第7章串口通信

第7章串口通信2025/1/19第7章串口通信并行通信：傳送的數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送，并排傳輸，同時(shí)被接收?？刂坪?jiǎn)單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在困難。

引言

串行通信傳送數(shù)據(jù)的各位按分時(shí)順序一位一位地傳送（即一位一位的發(fā)送和接收）。特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。

八個(gè)人站成一排一起通過(guò)八個(gè)人站成一縱隊(duì)一一通過(guò)2第7章串口通信7.1.1串行通信的基本概念

一、異步通信與同步通信1、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。以幀作為傳送單位，每一幀由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位組成，結(jié)構(gòu)如圖。3第7章串口通信2.同步方式同步方式僅在開(kāi)始用若干字符作為同步號(hào)令，然后連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖所示。由于沒(méi)有在每一個(gè)字符中，配置起始、停止位，所以結(jié)構(gòu)緊湊，傳輸效率高、速度快，其組成如下圖所示：

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢(shì)。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。例如IIC通信，SPI通信等4第7章串口通信二、串行通信的傳輸方向1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。

單工半雙工全雙工5第7章串口通信四、串行通信的錯(cuò)誤校驗(yàn)

1、奇偶校驗(yàn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗(yàn)位（1或0）。奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。3、循環(huán)冗余校驗(yàn)2、代碼和校驗(yàn)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，相符則無(wú)差錯(cuò)，否則即認(rèn)為傳送過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。

6第7章串口通信五、傳輸速率與傳輸距離

1、傳輸速率 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）如每秒鐘傳送240個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)10位×240個(gè)/秒=2400bps相互通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，否則無(wú)法成功地完成串行數(shù)據(jù)通信。7第7章串口通信7.280C51的串行口

有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)；發(fā)送緩沖器1個(gè)，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。

7.2.180C51串行口的結(jié)構(gòu)

8第7章串口通信數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

發(fā)送數(shù)據(jù) 通過(guò)指令MOVSBUF,A將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUF，然后串口自動(dòng)將數(shù)據(jù)按事先設(shè)置的方式及速率從TXD(P3.1)端口輸出，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，串口向CPU申請(qǐng)中斷，且通過(guò)硬件將TI置1，表示發(fā)送已經(jīng)結(jié)束，等待寫(xiě)入第二幀數(shù)據(jù)。

接收數(shù)據(jù) 當(dāng)有數(shù)據(jù)送給單片機(jī)串口時(shí)，串口按事先設(shè)置的方式及速率自動(dòng)從端口RXD(P3.0)接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確后送SBUF,一幀數(shù)據(jù)接收完畢RI=1，串口向CPU請(qǐng)求中斷且表示接收已經(jīng)結(jié)束。單片機(jī)只要通過(guò)執(zhí)行：MOVA,SBUF9第7章串口通信串行口的控制寄存器

MCS-51的串行口有四種工作方式，用戶可以通過(guò)對(duì)串行控制寄存器SCON編程來(lái)設(shè)定。此外，還有波特率控制寄存器PCON，必須詳細(xì)了解這些特殊功能寄存器，才能正確應(yīng)用串行通信接口。

1．串行口控制寄存器SCON特殊功能寄存器SCON的地址為98H，具有位地址，可位尋址，復(fù)位時(shí)為00H，其格式如下：SM0、SM1：串行口的方式選擇位，見(jiàn)表7-1。

10第7章串口通信SM2：方式2和方式3的多機(jī)通信控制位；REN：允許串行接收位。TB8：在方式2和方式3中，發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時(shí)由軟件置位或復(fù)位。RB8：在方式2和方式3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)；在方式1時(shí)，RB8是接收到的停止位；在方式0，不使用RB8。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。TI必須由軟件清“0”RI：接收中斷標(biāo)志，RI必須由軟件清“0”。

11第7章串口通信PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)

：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。PCON的其他位為掉電方式控制位，詳見(jiàn)2.8節(jié)12第7章串口通信

6.2.380C51串行口的工作方式

一、方式0：串口擴(kuò)展為并口1)波特率固定為發(fā)送—位數(shù)據(jù)等于一個(gè)機(jī)器周期。2)不論是發(fā)送還是接收，數(shù)據(jù)都是從RXD(P3.0)端出入。TXD端而作為同步移位脈沖輸出端。3)工作于方式0時(shí)，可將串行接口擴(kuò)展為并行接口。1、方式0輸出13第7章串口通信

2、方式0輸入方式0接收和發(fā)送電路14第7章串口通信一、方式0必須注意：在接收時(shí)，除了設(shè)置SCON控制字為方式0外，還應(yīng)設(shè)置允許接收控制位REN為“1”，清除RI中斷標(biāo)志，才能啟動(dòng)接收器工作。方式0工作時(shí)，必須使SCON控制字的SM2位（多機(jī)通信控制位）為“0”，從而不影響TB8和RB8位。由于波特率固定，故無(wú)需用定時(shí)器提供。但以中斷方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，CPU響應(yīng)中斷不會(huì)自動(dòng)清除TI、RI標(biāo)志，所以在中斷服務(wù)程序中，必須由指令將TI、RI清“0”。15第7章串口通信

