《單片機原理與應(yīng)用技術(shù)》課件第8章

8.1串行通信基本知識8.2MCS-51串口控制器8.3串行口的工作方式8.4波特率的制定方法8.5串行通信的接口電路8.6串口的編程與應(yīng)用8.7多機通信8.8單片機與PC的串口通信第8章串行通信接口8.1.1概述

計算機與外界的信息交換稱為通信。基本通信方式有兩種：

并行通信(parallelcommunication)：所傳送數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。

串行通信(serialcommunication)：所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。

圖8.1為這兩種通信方式的示意圖。8.1串行通信基本知識圖8.1兩種通信方式的示意圖

(a)并行通信；(b)串行通信在并行通信中，一個并行數(shù)據(jù)占多少二進制位，就需要多少根數(shù)據(jù)傳輸線。這種方式的特點是通信速度快，但傳輸線多，價格較貴，適合近距離傳輸；而串行通信僅需2根傳輸線即可，故在長距離傳輸數(shù)據(jù)時，成本較低。但由于它每次只能傳輸一位，因此傳輸速度較慢。

下面介紹串行通信中的一些基本概念。1.串行通信的制式

在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個站之間進行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工(simplex)、半雙工(halfduplex)和全雙工(fullduplex)三種制式。圖8.2為三種制式的示意圖。圖8.2單工、半雙工和全雙工三種制式示意圖(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工在單工制式下，通信線的一端為發(fā)送器，一端為接收器，數(shù)據(jù)只能按照一個固定的方向傳送，如圖8.2(a)所示。

在半雙工制式下，系統(tǒng)的每個通信設(shè)備都由一個發(fā)送器和一個接收器組成，如圖8.2(b)所示。在這種制式下，數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也可以從B站傳送到A站，但是不能同時在兩個方向上傳送，即只能一端發(fā)送，一端接收。其收/發(fā)開關(guān)一般是由軟件控制的電子開關(guān)。全雙工通信系統(tǒng)的每端都有發(fā)送器和接收器，可以同時發(fā)送和接收，即數(shù)據(jù)可以在兩個方向上同時傳送，如圖8.2(c)所示。

在實際應(yīng)用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，但一般情況下，只工作于半雙工制式下，因為這種用法簡單、實用。圖8.2單工、半雙工和全雙工三種制式示意圖(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工2.波特率(baudrate)

波特率為每秒傳送二進制數(shù)的位數(shù)，單位為b/s，即位/秒。波特率用于表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，波特率越高，?shù)據(jù)傳輸速度越快。

3.異步串行通信

在異步串行通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的，每幀數(shù)據(jù)包括一位起始位、一個字節(jié)數(shù)據(jù)、一位校驗位和一位停止位。每幀數(shù)據(jù)之間可以插入若干個高電平的空閑位。

異步串行通信要求發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)雙方約定相同的數(shù)據(jù)格式和波特率，用啟、停位來協(xié)同發(fā)送與接收過程。接收和發(fā)送端采用獨立的移位脈沖控制數(shù)據(jù)的串行移出與移入，發(fā)送移位脈沖與接收移位脈沖是異步，因此稱為異步串行通信。

異步串行通信中，每幀數(shù)據(jù)只有一個字節(jié)數(shù)據(jù)，也不需要同步脈沖，因此應(yīng)用較為靈活。但由于每幀數(shù)據(jù)需要插入啟停位，故傳輸速度較慢。

4.同步串行通信

同步串行通信是一種連續(xù)的數(shù)據(jù)傳送方式。每次傳送一幀數(shù)據(jù)，每幀數(shù)據(jù)由同步字符和若干個數(shù)據(jù)及校驗字符組成。

同步串行通信中，發(fā)送和接收雙方由同一個同步脈沖控制，數(shù)據(jù)位的串行移出與移入是同步，因此稱為同步串行通信。同步串行通信速度快，適應(yīng)于大量數(shù)據(jù)傳輸場合，但需要同步脈沖信號，控制較復(fù)雜。

MCS-51有一個可編程的全雙工串行通信接口，可作為通用異步接收/發(fā)送器(UART-UniversalAsychronousReceiver/Transmitter)，也可作為同步移位寄存器。其幀格式可為8位、10位、11位，并可設(shè)置多種不同的波特率。它通過引腳RXD和TXD與外界進行通信。

8.2MCS-51串口控制器

MCS-51內(nèi)部有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF。SBUF屬于特殊功能寄存器。一個用于存放接收到的數(shù)據(jù)，另一個用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。兩個緩沖器共用一個地址99H，通過對SBUF的讀、寫指令來區(qū)別是對接收緩沖器還是對發(fā)送緩沖器進行操作。CPU在寫SBUF時，就是修改發(fā)送緩沖器；讀SBUF，就是讀接收緩沖器的內(nèi)容。接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，是通過串行口對外的兩條獨立收發(fā)信號線RXD(P3.0)、TXD(P3.1)來實現(xiàn)的，因此可以同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。串行口的結(jié)構(gòu)如圖8.3所示。圖8.3串行口結(jié)構(gòu)示意圖8.2.1串口控制寄存器(SCON)

SCON的字節(jié)地址是98H，其格式及各位的含義如下：

SM0、SM1——串行口4種工作方式的選擇位。串行口的4種工作方式如表8.1所示。表8.1串行口的4種工作方式

SM2——多機通信控制位，用于方式2或方式3中。

當串行口以方式2或方式3接收時：

如果SM2=1，只有當接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)為“1”時，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并將RI置“1”，產(chǎn)生中斷請求；當接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)為“0”時，則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。

