單片機原理與控制技術

單片機原理與控制技術第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

串行通信優(yōu)點:便于長距離傳送

缺點:傳送速度較慢計算機與外界信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信：并行通信是數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或同時接收；串行通信是數(shù)據(jù)的各位依次逐位發(fā)送或接收。并行通信優(yōu)點:傳送速度快

缺點:不便長距離傳送第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送串行通信的格式及約定（如：同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號電平……等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標準。常見的有：?通用異步收發(fā)器(UART)——本課程介紹的串口?通用串行總線（USB）?I2C總線?CAN總線?SPI總線?RS-485，RS-232C，RS422A標準……等等第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

異步通信對硬件要求較低，實現(xiàn)起來比較簡單、靈活，適用于數(shù)據(jù)的隨機發(fā)送/接收，但因每個字節(jié)都要建立一次同步，即每個字符都要額外附加兩位，所以工作速度較低，在單片機中主要采用異步通信方式?！?-1串行通信概述一、異步通信和同步通信串行通信按同步方式可分為異步通信和同步通信。1、異步通信異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。

異步通信數(shù)據(jù)傳送按幀傳輸，一幀數(shù)據(jù)包含起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

同步通信傳輸速度較快，但要求有準確的時鐘來實現(xiàn)收發(fā)雙方的嚴格同步，對硬件要求較高，適用于成批數(shù)據(jù)傳送。2、同步通信同步通信依靠同步字符保持通信同步。

同步通信是由1～2個同步字符和多字節(jié)數(shù)據(jù)位組成，同步字符作為起始位以觸發(fā)同步時鐘開始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；多字節(jié)數(shù)據(jù)之間不允許有空隙，每位占用的時間相等；空閑位需發(fā)送同步字符。第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

波特率的倒數(shù)即為每位傳輸所需的時間。相互通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，否則無法成功地完成串行數(shù)據(jù)通信。二、串行通信波特率波特率bps(bitpersecond)定義:

每秒傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，即：1波特=1位/秒（1bps）第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日三、串行通信的制式

串行通信按照數(shù)據(jù)傳送方向可分為三種制式：

單工制式是指甲乙雙方通信時只能單向傳送數(shù)據(jù)，發(fā)送方和接收方固定。1、單工制式（Simplex）第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

半雙工制式是指通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，既可發(fā)送也可接收，但不能同時接收和發(fā)送，發(fā)送時不能接收，接收時不能發(fā)送。2、半雙工制式（HalfDuplex）第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

全雙工制式是指通信雙方均設有發(fā)送器和接收器，并且信道劃分為發(fā)送信道和接收信道，因此全雙工制式可實現(xiàn)甲乙雙方同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，發(fā)送時能接收，接收時也能發(fā)送。3、全雙工制式（FullDuplex）第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日四、串行通信的校驗3、循環(huán)冗余碼校驗（CyclicRedundancyCheck,簡稱CRC）1、奇偶校驗2、累加和校驗累加和校驗是指發(fā)送方將所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊求和，并將“校驗和”附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)時也是先對數(shù)據(jù)塊求和，將所得結果與發(fā)送方的“校驗和”進行比較，相符則無差錯，否則即出現(xiàn)了差錯。“校驗和”的加運算可用邏輯加，也可用算術加。累加和校驗的缺點是無法檢驗出字節(jié)位序(或1、0位序不同)的錯誤。

循環(huán)冗余碼校驗的基本原理是將一個數(shù)據(jù)塊看成一個位數(shù)很長的二進制數(shù)，然后用一個特定的數(shù)去除它，將余數(shù)作校驗碼附在數(shù)據(jù)塊后一起發(fā)送。接收端收到該數(shù)據(jù)塊和校驗碼后，進行同樣的運算來校驗傳送是否出錯。目前CRC已廣泛用于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)通信中，并在國際上形成規(guī)范，已有不少現(xiàn)成的CRC軟件算法。

第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

80C51系列單片機有一個全雙工的串行口，這個口既可以用于網(wǎng)絡通信，也可以實現(xiàn)串行異步通信，還可以作為同步移位寄存器使用?！?-280C51串行口第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日51單片機的串行接口SBUF（發(fā)）SBUF（收）發(fā)送控制器TI接收控制器RI移位寄存器波特率發(fā)生器T11A累加器(門)移位寄存器RxDTxD去申請中斷引腳引腳CPU內(nèi)部第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

發(fā)送時，只需將發(fā)送數(shù)據(jù)輸入SBUF，CPU將自動啟動和完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送；

接收時，CPU將自動把接收到的數(shù)據(jù)存入SBUF，用戶只需從SBUF中讀出接收數(shù)據(jù)。一、串行口特殊功能寄存器1、串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