二、方式1：8位異步通信接口方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位停止位。1、方式1輸出16第7章串口通信

2、方式1輸入17第7章串口通信（1）發(fā)送：

CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)后，便啟動(dòng)串行口在TXD端輸出幀信息，先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開(kāi)始依次輸出8位數(shù)據(jù)，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI置“1”，向CPU請(qǐng)求中斷。（2）接收：當(dāng)允許接收位REN置“1”后，接收器便采樣RXD端電平，當(dāng)采樣到“1”到“0”的跳變時(shí)，啟動(dòng)接收器接收。計(jì)數(shù)器的16個(gè)狀態(tài)把1位時(shí)間等分成16份，并在第7、8、9個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，采樣RXD電平。因此，每一位的數(shù)值采樣三次，取其中至少有兩次相同的值為確認(rèn)值。啟動(dòng)后，如果三次采樣的確認(rèn)值不是“0”，則起始位無(wú)效，復(fù)位接收電路重新檢測(cè)。如果確認(rèn)值為“0”，起始位有效，則開(kāi)始按從低位到高位的順序接收一幀的數(shù)據(jù)信息。

必須注意，在方式1接收中設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識(shí)功能：只有同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才會(huì)將數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI為“1”，向CPU請(qǐng)求中斷；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無(wú)效。當(dāng)SM2=1時(shí)，接收到的停止位“1”裝入RB8中。①RI=0。②接收到停止位為“1”。18第7章串口通信

方式1的特點(diǎn)：

1)波特率可變串口波特率由定時(shí)器T1產(chǎn)生，T1工作于方式2，并決定于T1定時(shí)時(shí)間，而T1的定時(shí)時(shí)間決定于裝入的時(shí)間常數(shù)N，因此可根據(jù)時(shí)間常數(shù)N推出波特率，即 2)傳送數(shù)據(jù)為8位，連同一位起始位、一位停止位組成一幀，即一幀為10位，發(fā)送由TXD輸出，接收由RXD輸入，可構(gòu)成全雙工的串行通信端口。

例：設(shè)計(jì)波特率為4800b/s，晶振頻率為11.0592MHz，定時(shí)器T1工作在方式2，SMOD＝0，則計(jì)數(shù)器初值為

。19第7章串口通信

三、方式2和方式3方式2或方式3時(shí)為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。方式2和方式3時(shí)起始位1位，數(shù)據(jù)9位（含1位附加的第9位，發(fā)送時(shí)為SCON中的TB8，接收時(shí)為RB8），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率決定。

20第7章串口通信

3．方式2、方式3

串行口工作在方式2、方式3時(shí)，為9位異步通信口，1幀信息由11位組成，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)D0～D7（低位在前）、1位可編程的第9位D8（發(fā)送時(shí)，第9位為SCON中的TB8；接收時(shí)，第9位為SCON中的RB8）及1位停止位，如圖7-10所示。圖7-10方式2、方式3數(shù)據(jù)格式（1）發(fā)送：當(dāng)CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)后，便立即啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開(kāi)始依次輸出8位數(shù)據(jù)，再發(fā)送SCON中的TB8，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI置“1”，向CPU請(qǐng)求中斷。（2）接收：使用與方式1類似的方法識(shí)別起始位。必須注意，方式2、方式3接收中也設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識(shí)功能：只有同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才能將接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8，并置RI為“1”；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無(wú)效。①RI=0。②接收到的停止位為“1”。

方式2、方式3的區(qū)別：方式2的波特率為fosc/32或fosc/64，而方式3的波特率可變。

21第7章串口通信三、串口工作方式2、3

方式2、3的工作性能

1)方式2波特率固定，并等于。

方式3波特率計(jì)算方法同方式1,即等于。

2)一幀數(shù)據(jù)為11位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位可編程位、1位停止位。數(shù)據(jù)位低位在前高位在后，第9位可編程位發(fā)送時(shí)從SCON中的TB8取出，接收時(shí)第9位存SCON中的RB8。22第7章串口通信第四節(jié)串口初始化編程一、計(jì)算波特率串口方式0

串口方式1和串口方式3

串口方式2

23第7章串口通信24第7章串口通信二、對(duì)SCON、PCON、TMOD初始化 以設(shè)計(jì)一8051單片機(jī)控制系統(tǒng)為例，設(shè)主振頻率為12MHz，要求串口發(fā)送數(shù)據(jù)為8位、波特率為1200bps.則初始化步驟為：1.先按波特率要求，計(jì)算T1的時(shí)間常數(shù)N，設(shè)SMOD=1。 已知主振頻率為12MHz，波特率為1200bps.，串口工作于方式1,按式7-2可求得 N=203.92≈0CCH 2.寫(xiě)出初始化程序 MOVSCON,#50H;串行口工作于方式1 MOVPCON,#80H;SMOD=1， MOVTMOD,#20H;T1工作方式2定時(shí)方式 MOVTHl,#0CCH;設(shè)置時(shí)間常間為N MOVTLl,#0CCH;自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù) SETBTR1 ;啟動(dòng)T1返回本章首頁(yè)25第7章串口通信 【例7-1】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)亮，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)。7.3單片機(jī)串行口應(yīng)用舉例

