ACHL計(jì)算機(jī)的串行通信

第6章串行通信

本章要點(diǎn)

*異步通信和同步通信

心串行通信波特率

*串行通信的制式

*串行通信的校驗(yàn)

立串行口特殊功能寄存器

立串行工作方式

計(jì)算機(jī)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(shí)發(fā)送或同時(shí)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(diǎn):傳送速度快

缺點(diǎn):不便長(zhǎng)距離傳送

串行通信優(yōu)點(diǎn):便于長(zhǎng)距離傳送

缺點(diǎn)：傳送速度較慢

串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)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(hào)電平..?…等）不同,

形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)。

常見的有:

生通用異步收發(fā)器（UART）—本課程介紹的串口

寸通用串行總線（USB）

aPC總線

bCAN總線

bSPI總線

bRS-485,RS-232C,RS422A標(biāo)準(zhǔn)......等等

起

停

校

驗(yàn)

始

止

傳遞方向數(shù)據(jù)位

DO?D7位

位

位

L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(yàn)位和停止位。

異步通信對(duì)硬件要求較低,實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單、靈活,適用于數(shù)據(jù)的隨機(jī)發(fā)送/接

收,但因每個(gè)字節(jié)都要建立一次同步,即每個(gè)字符都要額外附加兩位,所以工作速度較

低,在單片機(jī)中主要采用異步通信方式。

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(gè)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(shí)鐘開始發(fā)送蜀妾收數(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(shí)間相

等；空閑位需發(fā)送同步字符。

同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)1

傳遞方向

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)

波特率的倒數(shù)即為每位傳輸所需的時(shí)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。

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

1、單工制式(Simplex)

單工制式是指甲乙雙方通信時(shí)只能單向傳送數(shù)據(jù),發(fā)送方和接收方固定。

2、半雙工制式(HalfDuplex)

半雙工制式

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(shí)接收和發(fā)送,發(fā)送時(shí)不能接收,接收時(shí)不能發(fā)送。

3、全雙工制式(FullDuplex)

全雙工制式

全雙工制式是指通信雙方均設(shè)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(shí)現(xiàn)甲乙雙方同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),發(fā)送時(shí)能接收,接收

時(shí)也能發(fā)送。

單日上旺!虱^S曰4■匕4、辛士、QUL4、*UQ〃/*；7AHe〃r7/4*c7TH*kQ，++=+gj-

1循環(huán)冗余碼校驗(yàn)的基本原理是將一個(gè)數(shù)據(jù)塊看成一個(gè)位數(shù)很長(zhǎng)的二進(jìn)制數(shù),然后用一個(gè)特定的

.數(shù)去除它,將余數(shù)作校驗(yàn)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(yàn)碼后,進(jìn)行同

1樣的運(yùn)算來校驗(yàn)傳送是否出錯(cuò)。目前CRC已廣泛用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信中，并在國(guó)際上形成

M規(guī)范,已有不少現(xiàn)成的CRC軟件算法。

L奇偶校驗(yàn)

2、累加和校驗(yàn)

3、循環(huán)冗余碼校驗(yàn)

(CyclicRedundancyCheck,簡(jiǎn)稱CRC)

§6-280c51串行口

80c51系列單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口,這個(gè)口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信,也可以

實(shí)現(xiàn)串行異步通信,還可以作為同步移位寄存器使用。

51單片機(jī)的串行接口

弓腳

SBUF（發(fā)）

（門）移位寄存器

TxD

C

P

U

內(nèi)

部

▲

弓腳

SBUF（收）

移位寄存器

RxD

去申請(qǐng)中斷

-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(gè),既表示發(fā)送寄存器,又表示接收寄存器,具有同一個(gè)單元地址99H,

用同一寄存器名SBUF。

在物理上有兩個(gè),一個(gè)是發(fā)送緩沖寄存器,另一個(gè)是接收緩沖寄存器。

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

接收時(shí),CPU將自動(dòng)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)。

指令MOVSBUF,A啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)發(fā)送，可向SBUF

再發(fā)送下一個(gè)數(shù)

指令MOVA,SBUF完成一次數(shù)據(jù)接收,SBUF可再

接收下一個(gè)數(shù)

2、串行控制寄存器SCON

SCOND7D6D5D4D3D2D1DO

位名稱SMOSM1SM2RENTB8RB8TIRI

位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

接收

工作方式多機(jī)通信發(fā)送接收發(fā)送接收

允

功能許

控制第9位第9位中斷中斷

⑦SMOSM1——串行口工作方式選擇位。

②SM2——多機(jī)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)。

⑥77——發(fā)送中斷標(biāo)志。

⑦RI——接收中斷標(biāo)志。

①SM0SM1——串行口工作方式選擇位。其狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的工作方式如表6-2所示。