如果SM2=0，則不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，都將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中，并將RI置“1”，產(chǎn)生中斷請求。

在方式1時，如果SM2=1，則只有收到停止位時才會激活RI。

在方式0時，SM2必須為0。

REN——允許串行接收位，由軟件置“1”或清“0”。

REN=1時，允許串行口接收數(shù)據(jù)；

REN=0時，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。

TB8——發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。

在方式2和方式3下，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，其值由用戶通過軟件設(shè)置，可作為奇偶校驗位使用，RT?=?1作為地址幀標志，RT=0作為數(shù)據(jù)幀的標志。

RB8—接收到的第9位數(shù)據(jù)。

在方式2和方式3下，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，它代表接收到的數(shù)據(jù)的特征：可能是奇偶校驗位，也可能是地址/數(shù)據(jù)幀的標志位。在方式1下，如果SM2?=?0，則RB8是接收到的停止位。在方式0下，不使用RB8。

TI—發(fā)送中斷標志位。發(fā)送中TI必須保持零電平。

在方式0下，串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時由硬件置“1”。在其他工作方式下，串行口發(fā)送停止位開始時置“1”。TI?=?1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后,在中斷服務(wù)程序中向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)，TI必須由軟件再清0。RI—接收中斷標志位。接收中RI必須保持零電平。

在方式0下，接收完第8位數(shù)據(jù)時，RI由硬件置1。在其他工作方式下，串行接收到停止位時，該位置“1”。RI?=?1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并可申請中斷，要求CPU從接收SBUF取走數(shù)據(jù)。該位的狀態(tài)也可供軟件查詢。如果再接收，則RI必須由軟件清“0”。8.2.2特殊功能寄存器(PCON)

PCON的字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。其格式如下：

SMOD：波特率選擇位。當SMOD=1時，比SMOD=0時的波特率加倍，因此也稱SMOD位為波特率倍增位。8.3.1方式0

方式0為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常用于外接移位寄存器，以擴展并行I/O口。

8位數(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。波特率固定為fosc/12。8.3串行口的工作方式1.方式0發(fā)送當CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口即把SBUF中的8位數(shù)據(jù)以fosc/12的固定波特率從RXD引腳串行輸出，低位在先，TXD引腳輸出同步移位脈沖，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，將中斷標志位TI置“1”。時序如圖8.4所示。圖8.4方式0發(fā)送時序

2.方式0接收

方式0接收時，REN為串行口接收允許接收控制位，REN?=?0，禁止接收。

在方式0下，SCON中的TB8、RB8位未用，發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)后由硬件將TI或RI中斷標志位置“1”，CPU響應(yīng)中斷。TI或RI標志位須由用戶軟件清“0”，可采用如下指令：

CLRTI ；TI位清“0”

CLRRI ；RI位清“0”

在方式0下，SM2位(多機通信控制位)必須為0。8.3.2方式1

方式1用于數(shù)據(jù)的串行發(fā)送和接收。TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

方式1收、發(fā)一幀的數(shù)據(jù)為10位，1位起始位(0)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位(1)，先發(fā)送或接收最低位。

波特率由下式確定：

1.方式1發(fā)送

方式1輸出時，數(shù)據(jù)位由TXD端輸出。當CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫發(fā)送緩沖器SBUF的指令時，就啟動發(fā)送。圖8.5(a)TX時鐘的頻率就是發(fā)送的波特率。發(fā)送開始時，內(nèi)部發(fā)送控制信號變?yōu)橛行В瑢⑵鹗嘉幌騎XD輸出。此后，每經(jīng)過一個TX時鐘周期，便產(chǎn)生一個移位脈沖，并由TXD輸出一個數(shù)據(jù)位。8位數(shù)據(jù)位全部發(fā)送完畢后，中斷標志位TI置“1”。TI必須由用戶清0，以便下一次發(fā)送。圖8.5方式1發(fā)、收時序(a)發(fā)送時序；(b)接收時序(a)(b)2．方式1接收

方式1接收接收數(shù)據(jù)的時序如圖8.5(b)所示。當CPU采樣到RXD端從1到0的跳變時(3次采樣中至少2次有效)，開始接收數(shù)據(jù)。一幀數(shù)據(jù)接收完畢以后，必須同時滿足以下兩個條件，這次接收才真正有效，然后RI自動置1。

(1)?RI=0。

(2)?SM2=0或收到的停止位=1。

若這兩個條件不滿足，則收到的數(shù)據(jù)不能裝入SBUF，該幀數(shù)據(jù)將丟失。中斷標志RI必須由用戶清0，以便下一次接收。通常情況下，串口以方式1工作時，SM2=0。8.3.3方式2

方式2為9位異步通信方式。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位(先低位)，1位可程控的第9位數(shù)據(jù)和1位停止位。

方式2的波特率由下式確定：

1.方式2發(fā)送

發(fā)送前，先根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8(例如，雙機通信時的奇偶校驗位或多機通信時的地址/數(shù)據(jù)的標志位)。方式2發(fā)送數(shù)據(jù)波形如圖8.6所示。圖8.6方式2發(fā)送時序

2.方式2接收

SM0、SM1=10，且REN=1。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當位檢測邏輯采樣到RXD引腳從1到0的負跳變，并判斷起始位有效后，便開始接收一幀信息。在接收完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足以下兩個條件，才能將接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF。

