第六 講 MCS-51單片機(jī)串行通訊接口

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》

----單片機(jī)工作過程導(dǎo)向廣東技術(shù)師范學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器技術(shù)系祁偉主講MCS-51系統(tǒng)的串行接口一、串行通信的概念通信：CPU與外圍設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換叫通信。串行通信的兩種基本方式：1）并行通信：各位同時(shí)傳送，速度快，近距離，成本高。2）串行通信：一位一位傳送，速度慢，成本低，遠(yuǎn)距離。 P1.080C51 .... P1.7 GNDD0....D7GND外圍設(shè)備并行通信 RXD80C51 TXD GNDTXDRXDGND外圍設(shè)備串行通信并行、串行通信示圖一、異步通信傳送方式異步：字符按幀格式傳送…P10D0D1D2D3D4D5D6D7P10D0…

起始位

數(shù)據(jù)位

校停驗(yàn)止位位異步通信的幀格式二、同步通信傳送方式同步傳送：以同步字符SYN開始連續(xù)發(fā)送，再以同步字符結(jié)束，時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)發(fā)送。適用高速、大容量的數(shù)據(jù)傳送。開始

結(jié)束同步字符同步字符數(shù)據(jù)段同步字符同步字符同步傳送方式三、串行通信數(shù)據(jù)的傳送方向1、單工傳送（單工制式Simplex）一端發(fā)送，一端接收。2、半雙工（半雙工制式HalfDuplex）一端可發(fā)送可接收，但同一時(shí)間只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。雙方可通過硬件、軟件約定。3、全雙工（全雙工Full-duplex制式）同一時(shí)間既可發(fā)送又可接收有各自的獨(dú)立通道。接收器單工通信方式發(fā)送器接收器接收器

發(fā)送器發(fā)送器

數(shù)據(jù)流半雙工通信方式接收器接收器

發(fā)送器發(fā)送器

數(shù)據(jù)流全雙工通信方式四、MCS-51單片機(jī)的串行接口組成MOVSBUF,AMOVA,SBUF串行口構(gòu)成及工作原理串行口構(gòu)成：發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(只寫不讀)、接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(只讀不寫)、電源控制寄存器PCON、串行口控制寄存器SCON、發(fā)送中斷標(biāo)志位TI、接收中斷標(biāo)志位RI、移位寄存器等組成。接收：接收控制器按波特率發(fā)生器提供的時(shí)鐘速率從RXD引腳一位一位接收數(shù)據(jù)，當(dāng)收到一個(gè)完整字符時(shí)，裝入SBUF中，同時(shí)置RI=1，通知CPU，CPU執(zhí)行MOVA,SBUF，將數(shù)據(jù)讀入累加器A。工作原理：發(fā)送：CPU執(zhí)行MOVSBUF,A，將數(shù)據(jù)送入SBUF。發(fā)送控制器按波特率發(fā)生器（定時(shí)器構(gòu)成）提供的時(shí)鐘速率將SBUF中的數(shù)據(jù)一位、一位從TXD輸出，發(fā)送結(jié)束時(shí)，置TI=1。

注意：由于SBUF具有雙緩沖作用，它可以在CPU讀入之前開始接收下一數(shù)據(jù)，CPU應(yīng)在下一數(shù)據(jù)接收完畢前讀取SBUF內(nèi)容。由于串口的接收、發(fā)送各自獨(dú)立，所以可同時(shí)發(fā)送及接收，即可以實(shí)現(xiàn)全雙工通訊。六、與通訊有關(guān)的寄存器1）SBUF(1)：發(fā)送緩沖器SBUF(2)：接收緩沖器2）電源控制寄存器PCON：控制串行口波特率，SMOD即PCON.7波特率倍增位，PCON.7=1，波特率在原設(shè)定值上加倍?？赏瑫r(shí)、發(fā)送接收SMODD0D7PCONGF1GF0PDIDL

