2（3）TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出）DTE→DCE3（2）RXD接收數(shù)據(jù)（串行輸入）DTE←DCE4（7）RTS請求發(fā)送DTE→DCE5（8）CTS允許發(fā)送DTE←DCE6（6）DSRDCE就緒（數(shù)據(jù)建立就緒）DTE←DCE7（5）SGND信號接地8（1）DCD載波檢測DTE←DCE9—保留供測試用10—保留供測試用注：引腳序號欄中帶括號的序號為DB-9連接器的引腳序號。引

腳序

號信

號名

稱功

能信

號

方

向11—未定義12SDCD輔助信道載波檢測DTE←DCE13SCTS輔助信道允許發(fā)送DTE←DCE14STXD輔助信道發(fā)送數(shù)據(jù)DTE→DCE15TXC發(fā)送時鐘DTE←DCE16SRXD輔助信道接收數(shù)據(jù)DTE←DCE17RXC接收時鐘DTE←DCE18—未定義19SRTS輔助信道請求發(fā)送DTE→DCE20（4）DTRDTE就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）DTE→DCE21SQD信號質(zhì)量檢測DTE←DCE22（9）RI振鈴指示DTE←DCE23DRS數(shù)據(jù)信號速率選擇DTE→DCE24ETXC外部發(fā)送時鐘DTE→DCE25—未定義注：引腳序號欄中帶括號的序號為DB-9連接器的引腳序號RS-232C的電氣特性

RS-232C的信號電平：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用負(fù)邏輯電平。信號源點的邏輯0電平范圍為+5V～+15V，邏輯1電平范圍為?5V～?15V；信號目的點的邏輯0電平范圍為+3V～+15V，邏輯1電平范圍為?3V～?15V，噪聲容限為2V。RS-232C的信號電平下圖所示。RS-232C的信號電平RS-232C的信號電平通常，RS-232C的邏輯電平采用＋12V表示邏輯0，?12V表示邏輯1。RS-232C的傳輸距離與傳輸速率：

RS-232C的傳輸距離：DTE和DEC之間采用RS-232C傳輸?shù)淖畲缶嚯x不大于15m。

RS-232C的傳輸速率：小于20kbit/s。RS-232C與51系列單片機(jī)的連接由于51系列單片機(jī)的串行口不是標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口，采用的是正邏輯TTL電平：即邏輯1為＋2.4V；邏輯0為＋0.4V。所以使用RS-232C接口將51系列單片機(jī)與計算機(jī)或其他具有RS-232C接口的設(shè)備進(jìn)行連接時，必須考慮電平轉(zhuǎn)換問題。通常使用專用的電平轉(zhuǎn)換芯片來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAXIM公司生產(chǎn)MAX232。它僅需要+5V電源，由內(nèi)置的電子泵電壓轉(zhuǎn)換器將

+5V轉(zhuǎn)換成

?10V～+10V。該芯片與TTL/CMOS電平兼容，片內(nèi)有2個發(fā)送器和2個接收器，使用比較方便。由它構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路如圖所示。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片由MAX232構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路由MAX232構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路RS-232C的缺點接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片。與TTL電平不兼容，與TTL電平接口連接需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。傳輸距離短，使用時傳輸距離一般不超過15m，線路條件好時也不超過幾十米。傳輸速率較低，最高傳送速率為20kbit/s。由于收發(fā)信號采用共地傳輸，容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗干擾能力較差。51單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)串行接口的結(jié)構(gòu)串行口由發(fā)送電路和接收電路兩部分組成。圖中有兩個物理上獨立的串行口接收、發(fā)送緩沖器SBUF。SBUF（發(fā)送）用于存放將要發(fā)送的字符數(shù)據(jù)；SBUF（接收）用于存放串行口接收到的字符數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收可同時進(jìn)行。SBUF（發(fā)送）和SBUF（接收）同屬于特殊功能寄存器SBUF，占用同一個地址99H。但發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。因此，對SBUF進(jìn)行寫操作時，是把數(shù)據(jù)送入SBUF（發(fā)送）中；對SBUF進(jìn)行讀操作時，讀出的是SBUF（接收）中的數(shù)據(jù)。串口發(fā)送過程當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行“寫”SBUF命令時，將欲發(fā)送的字符送入SBUF（發(fā)送）后，發(fā)送控制器在發(fā)送時鐘的作用下，自動在發(fā)送字符前后添加起始位、停止位和其他控制位，然后在發(fā)送時鐘的控制下，逐位從TXD線上串行發(fā)送字符幀。發(fā)送完后使發(fā)送中斷標(biāo)志TI=1，發(fā)出串口發(fā)送中斷請求。串口接收過程串行口在接收時，接收控制器會自動對RXD線進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)確認(rèn)RXD線上出現(xiàn)起始位后，接收控制器就從起始位后的數(shù)據(jù)位開始，將一幀字符中的有用位逐位移入接收緩沖寄存器SBUF（接收）中，自動去掉起始位、停止位或空閑位，并使接收中斷標(biāo)志RI