(1)?RI=0，意味著接收緩沖器為空。

(2)?SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB8=1。圖8.7方式2接收時序8.3.4方式3

當SM0、SM1=11時，串行口工作在方式3。方式3為波特率可變的9位異步通信方式，除波特率外，方式3和方式2相同。方式3發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時序波形見方式2的圖(圖8.6和圖8.7)。

方式3的波特率由下式確定：方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率可由定時器T1的溢出率來確定。

(1)方式0時，波特率固定為時鐘頻率fosc的1/12，且不受SMOD位的值的影響。若fosc=12MHz，則波特率為fosc/12，即1Mb/s。

(2)方式2時，波特率與SMOD位的值有關(guān)。

若fosc=12MHz，則當SMOD=0時，波特率B=187.5kb/s；當SMOD=1時，波特率=375kb/s。8.4波特率的制定方法

(3)串行口工作在方式1或方式3時，常用定時器T1作為波特率發(fā)生器，其波特率為：其中，T1的溢出率?=?定時器T1的溢出次數(shù)/秒。實際設(shè)定波特率時，T1常設(shè)置為方式2定時方式(自動裝初值)，這種方式不僅操作方便，也可避免因軟件重裝初值而帶來的定時誤差。

當T1工作于方式2定時方式時，計數(shù)脈沖來源于晶振的1/12，即每秒fosc/12次，若計數(shù)初值為x，則每計數(shù)28-x次將產(chǎn)生一次溢出，所以

將此式代入方式1、方式3波特率的計算公式，可得到計算初值的公式為其中：x為計數(shù)初值；B為此條件下產(chǎn)生的波特率。表8.2定時器T1產(chǎn)生的常用波特率

例：若51單片機的時鐘振蕩頻率為11.0592MHz，選用T1為方式2定時作為波特率發(fā)生器，波特率為2400b/s，求初值。

用上述公式計算T1的初值為

上述結(jié)果可直接從表8.2中查到，為F4H，與計算結(jié)果一致。晶振選為11.0592MHz，可使計算過程無余數(shù)產(chǎn)生，初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。8.5.1RS-232C接口

RS-232C是使用最早，應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標準。它是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示recommendedstandard，232是該標準的標識號，C表示一次修定。1987年修訂為EIA-232D，1991年修訂為EIA-232E，1997年修訂為EIA-232F。由于修訂的內(nèi)容不多，因此人們習(xí)慣于早期的名字“RS-232C”。8.5串行通信的接口電路

RS-232C主要用來定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE)之間的電氣性能。由于MCS-51系列單片機本身有一個全雙工的串行接口，因此該系列單片機用RS-232C串行接口總線非常方便。

下面介紹RS-232C的一些主要特性。

1.機械特性

RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，但一般應(yīng)用中并不一定用到RS-232C標準的全部信號線，而常常使用9針連接器，連接器的引腳定義如圖8.8和表8.3所示。圖中所示為陽頭定義，通常的PC機主板上都采用這種器件，對應(yīng)的陰頭用于連接線。它們的序號順序是相反的，使用時要小心。圖8.89針RS-232C連接器(a)陽頭；(b)陰頭表8.39針RS-232C接口器引腳定義

2.電氣特性

RS-232C規(guī)定了自己的電氣標準，由于它是在TTL電路之前研制的，因此它的電平不同于TTL，而是采用負邏輯電平，即邏輯“0”：+?3～?+?15V；邏輯“1”：-3～-15?V。因此，RS-232C不能和TTL電平直接相連，使用時必須進行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意！

RS-232C串行接口總線適用于設(shè)備之間通信距離不大于15m，傳輸速率小于20kb/s的情況。

3.?RS-232C電平與TTL電平轉(zhuǎn)換器

MCS-51系列單片機串行口與PC機的RS-232C接口不能直接對接，必須進行電平轉(zhuǎn)換。常用的電平轉(zhuǎn)換芯片有MAX232、MAX202等。它們可以滿足RS-232C的電氣規(guī)范，且僅用+5?V電源，其內(nèi)置電子泵電壓轉(zhuǎn)換器將?+5?V電源轉(zhuǎn)換成?-10?V～+10?V。這類芯片與TTL/CMOS電平兼容，片內(nèi)有兩個發(fā)送器和兩個接收器，使用比較方便。圖8.9為MAX202、MAX232的引腳及典型工作電路圖，使用MAX202芯片，電容C1～C4選用0.1μF；使用MAX232芯片，電容C1～C4選用1μF。若電容小，則電壓升不起來，通信時干擾大，容易錯碼；若電容大，則降低了通信速率。C5是旁路電容，常用0.1μF。圖8.9MAX202/MAX232引腳及典型工作電路圖8.5.2RS-485接口

由于串行通信簡單易用，因此在工業(yè)領(lǐng)域也大量使用串行通信作為數(shù)據(jù)交換的手段。可是工業(yè)環(huán)境通常會有噪聲干擾傳輸線路，在用RS-232C串行通信進行傳輸時經(jīng)常會受到

外界的電氣干擾而使信號發(fā)生錯誤。為了解決以上問題，RS-485串行通信方式就應(yīng)運而生了。

RS-232C利用傳輸信號線與公共地之間的電壓差，而RS-485則利用信號導(dǎo)線之間的信號電壓差。它通過傳輸線驅(qū)動器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信號傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)換成邏輯電平，完成終端的信息接收，如圖8.10所示。圖8.10RS-485接口示意圖RS-485比RS-232C傳輸距離長、速度快，傳輸速率最大可達10Mb/s，最大距離可達1200m。