MOVPCON，#80H能否位尋址？3）串行口控制寄存器SCON設(shè)定串行口工作方式、接收、發(fā)送控制、監(jiān)視串行口工作。SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI工作方式設(shè)定用于多機(jī)通訊接收控制發(fā)送第九位接收第九位發(fā)送中斷標(biāo)志接收中斷標(biāo)志多機(jī)通信TB8=0表示數(shù)據(jù)幀多機(jī)通信TB8=1表示地址幀七、MCS-51串行的工作方式MCS-51的串行口有四種工作方式，它是由SCON中的SM1和SM0來決定。SM0SMl工作方式方式簡(jiǎn)單描述波特率000移位寄存器I/O主振頻率/120118位UART可變1029位UART主振頻率/32或主振頻率/641139位UART可變方式0：SM0SM1=00移位寄存器方式，數(shù)據(jù)傳輸波特率(fosc/12)，串口輸出端與移位寄存器相連，發(fā)送、接收的是8位數(shù)據(jù)。發(fā)送：數(shù)據(jù)從RXD引腳串行輸出，TXD引腳輸出同步脈沖，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)寫入串行口緩沖器時(shí)，串行口將8位數(shù)據(jù)以(fosc/12)波特率從RXD引腳輸出，先送低位，發(fā)送結(jié)束后，置TI標(biāo)志，若允許串口中斷，CPU即響應(yīng)中斷服務(wù)。若不允許串口中斷，即可通過查詢TI位判斷發(fā)送結(jié)束。由于TI位不能自動(dòng)清零，則必須由軟件清零后，才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送過程：CPU主動(dòng)MOVA,#01HMOVSBUF,A；啟動(dòng)發(fā)送JNBTI,$CLRTI注釋：SBUF內(nèi)容通過RXD輸出，移位脈沖通過TXD輸出當(dāng)TI=1時(shí)，發(fā)送結(jié)束TI，由軟件清零SBUF=0X01;while(!TI);TI=0;串行口方式0的時(shí)序串入/并出LED顯示電路圖例題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)板電路設(shè)計(jì)，通過8051串口工作方式0，控制2位數(shù)碼管顯示00~991）利用MCS-51單片機(jī)串入/并出的顯示電路設(shè)計(jì)2）從I/O接口擴(kuò)展我們學(xué)到可以利用MCS-51單片機(jī)的串行口擴(kuò)展并行I/O接口。實(shí)驗(yàn)板原理圖的顯示部分就是利用串入/并出技術(shù)實(shí)現(xiàn)2位數(shù)碼管的顯示任務(wù)?？措娐钒逶韴D。3）現(xiàn)在我們根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)，編程使2位數(shù)碼管顯示00~99。4）分析程序：字型碼計(jì)算？串行口方式0應(yīng)用74HC595移位寄存器

74595的控制端說明：/CLK(10腳):低電平時(shí)將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常接VccSCLK(11腳)：上升沿時(shí)數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-->QB—>QC—>...-->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時(shí)，通常都選微秒級(jí)）SLCK(12腳)：上升沿時(shí)移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，下降沿時(shí)存儲(chǔ)寄存器數(shù)據(jù)不變。通常將SLCK置為低電平，當(dāng)移位結(jié)束后，在SLCK端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖（5V時(shí)，大于幾十納秒就行了），更新顯示數(shù)據(jù)。/EN(13腳):高電平時(shí)禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳夠用，用一個(gè)引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果觀看程序Serial_Disp.c項(xiàng)目訓(xùn)練：（自行練習(xí)）試通過串口控制數(shù)碼管開機(jī)顯示op，一分鐘后啟動(dòng)計(jì)時(shí)，3分鐘后停機(jī)并顯示30。試通過模擬串口控制數(shù)碼管開機(jī)顯示op，一分鐘后啟動(dòng)計(jì)時(shí)，3分鐘后停機(jī)并顯示30。實(shí)驗(yàn)：用實(shí)驗(yàn)板（星期四）開機(jī)顯示HELLO-按下p3.2鍵數(shù)碼管后兩位開始以秒為單位計(jì)數(shù)至00~99。方式1

方式1為8位異步通信方式。一幀10位，1位起始位(0)，8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位(1)，起始位、停止位自動(dòng)加入，TXD發(fā)送端，RXD接收端。波特率=(2SMOD/32)*N

N為定時(shí)器溢出率，每秒定時(shí)溢出的次數(shù)

波特率計(jì)算

波特率即數(shù)據(jù)傳送速率，每秒傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)bit/s。串行口四種工作方式?jīng)Q定三種波特率。1）方式0，波特率為固定值，為單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/12，即fosc/12，由單片機(jī)T1產(chǎn)生。2）方式2，有兩種波特率， 波特率=(2SMOD/64)fosc式中：SMOD波特率倍增位，可選0、1。3）方式1和方式3波特率是可變的，波特率=(2SMOD/32)*N例題：若串行通信要求波特率為1200bit/s，不加倍，試選用定時(shí)器T1，方式1工作。波特率=(2SMOD/32)*N定時(shí)器定時(shí)1秒時(shí)溢出的次數(shù)為NN=（fosc/12）*[1/(2k-Z)]1200S-1=（20/32）*N，N=38400S-1，38400=（12*106/12）*1/(28-Z)Z=230D=0E6H，通常選fosc=11.059MHz，Z=230D=0E8H也可根據(jù)要求波特率查表得出定時(shí)器初值，如表7-1所列。MCS-51單片微型計(jì)算機(jī)串行口程序設(shè)計(jì)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用的是異步串行通信方式，在設(shè)置通信接口時(shí)，必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮電平轉(zhuǎn)換，傳輸介質(zhì)等問題。RS232C、RS449、RS423/422、RS485標(biāo)準(zhǔn)總線接口。選擇接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要注意以下兩點(diǎn)：