在邏輯上只有一個，既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一個單元地址99H，用同一寄存器名SBUF。在物理上有兩個，一個是發(fā)送緩沖寄存器，另一個是接收緩沖寄存器。指令

MOVSBUF，A

啟動一次數(shù)據(jù)發(fā)送,可向SBUF

再發(fā)送下一個數(shù)指令

MOVA，SBUF

完成一次數(shù)據(jù)接收,SBUF可再接收下一個數(shù)第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日2、串行控制寄存器SCONSCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功能工作方式選擇多機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①SM0SM1——串行口工作方式選擇位。②SM2——多機通信控制位。③REN——允許接收控制位。REN=1，允許接收。④TB8——方式2和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。⑤RB8——方式2和方式3中要接收的第9位數(shù)據(jù)。⑥TI——發(fā)送中斷標志。⑦RI——接收中斷標志。第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日①SM0SM1——串行口工作方式選擇位。其狀態(tài)組合所對應的工作方式如表6-2所示。

SM0SM1工作方式

功能說明000同步移位寄存器輸入/輸出,波特率固定為fosc/120118位UART；波特率可變(TI溢出率/n，n=32或16)1029位UART，波特率固定為fosc/n，(n=64或32)1139位UART，波特率可變(T1溢出率/n，n=32或16)②SM2------多機通信控制位。在方式2和方式3中，若SM2=1，且RB8(接收到的第9位數(shù)據(jù))=1時，將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI產(chǎn)生中斷請求；否則，將接收到的8位數(shù)據(jù)丟棄。而當SM2=0時，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)生中斷請求。在方式0時，SM2必須為0。

第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日③REN------允許接收控制位。REN位用于對串行數(shù)據(jù)的接收進行控制：REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。該位由軟件置位或復位。④TB8------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，TB8是發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=0表示數(shù)據(jù)，TB8=1表示地址。該位由軟件置位或復位。

TB8還可用于奇偶校驗位。⑤RB8------方式2和方式3中要接收的第9位數(shù)據(jù)。在方式2或方式3時，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日⑥TI------發(fā)送中斷標志。當方式0時，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其他方式下，遇發(fā)送停止位時，該位由硬件置位。因此TI=1，表示幀發(fā)送結束，可軟件查詢TI位標志，也可以請求中斷。TI位必須由軟件清0。⑦RI------接收中斷標志。當方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其他方式下，當接收到停止位時，該位由硬件置位。因此RI=1，表示幀接收結束，可軟件查詢RI位標志，也可以請求中斷。RI位也必須由軟件清0。接收/發(fā)送數(shù)據(jù),無論是否采用中斷方式工作,每接收/發(fā)送一個數(shù)據(jù)都必須用指令對RI/TI

清0，以備下一次收/發(fā)。第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3、電源控制寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名稱SMOD———GF1GF0PDIDLSMOD=1，串行口波特率加倍。PCON寄存器不能進行位尋址。?

SMOD：在串行口工作方式1、2、3中，是波特率加倍位

=1時，波特率加倍

=0時，波特率不加倍。

(在PCON中只有這一個位與串口有關)第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日二、串行工作方式

80C51串行通信共有4種工作方式，由串行控制寄存器SCON中SM0SM1決定。

1、串行工作方式0（同步移位寄存器工作方式）以RXD（P3.0）端作為數(shù)據(jù)移位的輸入/輸出端，以TXD（P3.1）端輸出移位脈沖。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一幀，不設起始位和停止位，無論輸入/輸出，均低位在前高位在后。其幀格式為：???D0D1D2D3D4D5D6D7???

方式0可將串行輸入輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行輸入輸出數(shù)據(jù)。第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日⑴數(shù)據(jù)發(fā)送

在移位時鐘脈沖（TXD）的控制下，數(shù)據(jù)從串行口RXD端逐位移入74HC164SA、SB端。當8位數(shù)據(jù)全部移出后，SCON寄存器的TI位被自動置1。其后74HC164的內(nèi)容即可并行輸出。74HC164CLR為清0端，輸出時CLR必須為1，否則74HC164Q0～Q7輸出為0。

串行口作為并行輸出口使用時，要有“串入并出”的移位寄存器配合。(例如CD4094或74HCl64)第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(2)數(shù)據(jù)接收

串行口作為并行輸入口使用時，要有“并入串出”的移位寄存器配合。(例如CD4014或74HCl65)

74HC165S/L端為移位/置入端，當S/L=0時，從Q0～Q7并行置入數(shù)據(jù)，當S/L=1時，允許從QH端移出數(shù)據(jù)。在80C51串行控制寄存器SCON中的REN=1時，TXD端發(fā)出移位時鐘脈沖，從RXD端串行輸入8位數(shù)據(jù)。當接收到第8位數(shù)據(jù)D7后，置位中斷標志RI，表示一幀數(shù)據(jù)接收完成。第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日⑶波特率:方式0