RS-485是一點對多點的通信接口，一般采用雙絞線的結(jié)構(gòu)。普通的PC一般不帶RS-485接口，因此要使用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。在計算機和單片機組成的RS-485通信系統(tǒng)(如圖8.11所示)中，下位機由單片機系統(tǒng)組成，主要完成工業(yè)現(xiàn)場信號的采集和控制。上位機為工業(yè)PC，負責(zé)監(jiān)視下位機的運行狀態(tài)，并對其狀態(tài)信息進行集中處理，以圖文方式顯示下位機的工作狀態(tài)和工業(yè)現(xiàn)場被控設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)中的各節(jié)點(包括上位機)的識別是通過設(shè)置不同的站地址來實現(xiàn)的。圖8.11RS-485總線組成的測控系統(tǒng)圖8.12MAX1487引腳表8.4MAX1487引腳說明8.6.1用串行口擴展并行I/O口

在方式0下，串行口是作為同步移位寄存器使用的。它可以與“并入串出”功能(如74LS165等)，或“串入并出”功能(如74LS164等)的移位寄存器配合使用。

圖8.13是74LS165和74LS164的引腳圖。8.6串口的編程與應(yīng)用圖8.1374LS165、74LS164引腳圖

1.用并行輸入8位移位寄存器74LS165擴展輸入口圖8.14是利用并行輸入8位移位寄存器74LS165擴展輸入口的電路圖。從理論上講，利用這種方法可以擴展更多的輸入口，但擴展得越多，口的操作速度就越低。74LS165的串行輸出數(shù)據(jù)QH接收RXD作為單片機串行口的數(shù)據(jù)，而74LS165的移位時鐘則由單片機TXD端提供。P1.2作為74LS165的接收和移位控制端SH/。當SH/?

=?0時，允許74LS165置入并行數(shù)據(jù)；當SH/?

=?1時，允許74LS165串行移位輸出數(shù)據(jù)。圖8.14利用串行口擴展輸入口

在圖8.14中，74LS165從一個8位的撥碼盤DSW(即圖8.14所示的8個開關(guān))獲取每一個開關(guān)的閉合信息。由于74LS165的D0～D7都接了10kΩ的上拉電阻，所以當DSW中對應(yīng)的開關(guān)未閉合時為高電平“1”，閉合接地時為低電平“0”。這些信息通過SO、CLK串行傳送給89C51，并通過P1口上的LED發(fā)光二極管顯示。當然，也可以用這些信息通過接口電路去控制其他的設(shè)備。程序選用方式0，將SCON的REN置位后，就開始一個數(shù)據(jù)的接收過程。程序從8位擴展口讀入數(shù)據(jù)。

程序代碼如下：

ORG 0000H MOV SCON,#10H ；串口方式0，啟動接收

START： CLR P3.2 ；允許并行置入數(shù)據(jù)

SETB P3.2 ；允許串行移位

JNB RI,$ ；等待接收一幀數(shù)據(jù)結(jié)束

CLR RI ；接收結(jié)束，清RI中斷標志

MOV A,SBUF ；讀取串行緩沖器中的數(shù)據(jù)

MOV P1,A ；放入片內(nèi)RAM中

ACALLDELAYAJMPSTARTDELAY： MOVR7,#10 DJNZR7,$ RET ；延時

END

2.用8位并行輸出串行移位寄存器74LS164擴展輸出口圖8.15是MCS51串口配合8位并行輸出串行移位寄存器74LS164擴展輸出口的LED顯示原理圖。圖8.1574LS164顯示8位LED數(shù)碼管電路原理圖

圖中串行口的數(shù)據(jù)通過RXD加到74LS164的輸入端，單片機的TXD引腳作為移位時鐘加到74LS164的CLK端。圖中的8位共陽極七段LED顯示器，由于74LS164在低電平輸出時，允許通過的電流可達20mA，因此不需要再加LED驅(qū)動電路。程序?qū)?8H～7FH中的數(shù)據(jù)(0～9)送到8位LED中顯示。

子程序如下：

MOVSCON,#00H；此句放在主程序中，方式0，RI=0，REN=0

DIR： MOVR7,#08H ；8位LED MOVR0,#7FH ；顯示緩沖區(qū)首址

DL0： MOVA,@R0；取出要顯示的數(shù)

MOVDPTR,#TAB；查表

MOVCA,@A+DPTR MOVSBUF,A ；送出顯示

DL1： JNBTI,DL1 ；輸出完否？

CLRTI ；完，清中斷標志

DECR0 ；再取下一個數(shù)

DJNZR7,DL0 RET ；返回

TAB： DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,98H ；0～9的段碼

8.6.2單片機與單片機通信

為保證兩臺單片機通信的準確，雙方要遵循一個簡單協(xié)議。以下是一個簡單的通信協(xié)議，協(xié)議的程序框圖如圖8.16所示。圖8.16兩臺單片機通信協(xié)議的程序框圖

通信開始，主機首先向從機發(fā)送AAH，從機收到后發(fā)給主機應(yīng)答B(yǎng)BH，表示同意接收。主機收到從機應(yīng)答B(yǎng)BH后，發(fā)送數(shù)據(jù)塊，并發(fā)送校驗和。注意：AAH、BBH不是唯一的發(fā)送、應(yīng)答標志，還可以采用其他標志。從機接收到主機發(fā)送的數(shù)據(jù)后保存，收齊一個數(shù)據(jù)塊后，再接收主機發(fā)來的校驗和，并與從機本身求得的校驗和比較：如相等，則說明接收正確，向主機發(fā)應(yīng)答00H；若不等，則說明接收不正確，向主機發(fā)應(yīng)答非零數(shù)據(jù)，請求主機重發(fā)。

