單片機 第07章 串行口

2第7章

MCS-51的串行口沈陽航空航天大學2課程主要內容（1）串行通訊的基本概念及MCS-51串行口的SFR（2）串行口的工作方式（3）串行口波特率的制定（4）串行口的編程方法（5）雙機通訊的實現(xiàn)提高：MCS51的多機通訊MCS51與PC機的通訊37.1

串行通訊的基本概念通訊的基本方式：串行通訊與并行通訊串行同步通訊、串行異步通訊單工、半雙工和全雙工串行通訊4并行通訊、串行通訊并行通訊：數(shù)據(jù)各位同時傳送串行通訊：數(shù)據(jù)一位一位順序傳送5串行異步通訊6串行同步通訊一種串行同步通訊的方法：需要有數(shù)據(jù)端、同步時鐘端脈沖端數(shù)據(jù)端

7.2

MCS-51串行口的基本結構發(fā)送器：將CPU送來的并行數(shù)據(jù)，通過發(fā)送移位寄存器變?yōu)榇袛?shù)據(jù)逐位發(fā)送，并自動添加起始位、停止位和奇偶校驗位。接收器：將接收到的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)接收移位寄存器變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，去掉起始位、停止位后，將正確數(shù)據(jù)送到接收數(shù)據(jù)緩沖器，供CPU讀取。

7串行接口邏輯部件

框圖8串行口的基本結構控制器：接收CPU送來的編程命令，按選定方式實現(xiàn)對串行接口的控制。主要控制參數(shù)有：傳送波特率的選擇、數(shù)據(jù)格式的選擇

等。另外還與CPU交換狀態(tài)信號和中斷信號。9串行口的基本結構SCON為串行口控制/狀態(tài)寄存器，通過編程寫入SCON的控制位可選擇串行口的工作方式，讀出SCON的狀態(tài)位可查詢串行口的工作狀態(tài)。定時/計數(shù)器T1被用做串行口的波特率發(fā)生器，由可控分頻電路決定數(shù)據(jù)傳送的波特率。串行口信息的發(fā)送/接收是通過寫/讀數(shù)據(jù)緩沖器SBUF來實現(xiàn)的。10

7.3

串行口的SFR串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(99H)

串行口有兩個8位數(shù)據(jù)緩沖器，一個是發(fā)送數(shù)據(jù)

緩沖器SBUF，一個是接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF。它們共

用一個地址99H，發(fā)送SBUF只能寫入，而接收SBUF

只能讀出。通過指令區(qū)分：MOV

SBUF,AMOV

A,SBUF控制寄存器SCON

(98H)

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI節(jié)電控制寄存器PCON(87H)

SMOD

(D7)復位后狀態(tài)均為00H117.3.1

串行口控制寄存器SCON

SM0、SM1：串行口4種工作方式選擇位

SM2：方式2和方式3中的多機通信控制位。在方式2和

方式3中，如SM2=1，則當接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)

為0時，不激活接收中斷標志RI(RI=1)。在方式1中，

如SM2=1，則只有當接收到有效停止位時才激活RI，

若沒有接收到有效停止位，則RI清0。在方式0中，

SM2必須為0。

REN：允許串行接收位。REN=1允許接收；

REN=0禁止接收，由軟件置位或清零。

TB8：是工作在方式2和3時，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)?？?/p>

由軟件置1或清0。在許多的通訊協(xié)議中該位是奇偶校驗位。在多機通訊中用來表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，TB8=1為地址幀，TB8＝0為數(shù)據(jù)幀。12串行口控制寄存器SCONRB8：當工作在方式2和3時，為接收到的第9位數(shù)據(jù)。TI：發(fā)送中斷標志位，在方式0串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結束

時由硬件置1，或在其它方式串行發(fā)送停止位后置1，

并申請中斷。CPU響應中斷后，可發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，

TI必須由軟件清0。RI：為接收結束中斷標志。在方式0中，當接收到一幀數(shù)

據(jù)的第8位結束時，RI=1。在其他方式中，接收到停止

位后，RI=1，表示可讀取接收SBUF中的內容。RI必

須用軟件清0。每次發(fā)送和接收前，要注意先將TI和RI標志位清0

。

串行口作為一個中斷源，中斷入口地址只有一個(0023H)，當用中斷方式同時進行發(fā)送和接收時，可通過查詢TI和RI狀態(tài)，確定是發(fā)送還是接收結束引起的中斷。137.3.2