SMOSM1工作月式功能說明

000同步移位寄存器輸入/輸出，波特率固定為fosc/12

0118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）

②多機(jī)通信控制位。在㈤2和時(shí)3中,若SM2=1,且RB8（接收到的第9位數(shù)據(jù)）=1時(shí),

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(qǐng)求;否則,將接收到的8位數(shù)據(jù)丟棄。而當(dāng)

SM2=0時(shí),則不論第9位數(shù)據(jù)為。還是為：L,都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中,并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

在方式0時(shí),SM2必須為0。

③REN―――允許接收控制位。REN位用于對(duì)串行數(shù)據(jù)的接收進(jìn)行控制:REN=O,禁止接收;

REN=1,允許接收。該位由軟件置位或復(fù)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(shí),TB8是發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在

多機(jī)通信中,以TB8位的狀態(tài)表示主機(jī)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(fù)位。

TB8還可用于奇偶校驗(yàn)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(shí),RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。

⑥發(fā)送中斷標(biāo)志。當(dāng)方式。時(shí),發(fā)送完第8位婁好居后,該位由硬件置位。在其他方式下,

遇發(fā)送停止位時(shí),該位由硬件置位。因此TI=1,表示幀發(fā)送結(jié)束,可軟件查詢TI位標(biāo)志,也可

以請(qǐng)求中斷。TI位必須由軟件清0。

⑦接收中斷標(biāo)志。當(dāng)方式0時(shí),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(dāng)接收到停止位時(shí),該位由硬件置位。因此RI=1,表示幀接收結(jié)束,可軟件查詢RI位標(biāo)志,也

可以請(qǐng)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(gè)數(shù)據(jù)都必須用指令對(duì)RI/TI清0，

以備下一次收/發(fā)。

3、電源控制寄存器PCON

PCOND7D6D5D4D3D2D1DO

位名稱SMOD———GF1GF0PDIDL

SMOD=1,串行口波特率加倍。PCON寄存器不能進(jìn)行位尋址。

寸SMOD:在串行口工作方式1、2、3中，是波特率加倍位

=1時(shí),波特率加倍

=0時(shí),波特率不加倍。

（在PCON中只有這一個(gè)位與串口有關(guān)）

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SMOSM1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(shè)起始位和停止位,無論輸入/輸出,均低位在前高位在

其幀格式為:

DOD1D2D3D4D5D6D7

方式?？蓪⒋休斎胼敵鰯?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行輸入輸出數(shù)據(jù)。

串行口作為并行輸出口使用時(shí),要有"串入并出"的移位寄存器配合。(例如CD4094或

74HCI64)

并行輸出

串行口擴(kuò)展為并行口輸出口

在移位時(shí)鐘脈沖(TXD)的控制下,數(shù)據(jù)從串行口RXD端逐位移入74HC1645ASB

端。當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移出后,SCON寄存器的TI位被自動(dòng)置L其后74HC164的內(nèi)容即可并

行輸出。74HC164CLR為清0端,輸出時(shí)CLR必須為1,否則74HC164QO~Q7輸出為0。

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

74HC165）

并行輸入

串行口擴(kuò)展為并行口輸入口

74HC165S/L端為移位/置入端吊S/L=O時(shí),從QO~Q7并行置入數(shù)據(jù),當(dāng)S/L=l時(shí),

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(shí),TXD端發(fā)出移位

時(shí)鐘脈沖,從RXD端串行輸入8位數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到第8位翔居D7后,置位中斷標(biāo)志RI,表示

⑶波特率:方式0波特率固定,為單片機(jī)晶振頻率的十二分之一。即一個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行一次移

位。

⑷應(yīng)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。

①8個(gè)發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮;

②從左向右依次暗滅,每次減少一個(gè),直至全滅;

③從左向右依次點(diǎn)靈,

每次亮一個(gè);

④從右向左依次點(diǎn)亮,每次亮

一個(gè);

⑤從左向右依次點(diǎn)亮,每次增

加一個(gè),直至全部點(diǎn)亮;

⑥返回從②不斷循環(huán)。

解：編程如下:

LIGHT:MOVSCON,#OOH;串行口方式0

CLRES;禁止串行中斷P121

MOVDPTR,#TAB;置發(fā)光二極管亮暗控制字表首址

LP1:MOVR7,#0；置順序編號(hào)0

LP2:MOVAfR7；讀順序編號(hào)