1）通信速度和通信距離通常標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣特性，都滿足可靠傳輸時(shí)的最大通信速度和傳送距離指標(biāo)。但這兩個(gè)指標(biāo)之間具有相關(guān)性，適當(dāng)降低傳輸速度，可以提高通信距離，反之。如采用RS422標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，最大傳輸速度為10Mbit/s，最大傳輸距離為300m，適當(dāng)降低速度傳輸速度，傳送距離可達(dá)1200m。選擇接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要注意以下兩點(diǎn)：2）抗干擾能力通常選擇的標(biāo)準(zhǔn)接口，在保證不超過使用范圍時(shí)都有一定的抗干擾能力，以保證信號(hào)的可靠傳輸。但在一些工業(yè)控制系統(tǒng)中，通信環(huán)境往往十分惡劣，因此在通信介質(zhì)選擇、接口標(biāo)準(zhǔn)選擇時(shí)，要充分注意其抗干擾能力，并采取必要的抗干擾措施。例如，在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，使用RS422標(biāo)準(zhǔn)，能有效抑制共模信號(hào)干擾。在高噪聲污染環(huán)境中，通過使用光纖介質(zhì)可減少噪聲的干擾，通過光電隔離提高通信系統(tǒng)的安全性是一些行之有效的方法。1）RS232C標(biāo)準(zhǔn)總線接口RS232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ElectronicIndustriesAssociation）1962年公布的，1969年最后一次修訂而成。其中RS是RecommendedStandard的縮寫，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示最后一次修訂。①RS232C傳遞信息的格式標(biāo)準(zhǔn)

RS232C采用按位串行方式，該標(biāo)準(zhǔn)所傳遞的信息規(guī)定如下：信息的開始為起始位信息，結(jié)尾為停止位，它可以是一位、一位半或兩位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶效驗(yàn)位。RS232C傳送的波特率（bit/s）規(guī)定為19200、9600、4800、2400、600、300、150、110、75、50。RS232C接口總線的傳輸距離一般不超過15m。

②RS232C電氣特性由于RS232C是在TTL電路出現(xiàn)之前研制的，所以他的電平不是+5V和地，它使用負(fù)邏輯，其低電平“0”在+5V～+15V之間，高電平“1”在-5V～-15V之間，最高能承受±25V的信號(hào)電平。因此，RS232C不能和TTL電平直接相連，使用時(shí)必須加上適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，否則將TTL電路燒毀。常用晶體管MC1488、MC1489或MAX232/202作TTL與RS232的電平轉(zhuǎn)換。MAX232介紹

晶體管MC1488、MC1489作TTL與RS232的電平轉(zhuǎn)換時(shí)，MC1488、MC1489還需要一套12V工作電源，給電路設(shè)計(jì)帶來麻煩，所以通常用MAX232/MAX202TTL與RS232的電平轉(zhuǎn)換。MAXIM(美信)公司生產(chǎn)的含有兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，可以把輸入的+5V電源電壓轉(zhuǎn)換為RS-232輸出電平所需的+10V或-10V電壓。MAX232引腳封裝如圖所示。引腳說明如表所示。

第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-

第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。單片機(jī)與單片機(jī)串行通信電路

雙機(jī)雙工通信編程

雙機(jī)通信（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）利用單片機(jī)串行口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)之間的串行異步通信。如果兩個(gè)單片機(jī)相距很近（1.5m），將它們的串行口直接相連，即實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信；如果距離較遠(yuǎn)，可利用RS232（15m）、RS429、RS423/422、RS485標(biāo)準(zhǔn)總線接口進(jìn)行通信（1200m）編程：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)串口雙機(jī)雙工通信，要求接收方接收到數(shù)據(jù)1，即驅(qū)動(dòng)一個(gè)通信紅燈RED1亮，接收到數(shù)據(jù)2，