節(jié)電控制寄存器PCONPCON主要用于節(jié)電運行方式控制，

PCON.7用做串行口波特率加倍控制位。當設定SMOD=1時，波特率加倍，當SMOD=0時，波特率不加倍。147.4

串行口的工作方式SM0、SM1工作方式選擇位UART串行異步15

RXD數(shù)據(jù)輸出7.4.1

工作方式

0

：(SM0=0

SM1=0)

串行口方式0為8位數(shù)據(jù)同步移位寄存器方式。RXD引腳

為同步數(shù)據(jù)的輸入/輸出端，TXD引腳為同步移位脈沖輸出端。一個數(shù)據(jù)幀為8位，每一個移位脈沖對應數(shù)據(jù)幀的一個數(shù)據(jù)位。方式0的波特率固定為fosc/12。

TXD

REN=0

寫

SBUFD0D1D2D3D4D5D6D7串行口方式

0

工作時序圖

TI

(a)

發(fā)送時序圖

TXD

REN=1

RI=0

RXD輸入數(shù)據(jù)

RI

(b)

接收時序圖16方式0的說明:發(fā)送：寫入SCON使REN=0，TI=0；然后執(zhí)行寫入SBUF的指令，8位數(shù)據(jù)裝入發(fā)送SBUF，硬件啟動串行口發(fā)送器進行一次發(fā)送。通過發(fā)送移位寄存器將8位數(shù)據(jù)逐位送到RXD引腳，每個機器周期內發(fā)送一位數(shù)據(jù)。對應發(fā)送數(shù)據(jù)的每一位，由TXD引腳同步輸出一個移位脈沖。發(fā)送完一幀，自動置位TI標志，并申請串行口中斷。若CPU響應中斷，則將從0023H單元開始執(zhí)行串行口的中斷服務程序。接受：寫入SCON使REN

=

1、RI

=

0，將啟動串行口接收器開始接收。由TXD輸出移位脈沖，每對應一個移位脈沖，采樣一次RXD引腳信號。每個機器周期采樣一次RXD引腳，采到的數(shù)據(jù)位送入接收移位寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一幀，自動置位RI標志，申請串行口中斷，并將接收下來的8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF。若CPU響應中斷，則從0023H單元開始執(zhí)行串行口的中斷服務程序。串行口方式0常用于擴展單片機的并行I/O口，也可外接串行同步I/O設備。用方式0輸入/輸出數(shù)據(jù)皆通過RXD端，因此方式0為半雙工方式，只能分時進行發(fā)送和接收。7.4.2

方式1（SM0=0SM1=1）功能說明：串行口方式1為8位數(shù)據(jù)全雙工異步

通信方式。TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)端，RXD為接收數(shù)

據(jù)端。一個數(shù)據(jù)幀為10位，包含8位數(shù)據(jù)位，1

個起始位“0”和1個停止位“1”。串行口用方式1

工作時，使用定時器T1作為波特率發(fā)生器，波

特率的設定以T1的溢出率為基準，波特率計算

式為：(2/32)×T1溢出率。

17SMOD

方式1的時序圖

寫入SBUF

TXD數(shù)據(jù)輸出D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位

RXD輸入數(shù)據(jù)D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位

采樣RI

(b)

接收時序圖

串行口方式1工作時序圖

18

TI

(a)

發(fā)送時序圖

檢測REN=1,負跳變方式1功能說明執(zhí)行寫入SBUF指令，將8位數(shù)據(jù)裝入發(fā)送SBUF，并啟動發(fā)送器進行一次發(fā)送：先將起始位“0”送到TXD引腳，再從低到高逐位發(fā)送8位數(shù)據(jù)，最后發(fā)送停止位“1”。每位發(fā)送占用的時間由設定的波特率決定。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)，置位TI標志，申請串行口中斷。當REN=1時，允許接收器準備接收。開始，以16倍于波特率的速率檢測RXD引腳的負跳變，當檢測到負跳變后，啟動一次接收，接收完一幀信息，判斷是否滿足條件：RI

=

0，而且停止位為1(或SM2=0)。若同時滿足這兩個條件，則置位RI標志，申請串行口中斷，并將接收的8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，停止位裝入RB8；否則接收無效，丟失所接收的一幀信息，且不影響RI標志。一位時間以后，接收器重新開始檢測RXD端的負跳變，以準備接收下一幀數(shù)據(jù)。

19207.4.3

方式2、方式3串行口方式2和方式3皆為9位數(shù)據(jù)全雙工異步通信方式，比串行口方式1增加了第9位數(shù)據(jù)位。TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)端，RXD為接收數(shù)據(jù)端。一幀信息有11位，包括9位數(shù)據(jù)位，1個起始位“0”和1個停止位“1”。發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位在TB8中，接收數(shù)據(jù)的第9位存入RB8中。第9位數(shù)據(jù)位也稱為可編程位，常用做奇偶校檢位或多機通信中的地址/數(shù)據(jù)識別位。串行口的方式2與方式3的唯一差別是波特率設定方法不同，方式2的波特率以系統(tǒng)時鐘為基準，計算式為：(2/64)×fosc。方式3的波特率與方式1的相同，計算式為：(2