MOVC4@A+DPTR；讀控制字

CLRP1.0；關(guān)閉并行輸出,STR=O時(shí),關(guān)閉并行輸出；

MOVSBUFfA；啟動(dòng)串行發(fā)送

JNBTIf$；等待發(fā)送完畢

CLRTI；清發(fā)送中斷標(biāo)志

SETBP1.0；開啟并行輸出,STR=1時(shí)，開啟并行輸出;

LCALLDLY500ms;調(diào)用延時(shí)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(hào)0?29依次操作完畢，從0開始重新循環(huán)

TAB:DB0FFH,7FH,3FH,lFHQFH,07H,03H,0：LH,00H;從左向右依次暗滅,

每次減少一個(gè)，直至全滅;

DB801~1,40u201~1,10H08匕0削02匕01匕從左向右依次點(diǎn)亮每次亮一^

DB02H,04HQ8H,10H,20H,40H,80H;從右向左依次點(diǎn)亮每次亮f

DBOCOHfOEOH,OFOH,0F8H,OFCH,OFEH;從左向右依次點(diǎn)亮,

每次增加一個(gè)，直至全部點(diǎn)亮;

【例】電路如圖所示,試編制程序

輸入KI~K8狀態(tài)數(shù)據(jù),并存入

內(nèi)RAM40H。

解：編程如下:

KIN:MOVSCON,#OOH;串行卬過0

CLRES漂止串行中斷

CLRP1.0；鎖存并行輸入數(shù)據(jù)

SETSP1.0;允許串行移位操作

SETBREN；允許并啟動(dòng)接收（TXD發(fā)送移位脈沖）

JNBRI,$；等待接收完畢

MOV40H5BUF;存入KI~K8狀態(tài)數(shù)據(jù)

RET

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(gè)起始位,8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位。

其幀格式為:

起始DODID2D3D4D5D6D7停止

（1）數(shù)據(jù)發(fā)送

發(fā)送時(shí)只要將數(shù)據(jù)寫入SBUF,在串行口由硬件自動(dòng)加入起始位和停止位,構(gòu)成一個(gè)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:L。

⑵數(shù)據(jù)接收

接收時(shí),在REN=1前提下,當(dāng)采樣到RXD從1向0跳變狀態(tài)時(shí),就認(rèn)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T字符。

2SM0D

波特率二fosc______

（3如皮特率3212（256—T1初值）

方式1波特率可變,由定時(shí)/計(jì)數(shù)器"的計(jì)數(shù)溢出率來決定。

波特率=2SM0DX（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。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí),通常是先確定波特率,后根據(jù)波特率求T1定時(shí)初值,因此上式又可

寫為:

2SM83sc

初值=

T1256-每12x波特率

當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1用作波特率發(fā)生器時(shí),通常選用定時(shí)初值自動(dòng)重裝的工作方式2（注意:不

要把定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了）。其計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)為8位,假定計(jì)數(shù)初

值為COUNT,單片機(jī)的機(jī)器周期為T,則定時(shí)時(shí)間為（256-COUNT）*T0從而在1s內(nèi)發(fā)生

溢出的次數(shù)（即溢出率）為：

1

(256-COUNT)*T

波特率二.MOD/32)T1的溢出率

波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率

寸溢出率:T1溢出的頻繁程度

即:T1溢出一次所需時(shí)間的倒數(shù)。

2sM°Dfosc

k波特率二3212(2n-X)

其中：X是定時(shí)器初值

2SMODfosc

n

方初值X=2沙波特率_IZ

⑷應(yīng)用舉例

【例6-3】設(shè)甲乙機(jī)以串行方式1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,fosc=U.0592MHz,波特率為1200b/s0甲機(jī)

發(fā)送的16個(gè)數(shù)據(jù)存在內(nèi)RAM40H~4FH單元中，乙機(jī)接收后存在內(nèi)RAM50H為首地址的區(qū)域中。

解：串行方式1波特率取決于T1溢出率（設(shè)SMOD=0）,計(jì)算T1定時(shí)初值:

2011059200

T1初值=256-X二鏟E8也皿物

甲機(jī)發(fā)送子程序:

TXDA:MOVTMODf#20H;置T1定時(shí)器工作方式2

MOVTLL#OE8H;置丁1計(jì)數(shù)初值

MOVTH1,#OE8H;置11計(jì)數(shù)重裝值

CLRET1；禁止T1中斷

SETBTRI；T1啟動(dòng)