如后面的圖8.17所示，U1為主機，U2為從機，兩機通過串口連接(注意RXD和TXD相反互接)，主機按以上通信協(xié)議發(fā)送6個數(shù)據(jù)給從機，從機也按這個協(xié)議接收這6個數(shù)據(jù)，接收與發(fā)送成功后，把發(fā)送、接收的結(jié)果顯示在LCM1602上。程序清單如下。

主機程序清單(詳細解釋參考注釋)：

EXTRNCODE(LCD_INITIAL) ；引用LCD1602模塊中公用子程序的聲明

EXTRNCODE(LCD_PRINT_CHAR)EXTRNCODE(LCD_PRINT_S) ORG0000H AJMPMAIN ORG0030HMAIN： ；主程序

MOV20H,#0AH ；要發(fā)送的6個數(shù)據(jù)存入20H～25H MOV21H,#1BH MOV22H,#2CH

MOV23H,#3DH MOV24H,#4EH

MOV25H,#5FH ACALLLCD_INITIAL ；初始化LCM1602 ACALLINIT_ES ；設(shè)置串口

MOVA,#81H ；在LCD第1行，第1列

MOVDPTR,#TAB1 ACALLLCD_PRINT_S ；顯示TAB1的字符串

ACALLSEND ；發(fā)送數(shù)據(jù)

ACALLLCD_DISPLAY ；將發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示在LCD AJMP$INIT_ES： ；串口初始化子程序

MOVTMOD,#20H ；T1工作于方式2 MOVPCON,#00H MOVTL1,#0E8H ；波特率為1200 MOVTH1,#0E8H MOVSCON,#50H ；串口工作于方式1，允許接收

SETBTR1 ；啟動T1 RET

；------------------------------------------------------------------------------；子程序名：SEND

；功能：主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存放地址：內(nèi)部RAM20H～5H

；發(fā)送協(xié)議：； ①主機發(fā)送AAH

； ②從機如收到了AAH，發(fā)BBH應(yīng)答； ③主機收到BBH后發(fā)送6個數(shù)據(jù)； ④主機收到如不是BBH后，返回①； ⑤發(fā)送6個數(shù)據(jù)的累加和(結(jié)果只采用一個字節(jié))

； ⑥接收從機的答復(fù)，如是00H，發(fā)送結(jié)束； ⑦如非零，重發(fā)6個數(shù)據(jù)與累加和；---------------------------------------------------------------------SEND：MOVA,#0AAH ；發(fā)送AAH ACALLTO_SBUF ACALLFROM_SBUF ；接收從機的應(yīng)答

CJNEA,#0BBH,SEND ；如不是BBH，重新發(fā)送

SEND0：MOVR0,#20H ；從20H～25H中依次發(fā)送數(shù)據(jù)

MOVR7,#6 MOVB,#00HSEND1：MOVA,@R0

ACALLTO_SBUF ADDA,B ；求累加和

MOVB,A INCR0 DJNZR7,SEND1 MOVA,B ；將累加和發(fā)送給從機

ACALLTO_SBUF ACALLFROM_SBUF ；接收從機的回答

JNZSEND0 ；非零重發(fā)6個數(shù)據(jù)

RET

TO_SBUF：MOVSBUF,A ；發(fā)送一個字節(jié)子程序

JNBTI,$ CLRTI RETFROM_SBUF： ；接收一個字節(jié)子程序

JNBRI,$ CLRRI MOVA,SBUF

RET

；-----------------------------------------------------------------------------------------

；子程序名：LCD_DISPLAY

；功能：將數(shù)據(jù)塊20H～25H的內(nèi)容送LCD顯示；原理：把要顯示的一個字節(jié)分解成高4位和低4位(用除16實現(xiàn))

； 查表，將它們分別轉(zhuǎn)換成ASCII碼，依次放入30H起始的單元； 調(diào)LCD_PRINT_CHAR進行顯示；--------------------------------------------------------------------------

LCD_DISPLAY：

MOVR0,#20H MOVR1,#30H MOVR5,#6 ；循環(huán)6次值

LOOP： MOVA,@R0 ；取出數(shù)據(jù)

MOVB,#16 ；分解成高、低4位

DIVAB MOVDPTR,#TAB ；查表，形成ASCII碼

MOVCA,@A+DPTR MOV@R1,A ；放入30H開始的單元

INCR1 MOVA,B MOVCA,@A+DPTR

MOV@R1,A

INCR1 INCR0 DJNZR5,LOOP MOV3CH,#00H ；顯示字符串最后一個為00H標志

MOVR1,#30H MOVR5,#12 ；在LCD第2行第3列開始顯示

MOVA,#0C2H ACALLLCD_PRINT_CHAR RETTAB：DB30H,31H,32H,33H,34H,35H,36H,37H,38H,39H

；0～9的ASCII碼

DB41H,42H,43H,44H,45H,46H； ；A～F的ASCII碼

TAB1：DB"THESENDDATA",00H ；LCD第1行要顯示的字符串

END

從機程序清單如下(詳細解釋參考注釋)：

EXTRNCODE(LCD_INITIAL)；引用LCD1602模塊中公用子程序的聲明

EXTRNCODE(LCD_PRINT_CHAR)EXTRNCODE(LCD_PRINT_S) ORG0000H AJMPMAIN ORG0030HMAIN： ACALLLCD_INITIAL

ACALLINIT_ES MOVDPTR,#TAB1

MOVA,#80H

ACALLLCD_PRINT_S ACALLRECEIVE ACALLLCD_DISPLAY MOVR7,#0 DJNZR7,$ AJMP$

；-----------------------------------------------------------------------------------------