波特率固定，為單片機晶振頻率的十二分之一。即一個機器周期進行一次移位。⑷應用舉例【例6-1】電路如圖所示，試編制程序按下列順序要求每隔0.5秒循環(huán)操作。④

從右向左依次點亮，每次亮一個；⑤從左向右依次點亮，每次增加一個， 直至全部點亮；⑥返回從②不斷循環(huán)。①8個發(fā)光二極管全部點亮；②從左向右依次暗滅，每次減少一個，直至全滅；③

從左向右依次點亮，每次亮一個；解：編程如下：第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日LIGHT:MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES;禁止串行中斷P121MOVDPTR,#TAB;置發(fā)光二極管亮暗控制字表首址LP1:MOVR7,#0;置順序編號0LP2:MOVA,R7;讀順序編號

MOVCA,@A+DPTR;讀控制字

CLRP1.0;關閉并行輸出,STR=O時，關閉并行輸出；

MOVSBUF,A;啟動串行發(fā)送

JNBTI,$

;等待發(fā)送完畢

CLRTI;清發(fā)送中斷標志

SETBP1.0;開啟并行輸出,STR=1時，開啟并行輸出；

LCALLDLY500ms;調(diào)用延時0.5秒子程序(參閱例4-13)INCR7;指向下一控制字

CJNER7,#30,LP2;判循環(huán)操作完否?未完繼續(xù)

SJMPLP1;順序編號0～29依次操作完畢,從0開始重新循環(huán)TAB:

DB0FFH,7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H;從左向右依次暗滅,

每次減少一個,直至全滅;DB80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;從左向右依次點亮,每次亮一個

DB02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;從右向左依次點亮,每次亮一個

DB0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH;從左向右依次點亮,

每次增加一個,直至全部點亮;第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【例】電路如圖所示，試編制程序輸入K1～K8狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入內(nèi)RAM40H。解：編程如下：

KIN:

MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES ;禁止串行中斷

CLRP1.0;鎖存并行輸入數(shù)據(jù)

SETBP1.0;允許串行移位操作

SETBREN;允許并啟動接收（TXD發(fā)送移位脈沖）

JNBRI,$ ;等待接收完畢

MOV40H,SBUF;存入K1～K8狀態(tài)數(shù)據(jù)

RET;第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日2、串行工作方式1

方式1是一幀10位的異步串行通信方式，包括1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和一個停止位。其幀格式為：起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止⑴數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送時只要將數(shù)據(jù)寫入SBUF，在串行口由硬件自動加入起始位和停止位，構成一個完整的幀格式。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。⑵數(shù)據(jù)接收接收時，在REN=1前提下，當采樣到RXD從1向0跳變狀態(tài)時，就認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取走接收到的一個字符。第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

在實際應用時，通常是先確定波特率，后根據(jù)波特率求T1定時初值，因此上式又可寫為：⑶波特率

方式1波特率可變，由定時/計數(shù)器T1的計數(shù)溢出率來決定。波特率=2SMOD×（T1溢出率）/32

其中SMOD為PCON寄存器中最高位的值，SMOD=1表示波特率倍增。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日當定時／計數(shù)器T1用作波特率發(fā)生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2(注意：不要把定時／計數(shù)器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了)。其計數(shù)結構為8位，假定計數(shù)初值為COUNT，單片機的機器周期為T，則定時時間為（256-COUNT）*T。從而在1s內(nèi)發(fā)生溢出的次數(shù)（即溢出率）為：

波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率?溢出率：T1溢出的頻繁程度即：T1溢出一次所需時間的倒數(shù)。?初值X=2n

-2SMODfosc32波特率

12?波特率=2SMODfosc3212(2n

-X)其中：X是定時器初值第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日⑷應用舉例【例6-3】設甲乙機以串行方式1進行數(shù)據(jù)傳送，fosc=11.0592MHz，波特率為1200b/s。甲機發(fā)送的16個數(shù)據(jù)存在內(nèi)RAM40H～4FH單元中，乙機接收后存在內(nèi)RAM50H為首地址的區(qū)域中。

T1初值=256-×=232=E8H3212×1200解： 串行方式1波特率取決于T1溢出率(設SMOD=0), 計算T1定時初值： 1105920020第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日甲機發(fā)送子程序：

MOVTMOD,#20H ;置T1定時器工作方式2 MOVTL1,#0E8H ;置T1計數(shù)初值

MOVTH1,#0E8H ;置T1計數(shù)重裝值

CLRET1 ;禁止T1中斷

SETBTR1 ;T1啟動

MOVSCON,#40H ;置串行方式1,禁止接收

MOVPCON,#00H ;置SMOD=0(SMOD不能位操作)

CLRES ;禁止串行中斷

MOVR0,#40H ;置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MOVR2,#16 ;置發(fā)送數(shù)據(jù)長度