=

1，發(fā)出串口接收中斷請求。這時，只要執(zhí)行“讀”SBUF命令，便可以得到接收的數(shù)據(jù)。串行接口的控制寄存器1．串行口控制寄存器SCON2．電源控制寄存器PCON串行口控制寄存器SCONSCON用于設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志等。它的字節(jié)地址為98H，可進(jìn)行位尋址，其各位的定義如圖所示。圖9-15串行口控制寄存器

SCON各位名稱和功能

SM0和SM1（SCON.7和SCON.6）：串行口工作方式選擇位?？蛇x擇4種工作方式，如表所示。SM0SM1工作方式功能波特率000移位寄存器fosc/1201110位異步收發(fā)（8位數(shù)據(jù)）可變，由定時器控制10211位異步收發(fā)（9位數(shù)據(jù)）fosc/64或fosc/3211311位異步收發(fā)（9位數(shù)據(jù)）可變，由定時器控制表 串行口的工作方式

RI（SCON.0）：接收中斷標(biāo)志位。用于指示一幀信息是否接收完畢它的工作過程是：當(dāng)串行口接收到停止位時；由內(nèi)部硬件電路使RI=1。一旦RI被硬件置1，便產(chǎn)生串口中斷請求SCON各位名稱和功能

TI（SCON.1）：發(fā)送中斷標(biāo)志位。用于指示一幀信息是否發(fā)送完畢它的工作過程是：開始串行發(fā)送停止位時，由內(nèi)部硬件電路使TI=1，并向CPU發(fā)出串口中斷請求。與RI標(biāo)志的清除方法相似，TI也必須通過軟件才能將其清0SCON各位名稱和功能

RB8（SCON.2）：接收數(shù)據(jù)第9位。在方式2或方式3中，用于存放接收數(shù)據(jù)的第9位，此時，該位可能是奇偶校驗位，也可能是多機(jī)通信中的地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時，若SM2=0，則RB8為接收到的停止位。方式0時，不使用RB8。SCON各位名稱和功能

TB8（SCON.3）：發(fā)送數(shù)據(jù)第9位。在方式2或方式3中，用于存放發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位，此時，該位可以用作奇偶校驗位，在多機(jī)通信中，可以作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。

REN（SCON.4）：允許接收控制位。若使REN=1，則啟動串行口接收數(shù)據(jù)；若使REN=0，則禁止串口接收。SCON各位名稱和功能SM2（SCON.5）：多機(jī)通信控制位。主要用于方式2和方式3中。（一般設(shè)置為0）若接收方單片機(jī)的SM2

=

1，則由收到的RB8來控制是否使RI置1：當(dāng)收到的RB8

=

0時，RI不被置1，收到的信息被丟棄；當(dāng)收到的RB8

=

1時，收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF（接收），并將RI置1，向CPU發(fā)出串口中斷請求，接收方可在串口中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF（接收）中讀走。也可以通過查詢RI的辦法，在發(fā)現(xiàn)RI為1后，將SBUF（接收）中的數(shù)據(jù)讀走。SCON各位名稱和功能