；子程序名：RECEIVE

；功能：從機從主機接收數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)存放地址：內(nèi)部RAM20H～25H

；接收協(xié)議：；①接收主機發(fā)送的AAH，收到了AAH，發(fā)BBH應(yīng)答，否則重收；②從機接收主機發(fā)送的6個數(shù)據(jù)與累加和；③與從機本身求得的校驗和比較：如相等，向主機應(yīng)答00H；；若不等，向主機應(yīng)答非零數(shù)據(jù)，請求主機重發(fā)；------------------------------------------------------------------------------------RECEIVE：ACALLFROM_SBUF ；接收主機AAH CJNEA,#0AAH,RECEIVE ；若不是AAH重收

MOVA,#0BBH ；若是，向主機發(fā)送BBH ACALLTO_SBUFRECEIVE0： ；接收6個數(shù)據(jù)

MOVR7,#6

MOVR0,#20H MOVB,#00H

RECEIVE1：

ACALLFROM_SBUF MOV@R0,A ；求6個數(shù)據(jù)累加和

ADDA,B MOVB,A INCR0 DJNZR7,RECEIVE1 ACALLFROM_SBUF CLRC ；將收到的累加和與計算的累加和比較

SUBBA,B ACALLTO_SBUF；累加和比較的結(jié)果送主機

JNZRECEIVE0；累加和比較結(jié)果非零，重新接收6個數(shù)據(jù)

RET

；以下的子程序、ASCII碼表與主程序清單相同

INIT_ES：

TO_SBUF：

FROM_SBUF：

LCD_DISPLAY：

TAB:TAB1： DB"THERECEIVEDATA",00H ；LCD第1行要顯示的字符串

END圖8.17兩臺單片機通信仿真效果圖8.7多機通信MCS-51串行口的方式2和方式3可以用于多機通信，通常采用主從式多機通信方式來實現(xiàn)。在這種方式中，采用一臺主機和多臺從機。主機發(fā)送的信息可以傳送到各個從機或指定的從機，各從機發(fā)送的信息只能被主機接收，從機與從機之間不能進行通信。圖8.18是這種主從方式多機通信的連接示意圖。圖8.18主從方式多機通信多機通信的實現(xiàn)是依靠主、從機之間正確地設(shè)置與判斷SM2和發(fā)送接收的第9位數(shù)據(jù)來(TB8或RB8)完成的。在方式2和方式3下，SM2只對接收有影響，當SM2?=?1時，只接收第9位等于1的幀(稱地址幀)，而SM2?=?0時，將接收全部數(shù)據(jù)，不受第9位的影響。SM2和TB8(RB8)的作用總結(jié)如下：在單片機串行口以方式2或方式3接收時：

(1)若SM2=1，表示置多機通信功能位。這時有兩種情況：①接收到第9位數(shù)據(jù)RB8=1，此時數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI=1，向CPU發(fā)送中斷請求；②接收到第9位數(shù)據(jù)RB8=0，此時不產(chǎn)生中斷，信息將被丟棄。

(2)若SM2=0，則接收到的第9位信息RB8無論是1還是0，都產(chǎn)生RI=1的中斷標志，接收的數(shù)據(jù)裝入SBUF。根據(jù)這個功能特點，就可以實現(xiàn)多機通信。8.7.1多機通信協(xié)議為保證通信正確，通信工程離不開通信協(xié)議。本例介紹一種簡單常用的通信協(xié)議，其通信過程如下：

(1)將所有從機處于只接收地址幀的狀態(tài)，此時所有從機的控制位SM2被設(shè)置為1。

(2)主機發(fā)送指令數(shù)據(jù)，指令的格式為：地址、功能、數(shù)據(jù)、校驗。主機的SCON設(shè)置為：SM2?=?0、REN?=?1、TB8=?1，其中發(fā)送地址時前8位表示從機地址，第9位TB8?=?1，表示當前幀為地址幀。

(3)從機接收到地址信息后，將本機地址與地址幀中的地址進行比較，如果地址相同，則接收主機發(fā)送的其他指令數(shù)據(jù)，否則丟棄當前幀，依然處于只接收地址幀的狀態(tài)。從機對接收到的主機指令數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)收到的地址、功能和最后的校驗結(jié)果判斷數(shù)據(jù)接收是否正確。若校驗正確，則完成相應(yīng)的功能；若錯誤，則不執(zhí)行相應(yīng)的功能。這一過程中其他從機不受影響，根據(jù)功能，同時向主機發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)。然后，從機又回到準備接收地址幀的狀態(tài)。

(4)主機接收從機“應(yīng)答數(shù)據(jù)”，接收完成后，根據(jù)收到的地址、功能和最后的校驗結(jié)果判斷從機數(shù)據(jù)接收是否正確。若校驗正確，則完成相應(yīng)的功能；若錯誤，可重新與從機進行通信聯(lián)系。當主機需要與其他從機進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以發(fā)送指令數(shù)據(jù)通過地址幀呼叫從機，重復(fù)這一過程。一個常用的單片機點對多點數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表8.5所示。功能字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)可以根據(jù)需要自己定義。例如：在某程序中，可以定義