MOVSCON,#40H;置串行方式L禁止接收

MOVPCON,#00H置SMOD=0（SMOD不能彳源作）CLR

ES；禁止串行中斷

MOVRO,#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(zhǎng)度MOV

A,@RO；讀一個(gè)數(shù)據(jù)

MOVSBUFfA；發(fā)送

JNBTI,$；等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

TRSA:CLRTI；清發(fā)送中斷標(biāo)志

INCR0才旨向下一字”單兀

DJNZR2JRSA；判16個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)完否?未完繼續(xù)

RET/

乙機(jī)接收子程序:

MOVTMOD,#20H；置11定時(shí)器工作方式2

RXDB-

MOVTL1,#OE8H置T1計(jì)數(shù)初值

MOVTH1,#OE8H；置丁1計(jì)數(shù)重裝值

CLRET1；禁止T1中斷

SETBTRI；T1啟動(dòng)

MOVSCON,#40H；置串行方式L禁止接收

MOVPCON,#OOH^SMOD=0（SMOD不能位操作）

CLRES；禁止串行中斷

MOVRO,#50H;置接收數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MOVR2,#16;置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

SETBREN；啟動(dòng)接收

JNBRL$；等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢

CLRRI；清接收中斷標(biāo)志

MOVAfSBUF;讀接收數(shù)據(jù)

MOV@RO,A；存接收數(shù)據(jù)

RDSB:INCRO^數(shù)據(jù)存

DJNZRZRDSB;判16個(gè)數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù)

RET/

3、串行工作方式2

方式2是一幀11位的串行通信方式,即1個(gè)起始位,8個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)可編程位

TB8/RB8和1個(gè)停止位,其幀格式為:

|起始|DO|D1|D2|D3|D4|D5|D6|D7|TB8/RB8|停止

可編程位TB8/RB8既可作奇偶校驗(yàn)位用,也可作控制位（多機(jī)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=2^?？?/p>

xfosc/64

當(dāng)SMOD=0時(shí),波特率=20xfosc/64=fosc/64

當(dāng)SMOD=1時(shí),波特率=21xfosc/64=fosc/32

【例6-4】設(shè)計(jì)一個(gè)串行方式2發(fā)送子程序（SM°D=1）,將片內(nèi)RAM^OH~5FH西嬰

據(jù)串行發(fā)送，第9數(shù)據(jù)位作為奇偶校驗(yàn)位。接到接收方核夕寸正確的茴曼信號(hào)（用FFH表"）

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:

c開攻臺(tái)）

串trn初始化

量故塘區(qū)苜地址

重?cái)程灵L(zhǎng)度

；IV-

C三而）

TRS2:MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收

MOVPCON,#80H;^SMOD=1

MOVRO,#50H；置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址

TRLP:MOVA,@RO；讀數(shù)據(jù)

MOVC,PSW.O；奇偶標(biāo)志送TB8

MOVTB8fC/

MOVSBUF,A;啟動(dòng)發(fā)送

JNBn$;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

CLRTI;清發(fā)送中斷標(biāo)志

SETBREN;允許接收

CLRRI;清接收中斷標(biāo)志

JNBRL$;等待接收回復(fù)信號(hào)

MOVA,SBUF;讀回復(fù)信號(hào)

CPLA;回復(fù)信號(hào)取反

JNZTRLP徘全0（回復(fù)信號(hào)/FFH,錯(cuò)誤），轉(zhuǎn)重發(fā)

INCRO；全0（回復(fù)信號(hào)二FFH,正確）,

指向下一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

CJNER0,#60H,TRLP;判16個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完否?未完繼續(xù)

RET:

【例吁】^啰一個(gè)串行方式2接收子程序,接收上例發(fā)送的16個(gè)數(shù)據(jù),存首址為40H的

蹩始當(dāng)次核T基緡螫鬟蛆乙接收核對(duì)正確,發(fā)出回復(fù)信號(hào)FFH;熱凝誤,發(fā)出

回復(fù)1己虧UUH/升等彳寸重所接收。

解：程序如下:

RXD2:MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收

MOVPCONf#80H；mSMOD=l

MOVRO,#40H；置接收數(shù)據(jù)區(qū)首址

SETBREN；啟動(dòng)接收

RWAP:JNBRI,$；等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢

CLRRI；清接收中斷標(biāo)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

JBPSWQONE;P=L轉(zhuǎn)另判

JBRB8,ERR;P=0,RB8二L接收有錯(cuò);

;P=0,RB8:0,接收正確，繼續(xù)接收

RLOP:MOV@RO,A有接收數(shù)據(jù)

INCRO