《單片機(jī)原理及工程應(yīng)用》課件-第5章 串行通信技術(shù)（第1次課 基本概念、51串行口）2023

15.1基本概念

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的組成部分。也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和重要內(nèi)容。

有關(guān)通信原理的進(jìn)一步介紹請讀者參考相關(guān)著作。課內(nèi)我們只簡要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用通信方式及基本概念。21.并行通信

數(shù)據(jù)在整個(gè)傳輸過程中，并排前進(jìn)，有多少個(gè)數(shù)據(jù)線就能同時(shí)傳送多少位數(shù)據(jù)。并行通信的特點(diǎn)是硬件連線多、傳送速率高，一般適用于近距離、高速率的通信領(lǐng)域。如：計(jì)算機(jī)主板與硬盤、打印機(jī)等之間的通信。并行通信32.串行通信數(shù)據(jù)在傳輸過程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比較簡單。最簡單時(shí)只需3根連線即可實(shí)現(xiàn)串行通信，相對(duì)于并行通信來講其通信速率低，一般適用于短距離數(shù)據(jù)通信。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用串行通信方式。在串行通信中，按同步方式的不同，又分為同步通信和異步通信。串行通信43.異步通信異步通信（AsynchronousCommunication），數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，一幀數(shù)據(jù)低位在前，高位在后，通過傳輸線被接收端一幀一幀地接收。字符幀

54.同步通信同步通信（SynchronousCommunication）是將一大批數(shù)據(jù)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)塊,數(shù)據(jù)塊之間用同步字符隔開,而傳輸?shù)母魑欢M(jìn)制碼之間都沒有間隔。其基本特征是發(fā)送端與接收端通信時(shí)保持嚴(yán)格同步。即同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。6波特率

波特率(Baudrate)是指信號(hào)傳輸?shù)乃俾?，是?shù)據(jù)通信的一個(gè)重要指標(biāo)。波特率為每秒鐘傳送二進(jìn)制碼元的位數(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。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常采用串行異步通信方式。通信時(shí)要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致，波特率一般為50～19200b/s。75.串行通信數(shù)據(jù)傳送的三種方式根據(jù)信號(hào)傳輸方向與傳輸時(shí)間的不同，串行通信有三種通信方式：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。85.251單片機(jī)串行通信接口5.2.1串行口組成及相關(guān)寄存器

51單片機(jī)串行接口主要由串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF、串行口控制寄存器SCON、對(duì)外接口TXD、RXD及相關(guān)控制電路等組成。

串行通信時(shí)，不僅與SBUF和SCON寄存器有關(guān)，還會(huì)涉及到電源控制寄存器PCON、定時(shí)器控制寄存器TCON及中斷允許寄存器IE等相關(guān)寄存器。9串行通信口內(nèi)部結(jié)構(gòu)10

1.串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送寄存器，一個(gè)用于存放接收到的數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址99H，通過對(duì)SBUF的讀、寫指令來區(qū)別是對(duì)接收緩沖器還是發(fā)送緩沖器操作。

112.串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器SCON用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，其地址為98H，可進(jìn)行位尋址。

位D7D6D5D4D3D2D1D0功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：由軟件設(shè)置，用于選擇串行口的工作方式，可以設(shè)置4種工作方式。

SM2：多機(jī)通信控制位。12REN：串行接收允許控制位。REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收，該位由軟件設(shè)置。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)D8位。RB8：接收數(shù)據(jù)D8位。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。RI：接收中斷標(biāo)志位。位D7D6D5D4D3D2D1D0功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI13串行口的工作方式SM0SM1工作方式功

能波

特

率00方式0移位寄存器方式fosc/1201方式18位通用異步通信可編程10方式29位通用異步通信fosc/32或

fosc/6411方式39位通用異步通信可編程143.電源控制寄存器PCON

PCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，不可以位尋址，字節(jié)地址為87H。

位D7D6D5D4D3D2D1D0功能SMOD－－－CF1CF0PDIDLPCON的最高位SMOD是串行口波特率系數(shù)控制位。SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。

151.方式0──同步移位寄存器方式

若SM0SM1=00B，串行口工作于方式0，這時(shí)串行口作同步移位寄存器使用。這種方式常用于擴(kuò)展I/O端口，一般外接移位寄存器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串/并轉(zhuǎn)換。串行數(shù)據(jù)從RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)送出，其波特率固定為fosc/12。5.2.2串行口的工作方式16(1)方式0發(fā)送當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，串行口將8位數(shù)據(jù)以fosc/12的波特率從RXD引腳輸出（低位在前，高位在后），發(fā)送完置中斷標(biāo)志TI為1，請求中斷。再次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須由軟件將TI清0。74LS164為串入并出移位寄存器。17(2)方式0接收在滿足REN=1和RI=0的條件下，串行口即開始從RXD端以fosc/12的波特率輸入數(shù)據(jù)（低位在前），當(dāng)接收完8位數(shù)據(jù)后，置中斷標(biāo)志RI為1，請求中斷。再次接收數(shù)據(jù)之前，必須由軟件將RI清0。串行口控制寄存器SCON中的TB8和RB8在方式0中未用。請注意：每當(dāng)發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)后，硬件會(huì)自動(dòng)置TI或RI為1，CPU響應(yīng)發(fā)送或接收中斷后，必須由用戶用指令將TI或RI清0。方式0時(shí)，SM2必須為0。182.方式1──8位異步串行通信方式若SM0SM1=01B，串行口工作于方式1。方式1是波特率可變的10位通用異步串行通信方式。發(fā)送或接收一幀信息為10位，其中包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位1。其幀格式如圖所示。19(1)方式1發(fā)送

CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令便啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)從TXD端輸出，當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，置中斷標(biāo)志TI為1。方式1所傳送的波特率取決于定時(shí)器T1的溢出率和PCON中的SMOD位。20(2)方式1接收若REN＝1，RI=0時(shí)，允許串口接收數(shù)據(jù)。串行口采樣RXD，當(dāng)采樣到由1到0跳變時(shí)，確認(rèn)是起始位“0”，便開始接收一幀信息。接收到的一幀信息有效，一幀信息中的8位數(shù)據(jù)送入接收緩沖器SBUF，同時(shí)置中斷標(biāo)志RI為1；若不滿足上述兩個(gè)條件則信息將丟失（無效）。所以，方式1接收時(shí)，應(yīng)先用指令清除RI，并設(shè)置SM2=0。21

若SM0SM1=10B，串行口工作于方式2。方式2為波特率固定的11位異步串行通信方式，傳送波特率與SMOD有關(guān)。發(fā)送或接收一幀信息為11位，其中包括1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程位(用于奇偶校驗(yàn)或多機(jī)通信)和1位停止位1。3.方式2──9位異步通信方式22(1)方式2發(fā)送發(fā)送時(shí)，根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8，然后用指令將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送器。寫SBUF的指令，除了將8位數(shù)據(jù)送入SBUF外，同時(shí)還將TB8裝入發(fā)送移位寄存器的第9位，并啟動(dòng)發(fā)送控制器進(jìn)行一次發(fā)送。一幀信息即從TXD發(fā)送出去，在送完一幀信息后，TI被自動(dòng)置1，在發(fā)送下一幀信息之前，TI必須由中斷服務(wù)程序或查詢程序清0。23(2)方式2接收當(dāng)REN=1時(shí)，允許串行口接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，當(dāng)接收器采樣到RXD端的負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，開始接收一幀信息，每幀接收11位信息。方式2接收時(shí)，若同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件： ①RI=0 ②SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1則接收數(shù)據(jù)有效，8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位送入RB