/32)×T1溢出率。SMODSMOD

方式2、3的時序

寫入SBUF

TXD數(shù)據(jù)輸出

RXD輸入數(shù)據(jù)RI

(b)

接收時序圖

串行口方式

2、方式

3

工作時序圖

21D0D1D2D3D4D5D6TB8停止位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位起始位D7

TI

(a)

發(fā)送時序圖REN=1,

檢測

負跳變22方式2、3的功能說明發(fā)送時，應先將發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位送入TB8，再寫入8位數(shù)據(jù)到發(fā)送SBUF，使發(fā)送器啟動一次發(fā)送，將一幀數(shù)據(jù)逐位送到TXD引腳：發(fā)送起始位“0”之后，再發(fā)送SBUF中的8位數(shù)據(jù)，接著發(fā)送TB8中的第9位，最后發(fā)送停止位“1”。一幀發(fā)送結束，置位TI標志，申請串行口中斷。方式2和方式3的接收過程和方式1的接收過程基本相同，但RB8中裝入的是接收數(shù)據(jù)的第9位，而不是停止位。接收有效必須同時滿足的兩個條件改為：RI=0，且接收的第9位數(shù)據(jù)位為1(或SM2=0)。當正確接收到一幀

數(shù)據(jù)后，前面8位數(shù)據(jù)進入接收SBUF，第9位數(shù)據(jù)進入RB8。237.5

波特率的制定波特率的定義：串行口每秒鐘發(fā)送或者接收的位數(shù).串行口方式0的波特率是固定的，為系統(tǒng)時鐘的12分頻(fosc/12)，即每個機器周期傳送一位數(shù)據(jù)位。串行口用方式2工作時，波特率為(2/64)×fosc

。SMOD為PCON中的D7位，即波特率加倍選擇位。方式2可有兩種波特率供選擇，當SMOD=0時，波特率為fosc/64；當SMOD=1時，波特率則為fosc/32

。串行口方式1和方式3用定時器T1作為波特率發(fā)生器，其波特率有多種選擇，與T1的溢出率有關。波特率=

(2／32)×T1溢出率SMODSMOD串行口方式1和方式3的波特率=

×24定時器T1產(chǎn)生波特率的計算T1溢出率：T1溢出時間的倒數(shù)。T1用于波特率發(fā)生器時一般工作于非門控定時器方式2，即常數(shù)自動重裝入方式。TH1

=

TL1為T1的時間常數(shù)

f

osc12

×

(2

-

TH1)=T1溢出率2

32

fosc12×(256-TH1)8SMOD25定時器T1產(chǎn)生波特率的計算串行口用方式1和方式3工作時，當需要很低的波特率時，也可選擇T1工作于方式1，但需利用T1溢出中斷來實現(xiàn)軟件重裝初值，T1用方式1工作時溢出率為：N為T1溢出后用軟件重裝初值所需的機器周期數(shù)。fosc12[2-(TH1TL1)

+

N]16

26T1產(chǎn)生的常用波特率27波特率計算的幾點注意事項：1）波特率的相對誤差不大于2.5%2）注意SMOD位對波特率的影響例如：通訊波特率設為2400，晶振頻率為6MHz，計算T1的計時常數(shù)。當SMOD=0時，計時常數(shù)約為249，相對誤差7%。當SMOD=1時，計時常數(shù)約為243，相對誤差0.16%。287.6

串行口的編程舉例設定波特率設定串行口的工作方式設計中斷服務程序或查詢程序注意對TI、RI的處理（硬件置位、軟件清零）29例1：

方式2發(fā)送50H~5FH中內容ORGAJMPORGAJMPORG0000H；復位入口MAINT0023H；串行口中斷入口TRANI0100H；主程序入口MAINT：MOVSCON，#80H；串行口初始化，用；方式2發(fā)送，TI=0；波特率=

fosc／32MOVSETBPCON，#80HEASETBES；允許串行口中斷MOVMOVR0，#50HR7，#10H；設數(shù)據(jù)指針；數(shù)據(jù)長度30LOOP：

MOVA，@R0；取一個字符；加奇偶校驗MOVMOVC，PTB8，CMOVSBUF，A；發(fā)送一個字符HERE：SJMPTRANI：CLRHERETI；CPU執(zhí)行其他任務，同時等待發(fā)送結束；中斷服務程序，發(fā)送結束標志清0DJNZR7，NEXT；發(fā)送完全部字符?