01H—獲取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，N?=?2，即A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果為2個字節(jié)；

02H—命令從機啟動電機命令，N?=?3，為3號電機啟動；

03H—命令從機停止電機命令，N?=?2，為2號電機停止；等等，設(shè)計者可以根據(jù)測控的需要進行設(shè)計。8.7.2多機通信程序設(shè)計例：如圖8.19所示，一個主機通過RS-485總線(采用MAX487芯片)把2個從機(1#、2#)P1口的控制信息(由DSW撥碼盤控制)傳送給主機，并用條形LED顯示出來。本例的通信協(xié)議如表8.5所示，其功能是這樣定義的：功能01H為獲取從機P1口的狀態(tài)，數(shù)據(jù)字節(jié)N?=?1。校驗采用累加和方式，只校驗和的最低字節(jié)。主機的程序流程圖如圖8.20所示。圖8.19多機485通信電路原理圖

圖8.20主機程序流程圖

主機程序及說明(見注釋語句)如下：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0030HMAIN：MOVSCON,#0D8H；按8.7.1節(jié)設(shè)置SM2?=?0，允許接收，TB8?=?1

MOVPCON,#00H ；波特率不倍增

MOVTMOD,#20H ；T1為定時、方式2，產(chǎn)生波特率用

MOVTL1,#0E8H ；波特率為1200的初值

MOVTH1,#0E8H

SETBTR1 ；啟動T1定時

MAIN1：ACALLMASTER1 ；主機與#1從機通信

ACALLMASTER2 ；主機與#2從機通信

AJMPMAIN1 ；主程序循環(huán)MASTER1：MOV20H,#01H ；按8.7.1節(jié)過程(2)向1#從機發(fā)送指令；01H為 從機地址號

MOV21H,#01H；01H為功能號，獲取的P1口狀態(tài)

MOV22H,#01H；從機需要返回的P1口狀態(tài)字節(jié)數(shù)為1個字節(jié)

MOV23H,#03H；20H～22H的校驗和

ACALLSEND_DATA；將20H～23H發(fā)送給1#從機

ACALLRECEIVE ；接收1#從機的回答

ACALLSUM ；求校驗和

MOVA,20H ；如地址不是1，退出

CJNEA,#01H,MASTER3

MOVA,21H ；如功能不是1，退出

CJNEA,#01H,MASTER3

MOVA,23H ；如校驗和不等，退出

CJNEA,B,MASTER3

MOVP1,22H ；將1#從機P1口的狀態(tài)送主機的P1口顯示

RET

MASTER2： MOV20H,#02H ；按8.7.1節(jié)過程(2)向2#從機發(fā)送指令；注釋與MASTER1同

MOV21H,#01H MOV22H,#01H MOV23H,#04H ACALLSEND_DATA ACALLRECEIVE ACALLSUM MOVA,20H CJNEA,#01H,MASTER3 MOVA,21H CJNEA,#01H,MASTER3 MOVA,23H CJNEA,B,MASTER3 MOVP2,22H ；將2#從機P1口的狀態(tài)送主機的P2口顯示

MASTER3： RET

；----------------------------------------------------------------

；子程序名：RECEIVE

；功能：接收從機應(yīng)答數(shù)據(jù)；參數(shù)：接收從機發(fā)來的4個數(shù)據(jù)，存放在20H～23H

； 20H－從機地址； 21H－功能(返回的P1狀態(tài))

； 22H－從機P1口的狀態(tài)值； 23H－20H～22H的校驗和(只取最低字節(jié))

；--------------------------------------------------------------------------RECEIVE：MOVR7,#4

MOVR0,#20HRECEIVE1：ACALLFROM_SBUF

MOV@R0,A INCR0 DJNZR7,RECEIVE1

RET

；-----------------------------------------------------------------------

；子程序名：SEND_DATA

；功能：發(fā)送數(shù)據(jù)或命令；參數(shù)：發(fā)送4個數(shù)據(jù)，存放在20H～23H

； 20H－從機地址； 21H－功能(返回的P1狀態(tài))

； 22H－從機需要返回的P1狀態(tài)字節(jié)數(shù)； 23H－20H～22H的校驗和(只取最低字節(jié))

；----------------------------------------------------------------SEND_DATA： MOVR0,#20H

MOVR7,#4SEND_DAT1： MOVA,@R0 ACALLTO_SBUF

INCR0 DJNZR7,SEND_DAT1 RET

；----------------------------------------------------------------；子程序名：SUM

；功能：求20H～23H的校驗和；參數(shù)：校驗和(只取最低字節(jié))存放在B

；---------------------------------------------SUM： MOVR7,#3 MOVR0,#20H

MOVB,#0 CLRCSUM1： MOVA,@R0 ADDCA,B MOVB,A

INCR0 DJNZR7,SUM1 RET

；發(fā)送一個字節(jié)子程序

TO_SBUF：SETBP3.5 ；置MAX485為發(fā)送狀態(tài)

MOVSBUF,A

JNBTI,$ CLRTI

RET

；接收一個字節(jié)子程序

FROM_SBUF：CLRP3.5 ；置MAX485為接收狀態(tài)