若接收收方單片機(jī)的SM2

=

0，則RB8不再具有控制RI激活的功能，不論收到的RB8為0還是1，收到的數(shù)據(jù)都會進(jìn)入SBUF，并使RI

=

1。運用SM2的控制功能，便可以實現(xiàn)多機(jī)通信在方式0時，不使用SM2控制位，應(yīng)將SM2設(shè)定為0。在方式1時，通常也將SM2設(shè)為0，若使SM2

=

1，則只有接收到有效的停止位時，RI才被置1。SCON各位名稱和功能電源控制寄存器PCONPCON的字節(jié)地址為87H，不能按位尋址，只能按字節(jié)尋址。各位的定義如圖9-16所示。其中，只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)。編程時只能使用字節(jié)操作指令對它賦值。圖9-16電源控制寄存器

PCON控制位的名稱和功能

SMOD（PCON.7）：波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3中，用于控制是否倍增波特率。當(dāng)SMOD

=

0時，波特率不倍增；當(dāng)SMOD

=

1時，波特率提高一倍。

串行接口的工作方式1．方式02．方式13．方式2和方式3方式1工作方式1時，串口被設(shè)定為10位異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，所傳送的字符幀格式如圖所示。串口方式1的字符幀格式

方式1發(fā)送在TI

=

0時，當(dāng)執(zhí)行一條寫SBUF的指令后，即可啟動串行口發(fā)送過程：發(fā)送電路自動在寫入SBUF中的8位數(shù)據(jù)前后分別添加1位起始位和1位停止位。在發(fā)送移位脈沖作用下，從TXD引腳逐位送出起始位、數(shù)據(jù)位和停止位。發(fā)送完一個字符幀后，自動維持TXD線為高電平。并使發(fā)送中斷標(biāo)志TI置1，產(chǎn)生串口中斷請求。通過軟件將TI清0，便可繼續(xù)發(fā)送。串口方式1的發(fā)送時序串口方式1的發(fā)送時序方式1接收當(dāng)使用命令使RI

=

0，REN

=

1時，串口開始接收過程：接收控制器先以速率為所選波特率的16倍的采樣脈沖對RXD引腳電平進(jìn)行采樣，當(dāng)連續(xù)8次采樣到RXD線為低電平時，便可確認(rèn)RXD線上有起始位。此后，接收控制器就改為對第7、8、9三個脈沖采樣到的值進(jìn)行位檢測，并以三中取二原則來確定所采樣數(shù)據(jù)的值，如圖所示。串口接收時對RXD引腳電平的采樣串口接收時對RXD引腳電平的采樣方式1接收過程RXD上的數(shù)據(jù)被逐位移入接收移位寄存器，當(dāng)接收到停止位時，將去除起始位和停止位后的8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF，并使RI

=

1，向CPU發(fā)出串口中斷請求。方式1的接收時序如圖所示。圖9-23串口方式1的接收時序

串行接口的波特率在串行通信中，為了保證接收方能正確識別數(shù)據(jù)，收發(fā)雙方必須事先約定串行通信的波特率。51單片機(jī)在不同的串口工作方式下，其串行通信的波特率是不同的。其中，方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率決定。計算公式如下。

波特率計算公式:方式0的波特率

=

fosc/12

方式1的波特率

=

(2SMOD/32)×(T1溢出率)方式2的波特率

=

(2SMOD/64)×

fosc方式3的波特率

=

(2SMOD/32)×(T1溢出率)其中，T1溢出率是指定時器T1每秒鐘溢出的次數(shù)。SMOD=0表示波特率不增倍=1表示增倍T1溢出率計算公式:由于T1每溢出一次所需的時間即為T1的定時時間，所以T1溢出率等于T1定時時間的倒數(shù)。計算公式如下。T1的定時時間

=

(2n?計數(shù)初