CLR

SJMPNEXT：

INCESTENDR0；已發(fā)送完，關閉串行口中斷；未發(fā)送完，修改指針MOVA，@R0；取下一個字符；加奇偶校驗MOVMOVC，PTB8，CMOVSBUF，A；再次發(fā)送一個字符TEND：RETI；中斷返回主程序317.7

MCS-51雙機串行通訊的實現(xiàn)如何進行物理連線？波特率的選擇？工作方式的選擇？如何編程實現(xiàn)？32雙機串行通訊的實現(xiàn)-17.7.1

正確進行物理接線33雙機串行通訊的實現(xiàn)-2設定一致的波特率設定一致的串行口工作方式分別設計中斷服務程序或查詢程序注意對TI、RI的處理（硬件置位、軟件清零）347.7.2

方式3發(fā)送50H~5FH的內容

待發(fā)送的16個字節(jié)存放在片內RAM中

地址為50H~5FH

串行口波特率為2400

波特率發(fā)生器T1工作于方式2，且SMOD=0

晶振為11.0592MHz

計算得到TL1的初值為F4H

串行口工作于方式3第9位發(fā)送奇偶校驗位35例2：

方式3發(fā)送50H~5FH中內容-1

ORG

0000H

AJMP

MAIN

ORG

0023H

AJMP

L1

ORG

0100HMAIN：MOVSCON，#0C0H；復位入口；串行口中斷入口；主程序入口；串行口初始化，用方式2發(fā)送，TI=0MOV

PCON，#00H；SMOD=0MOV；T1方式2定時；寫入T1時間常數(shù)

TMOD，#20HMOV

TL1，#0F4HMOV

TH1，#0F4H

；啟動T1SETB

TR1SETB

EASETB

ESMOV

R0，#50HMOV

R7，#10H；允許串行口中斷；設數(shù)據(jù)指針；數(shù)據(jù)長度LOOP：

MOVA，@R0；取一個字符MOV

C，PMOV

TB8，CMOV

SBUF，A；加奇偶校驗；發(fā)送一個字符HERE：SJMPHERE；CPU原地循環(huán)，等待發(fā)送結束36

例2：

方式3發(fā)送50H~5FH中內容-2L1：TIR7，NEXTESTENDR0A，@R0C，PTB8，CSBUF，A

CLR

DJNZ

CLR

SJMPNEXT：

INC

MOV

MOV

MOV

MOVTEND：

RETI

；中斷服務程序，發(fā)送結束標志位清0

；發(fā)送完全部字符?

；已發(fā)送完，關閉串行口中斷

；未發(fā)送完，修改指針

；取下一個字符

；加奇偶校驗

；再次發(fā)送一個字符

；中斷返回主程序377.7.3

方式3接收接收到的16個字節(jié)存放在片內RAM中地址為50H~5FH串行口波特率為2400波特率發(fā)生器T1工作于方式2，

且SMOD=0晶振為11.0592MHz計算得到TL1的初值為0F4H串行口工作于方式3奇偶校驗方式判斷接收數(shù)據(jù)是否出錯設校驗出錯標志位為F0MAIN:

MOV

MOVSCON，#0D0H

；串行口方式3允許接收，RI=0PCON，#00H

；SMOD=0MOV

TMOD，#20HMOV

TL1，#0F4HMOV

TH1，#0F4HSETB

TR1

；T1方式2定時

；寫入T1時間常數(shù)；啟動T1

LCALL

AAAASJMP

$

38方式3接收-查詢39方式3接收-查詢AAAA:

MOV

MOVR7，#10HWAIT：

JBC

SJMPR0，#50H

；設數(shù)據(jù)指針；數(shù)據(jù)長度RI，NEXT

；查詢RI標志，等待串行口接收結束WAITNEXT：

MOV

JNB

JNB

SJMPCOMP：JBRIGHT：MOVA，SBUFP，COMPRB8，ERRRIGHTRB8，ERR@R0，A

；讀取一個接收字符

；進行奇偶校驗

；P≠RB8，數(shù)據(jù)出錯

；P=RB8，數(shù)據(jù)正確；保存一個字符到片內RAMINC

R0DJNZ

；修改指針R7，WAIT

；全部字符接收完?F0F0

CLR

RETERR：

SETB

RET

；F0

=0，接收數(shù)據(jù)全部正確；返回主程序

；F0

=1，接收數(shù)據(jù)出錯；返回主程序40雙機通訊小結物理接線:

TXD-RXD、RXD-TXD、共地必須一致的波特率必須一致的工作方式各自的發(fā)送和接收程序可以不同417.4

提高：多機通訊主機與各從機實現(xiàn)全雙工通信，而各從機之間只能通過主機交換信息。下圖是由MCS-51構成的的集散式分布系統(tǒng)427.4.1

多機通訊的基本原理多機通信控制位SM2的使用：當串行口以方式2(或方式3)接收時，若SM2=1，則只有接收到第9位數(shù)據(jù)為1，才將接收的數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，并置位RI標志；否則，不會置位RI，也不產(chǎn)生中斷請求，一幀信息被丟棄。若SM2=0，則接收到的第9位不論為0還是為1，都會將數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置位RI標志。根據(jù)這一功能，可實現(xiàn)多機系統(tǒng)中的主從一對一通信。43現(xiàn)將多機通信步驟概述如下：1)

令所有從機SM2=1，處于只接收地址幀狀態(tài)（第9位為1）。2)

主機令TB8=1，并發(fā)送地址呼叫信息。3)

各從機接收到地址幀后，將接收到的地址與本機地址編號相比較，確認是否為被呼叫目標。4)

被呼叫從機使SM2清0，變?yōu)榻邮諗?shù)據(jù)幀狀態(tài)，而未被呼叫從機仍保持SM2=1。5)

主機使TB8=0，發(fā)送控制或數(shù)據(jù)信息。6)

只有SM2=0的從機能接收到控制或數(shù)據(jù)信息，仍保持SM2=1的從機不予理睬。44TRM02：AGAIN：

MOVMOVSCON,

#98HSBUF,

#02H；串口方式2，TB8=1；呼叫02號從機W1：W2：；等待發(fā)送一幀結束；等待從機應答

JBCSJMP

JBCSJMPTI,

W2W1RI,

ANSW2ANS：MOVA,

SBUF

；取應答地址；是否02號從機應答XRLJZA,

#02HDTRMOVSBUF,

#0FFH；不是02號，發(fā)復位信號W3：

JBCSJMPTI,

AGAIN

；復位后，重新呼叫W3DTR：CLRTB8；聯(lián)絡成功，換數(shù)據(jù)幀MOVMOVR0,

#50H

；開始發(fā)送數(shù)據(jù)串R7,

#10H7.4.2

編程實現(xiàn)

簡單編程：主機向02號從機發(fā)送50H~5FH單元內的數(shù)據(jù)。發(fā)送程序如下：45LOOP：MOVA,

@R0MOVSBUF,

A；發(fā)送數(shù)據(jù)W4：NEXT：JBC

SJMPINCTI,

NEXTW4R0DJNZR7,

LOOP；發(fā)送完全部數(shù)據(jù)？SETBTB8；發(fā)送結束，使從機復位MOVSBUF,

#0FFHTI,

TENDW5W5：TEND：JBC

SJMP

RET46從機程序RECEV：MOVSCON,

#0B0H；串口方式2接收，SM2=1W1：JBC

RI,ACOMP；接收主機呼叫(監(jiān)聽)

SJMPACOMP：MOV

XRLW1A,

SBUF

；取呼叫地址A,

#02H

；判斷是否呼叫本機JNZCLRW1SM2；不是返回監(jiān)聽狀態(tài)；是呼叫本機，SM2=0MOVSBUF,

#02H；向主機應答W2：JBCSJMPTI，DREW2DRE：W3：MOVMOVJBCR0,

#50HR7,

#10HRI,

NEXT；準備開始接收主機數(shù)據(jù)；等待接收

SJMPNEXT：

JNBW3RB8,

RECB；是否為復位信號？LJMPRECEV；復位，恢復監(jiān)聽狀態(tài)RECB：

MOV

MOV

INC

DJNZA,

SBUF

；讀取接收數(shù)據(jù)@R0,

AR0R7,

W3LJMPRECEV7.5

使用MCS51串行口串行通訊的局限性MCS-51串行口的輸入、輸出均為TTL電平,抗干擾性差，傳輸距離短。為提高串行通訊的可靠性，增大串行通訊的距離，采用標準串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等標準。

477.5.1RS-232C接口RS232接口定義數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間的串行接口標準。RS-232是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1962年制定的標準.，臺式機一般都具有標準的RS232接口。RS232采用負邏輯，-12V表示邏輯“1”

+12V表示邏輯“0”

4849下圖是兩臺計算機利用MODEM、電話線進行遠距離串行通訊的示意圖，DTE為計算機，DCE的典型代表是MODEM。50RS-232C的“D”型9針插頭的引腳定義517.5.2