JNBRI,$

CLRRI

MOVA,SBUF

RET

END圖8.21從機程序流程圖從機采用串口中斷接收方式。程序清單及說明(見注釋語句)如下：

SLAVE_NUMEQU01H ；定義的#1從機地址(2#從機為02H) ORG0000H AJMPMAIN ORG0023H ；串口中斷入口地址

AJMPS_INT ORG0030HMAIN：MOVSCON,#0F0H ；按8.7.1節(jié)過程(1)設(shè)置SM2?=?1， ；串口方式3，允許接收， ；TB8?=?1，SM2?=?1說明從機目前 處于接收地址幀狀態(tài)

MOVPCON,#00H ；波特率不倍增

MOVTMOD,#20H ；T1為定時、方式2，產(chǎn)生波特率用

MOVTL1,#0E8H ；查表8.2，波特率為1200的初值

MOVTH1,#0E8H SETBTR1 ；啟動T1定時

SETBEA ；允許總中斷

SETBES ；允許串口中斷

CLRP3.5 ；MAX487設(shè)置為接收狀態(tài)

AJMP$ ；從機等待串口中斷

；---------------------------------------------

；功能：串口中斷服務(wù)程序；原理：按8.7.1節(jié)過程(1)、(3)、(4)接收發(fā)送數(shù)據(jù)；---------------------------------------------S_INT： ACALLFROM_SBUF ；接收主機發(fā)送的地址

CJNEA,#SLAVE_NUM,S_INT_END ；判斷是否是本從機地址號，如不是退出中斷

MOV20H,#SLAVE_NUM；如是本從機地址號，存入20H

CLRSM2 ；置從機為接收數(shù)據(jù)狀態(tài)

ACALLFROM_SBUF ；接收功能字節(jié)，存21H

MOV21H,AACALLFROM_SBUF ；接收需要返回的P1狀態(tài)字節(jié)數(shù)，存22HMOV22H,AACALLFROM_SBUF ；接收校驗和，存23HMOV23H,AACALLSUM ；求20H～22H的校驗和，結(jié)果存BMOVA,21H ；比較收到的功能字節(jié)是否為01H，否則 退出CJNEA,#01H,S_INT_ENDMOVA,22H ；比較返回的P1狀態(tài)字節(jié)數(shù)是否為01H， 否則退出CJNEA,#01H,S_INT_ENDMOVA,23HCJNEA,B,S_INT_END ；比較收到的校驗和是否與計算的相等， 否則退出MOVP1,#0FFH ；如滿足以上條件，將從機P1口的狀態(tài)送22HMOV22H,P1 ；MOVP1，#0FFH為根據(jù)讀取準雙向口的 要求，先送1ACALLSUM ；求20H～22H的校驗和，結(jié)果存BMOV23H,B ；校驗和存23HACALLSEND_DATA ；從機發(fā)給主機20H～23H的內(nèi)容S_INT_END：

SETBSM2 ；從機恢復(fù)到接收地址幀狀態(tài)

CLRP3.5 ；從機置MAX487為接收狀態(tài)

RETI ；中斷服務(wù)程序返回指令

；以下子程序與主機的程序清單相同

SEND_DATA：... ；發(fā)送20H～23H的子程序

SUM：...；求20H～22H校驗和子程序

TO_SBUF：... ；發(fā)送一個字節(jié)子程序

FROM_SBUF：... ；接收一個字節(jié)子程序

END8.8單片機與PC的串口通信

PC的串口一般為RS-232C，它采用負邏輯電平：(-15～-3)V為邏輯1；(+3～+15)V為邏輯0，(-3～+3)V為過渡區(qū)，不作定義。因此，MCS-51系列單片機串行口與PC的RS-232C接口不能直接對接，必須進行電平轉(zhuǎn)換。常用的有MAX202、MAX232等芯片。本節(jié)將舉一個例子說明PC與51單片機雙機通信的軟件設(shè)計要點。圖8.22是單片機與PC串口通信的硬件連接原理圖。圖8.22單片機與PC的串行接口圖在PC上通常采用VB、VC等可視化語言設(shè)計界面。本節(jié)選用VB作為PC的軟件開發(fā)環(huán)境，介紹如何建立PC與單片機的串行通信。例：編寫程序，建立PC與51單片機的串行通信，通信過程為：PC先向單片機發(fā)送一組指令“AAH、03H、01H”，單片機正確接收數(shù)據(jù)后，每隔2秒向PC連續(xù)發(fā)送15個數(shù)據(jù)。

PC的界面和軟件設(shè)計步驟如下：

(1)啟動VB，建立“標準EXE”工程，如圖8.23所示。

圖8.23啟動VB，建立“標準EXE”工程

(2)準備添加串口部件。單擊“工程”菜單，選擇“部件”，如圖8.24所示。圖8.24準備添加串口部件

(3)在彈出的“部件”對話框的“控件”標簽中找到“MicrosoftCommControl6.0”，并選中，然后單擊“確定”，如圖8.25所示。串口部件

圖8.25添加串口部件(4)按圖8.26所示，在窗口中添加其余部件和文字。圖8.26在窗口中添加其余部件和文字(5)在相應(yīng)的代碼窗口，輸入如下函數(shù)：

DimInBte()AsByteDimOutByte(0)AsBytePrivateSubComPortOpen()WithMSComm1.CommPort=3.Settings="9600,n,8,1".InBufferSize=100.OutBufferSize=1.InputMode=1.InputLen=100.SThreshold=1.InBufferCount=0'清除接收緩沖區(qū)

.RThreshold=15EndWithEndSubPrivateSubCommand1_Click()Dimj,n

n=0IfMSComm1.PortOpen=FalseThenMSComm1.PortOpen=True