MOV A,@R0 ;讀一個數(shù)據(jù)

MOV SBUF,A ;發(fā)送

JNB TI,$ ;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

CLR TI ;清發(fā)送中斷標志

INC R0 ;指向下一字節(jié)單元

DJNZ R2,TRSA ;判16個數(shù)據(jù)發(fā)完否?未完繼續(xù)

RET ;TXDA:

TRSA:第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

MOVTMOD,#20H ;置T1定時器工作方式2 MOVTL1,#0E8H ;置T1計數(shù)初值

MOVTH1,#0E8H ;置T1計數(shù)重裝值

CLRET1 ;禁止T1中斷

SETBTR1 ;T1啟動

MOVSCON,#40H ;置串行方式1,禁止接收

MOVPCON,#00H ;置SMOD=0(SMOD不能位操作) CLRES ;禁止串行中斷

MOVR0,#50H ;置接收數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MOVR2,#16 ;置接收數(shù)據(jù)長度

SETBREN

;啟動接收

JNB RI,$ ;等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢

CLR RI ;清接收中斷標志

MOV A,SBUF ;讀接收數(shù)據(jù)

MOV @R0,A ;存接收數(shù)據(jù)

INC R0 ;指向下一數(shù)據(jù)存儲單元

DJNZ R2,RDSB ;判16個數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù)

RET;乙機接收子程序：RXDB:RDSB:第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

方式2是一幀11位的串行通信方式，即1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個可編程位TB8/RB8和1個停止位，其幀格式為：3、

串行工作方式2起始D0D1D2D3D4D5D6D7TB8/RB8停止當SMOD=0時，波特率=20

╳fosc/64=fosc/64當SMOD=1時，波特率=21

╳fosc/64=fosc/32

可編程位TB8/RB8既可作奇偶校驗位用，也可作控制位（多機通信）用，其功能由用戶確定。

數(shù)據(jù)發(fā)送和接收與方式1基本相同，區(qū)別在于方式2把發(fā)送/接收到的第9位內(nèi)容送入TB8/RB8。

波特率：方式2波特率固定，即fosc/32和fosc/64。如用公式表示則為：波特率=2SMOD╳fosc/64第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【例6-4】設計一個串行方式2發(fā)送子程序（SMOD=1），將片內(nèi)RAM50H～5FH中的數(shù)據(jù)串行發(fā)送，第9數(shù)據(jù)位作為奇偶校驗位。接到接收方核對正確的回復信號（用FFH表示）后，再發(fā)送下一字節(jié)數(shù)據(jù)，否則再重發(fā)一遍。解：程序如下：第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日MOVA,@R0;讀數(shù)據(jù)MOVC,PSW.0;奇偶標志送TB8MOVTB8,C;MOVSBUF,A;啟動發(fā)送JNBTI,$;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢CLRTI;清發(fā)送中斷標志SETBREN;允許接收CLRRI;清接收中斷標志JNBRI,$;等待接收回復信號MOVA,SBUF;讀回復信號CPLA;回復信號取反JNZTRLP;非全0(回復信號≠FFH,錯誤),轉(zhuǎn)重發(fā)INCR0;全0(回復信號=FFH,正確), 指向下一數(shù)據(jù)存儲單元CJNER0,#60H,TRLP;判16個數(shù)據(jù)發(fā)送完否?未完繼續(xù)RET;TRLP:MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收MOVPCON,#80H;置SMOD=1MOVR0,#50H ;置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址TRS2:第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【例6-5】編制一個串行方式2接收子程序，接收上例發(fā)送的16個數(shù)據(jù)，存首址為40H的內(nèi)RAM中，并核對奇偶校驗位，接收核對正確，發(fā)出回復信號FFH；發(fā)現(xiàn)錯誤，發(fā)出回復信號00H，并等待重新接收。第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日RXD2:MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收

MOVPCON,#80H;置SMOD=1MOVR0,#40H;置接收數(shù)據(jù)區(qū)首址

SETBREN;啟動接收RWAP:JNBRI,$;等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢

CLRRI ;清接收中斷標志

MOVA,SBUF;讀接收數(shù)據(jù),并在PSW中產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的奇偶值

JBPSW.0,ONE;P=1,轉(zhuǎn)另判

JBRB8,ERR;P=0,RB8=1,接收有錯;

;P=0,RB8=0,接收正確,繼續(xù)接收RLOP:MOV@R0,A;存接收數(shù)據(jù)

INCR0;指向下一數(shù)據(jù)存儲單元RIT:MOVA,#0FFH;置回復信號正確FDBK:MOVSBUF,A;發(fā)送回復信號

CJNER0,#50H,RWAP;判16個數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù)

CLRREN;16個數(shù)據(jù)正確接收完畢,禁止接收

RET