26第7章串口通信27第7章串口通信LIGHT:MOVSCON,#00H ;串行口方式0 CLRES ;禁止串行中斷 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)0LP2:MOVA,R7 ;讀順序編號(hào) MOVCA,@A+DPTR ;讀控制字 CLRP1.0 ;關(guān)閉并行輸出 MOVSBUF,A ;啟動(dòng)串行發(fā)送 JNBTI,$ ;等待發(fā)送完畢 CLRTI ;清發(fā)送中斷標(biāo)志 SETBP1.0 ;開(kāi)啟并行輸出 LCALLDLY500ms ;調(diào)用延時(shí)0.5秒子程序 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(kāi)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(gè),直至全滅;DB80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;從左向右依次點(diǎn)亮,每次亮一個(gè)DB02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;從右向左依次點(diǎn)亮,每次亮一個(gè) DB0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH;從左向右依次點(diǎn)亮,每次增加一個(gè),直至全部點(diǎn)亮;28第7章串口通信【例7-2】設(shè)甲乙機(jī)以串行方式1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，fosc=11.0592MHz，波特率為1200b/s。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。29第7章串口通信 甲機(jī)發(fā)送子程序： MOVTMOD,#20H ;置T1定時(shí)器工作方式2 MOVTL1,#0E8H ;置T1計(jì)數(shù)初值 MOVTH1,#0E8H ;置T1計(jì)數(shù)重裝值 CLRET1 ;禁止T1中斷 SETBTR1 ;T1啟動(dòng) 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(zhǎng)度TRSA:MOV A,@R0 ;讀一個(gè)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(biāo)志 INC R0 ;指向下一字節(jié)單元 DJNZ R2,TRSA ;判16個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)完否?未完繼續(xù) RET30第7章串口通信 乙機(jī)接收子程序： MOVTMOD,#20H ;置T1定時(shí)器工作方式2 RXDB:MOVTL1,#0E8H ;置T1計(jì)數(shù)初值 MOVTH1,#0E8H ;置T1計(jì)數(shù)重裝值 CLRET1 ;禁止T1中斷 SETBTR1 ;T1啟動(dòng) 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(zhǎng)度 SETBREN ;啟動(dòng)接收 RDSB: JNB RI,$ ;等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢 CLR RI ;清接收中斷標(biāo)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(chǔ)單元 DJNZ R2,RDSB ;判16個(gè)數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù) RET;31第7章串口通信回顧串行工作方式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，【例7-3】設(shè)計(jì)一個(gè)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(yàn)位。接到接收方核對(duì)正確的回復(fù)信號(hào)（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。32第7章串口通信 MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收 MOVPCON,#80H;置SMOD=1 MOVR0,#50H ;置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址TRLP: MOVA,@R0;讀數(shù)據(jù) MOVC,PSW.0;奇偶標(biāo)志送TB8 MOVTB8,C; MOVSBUF,A;啟動(dòng)發(fā)送 JNBTI,$;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 CLRTI;清發(fā)送中斷標(biāo)志 SETBREN;允許接收 CLRRI;清接收中斷標(biāo)志 JNBRI,$;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;非全0(回復(fù)信號(hào)≠FFH,錯(cuò)誤),轉(zhuǎn)重發(fā) INCR0;全0(回復(fù)信號(hào)=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)RET33第7章串口通信二、多機(jī)通信1、硬件連接單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。所謂主從式，即在數(shù)個(gè)單片機(jī)中，有一個(gè)是主機(jī)，其余的是從機(jī)，從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度、支配。80C51單片機(jī)的串行口方式2和方式3適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。當(dāng)然采用不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，有時(shí)還要對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電隔離。在實(shí)際的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。34第7章串口通信2、通信協(xié)議所有從機(jī)的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)。主機(jī)發(fā)送一地址幀，其中8位是地址，第9位為地址/數(shù)據(jù)的區(qū)分標(biāo)志，該位置1表示該幀為地址幀。所有從機(jī)收到地址幀后，都將接收的地址與本機(jī)的地址比較。對(duì)于地址相符的從機(jī)，使自己的SM2位置0（以接收主機(jī)隨后發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀），并把本站地址發(fā)回主機(jī)作為應(yīng)答；對(duì)于地址不符的從機(jī)，仍保持SM2=1，對(duì)主機(jī)隨后發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀不予理睬。從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，要發(fā)送一幀校驗(yàn)和，并置第9位（TB8）為1，作為從機(jī)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標(biāo)志。35第7章