單片機(jī)UART串行接口【精制材料】

1、第七章 UART串行接口,串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本通信方式。為了實(shí)現(xiàn)串行通信，絕大多數(shù)單片機(jī)都配置了UART串行接口。,1,行業(yè)相關(guān),71 串行通信概述,計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。基本的通信方式有兩種。 并行通信(parallel communication)：所傳送數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接收。 串行通信(serial communication)：所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。,2,行業(yè)相關(guān),在并行通信中，一個并行數(shù)據(jù)占多少位二進(jìn)制數(shù)，就要多少根傳輸線，這種方式的特點(diǎn)是通信速度快，但傳輸線多，價(jià)格較貴，適合近距離傳輸。 串行通信僅需12根傳輸線，故在長距離傳

2、輸數(shù)據(jù)時比較經(jīng)濟(jì)，但由于它每次只能傳送1位，所以傳送速度較慢。,3,行業(yè)相關(guān),圖7.1 基本通信方式圖示,4,行業(yè)相關(guān),711 同步通信和異步通信方式,串行通信分同步和異步兩種方式。,5,行業(yè)相關(guān),1異步通信ASYNC,在異步通信中數(shù)據(jù)或字符是逐幀（frame）傳送的。幀定義為一個字符的完整的通信格式，通常也稱為幀格式。最常見的幀格式一般是先用一個起始位“0”表示字符的開始；然后是58位數(shù)據(jù)，規(guī)定低位在前，高位在后；其后是奇偶校驗(yàn)位；最后是停止位，用以表示字符的結(jié)束，停止位可以是1位、1.5位、2位，不同的計(jì)算機(jī)規(guī)定有所不同。從起始位開始到停止位結(jié)束就構(gòu)成完整的1幀。,6,行業(yè)相關(guān),起始位通信

3、線上沒有數(shù)據(jù)傳送時，為高電平（邏輯1）；當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先發(fā)1個低電平信號（邏輯0），此信號稱為“起始位”，表示開始傳輸1幀數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)位起始位之后的位即數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位（不同計(jì)算機(jī)的規(guī)定不同），上圖的數(shù)據(jù)位為8位。一般從最低位開始傳送，最高位在最后。,7,行業(yè)相關(guān),奇偶校驗(yàn)位數(shù)據(jù)位之后的位為奇偶校驗(yàn)位（有的方式具有）。此位可用于判別字符傳送的正確性，其有3種可能的選擇，即奇、偶、無校驗(yàn)，用戶可根據(jù)需要選擇（在有的格式中，該位可省略）。在80C51單片機(jī)中，此位還可以用來確定該幀字符信息的性質(zhì)（地址或數(shù)據(jù)）。 停止位校驗(yàn)位后為停止位，用于表示1幀結(jié)束，用高電平（邏輯1）表

4、示。停止位可以是1、15或2位，不同計(jì)算機(jī)的規(guī)定有所不同。,8,行業(yè)相關(guān),異步通信的主要特點(diǎn)如下： 進(jìn)行串行通信的單片機(jī)的時鐘相互獨(dú)立；其時鐘頻率可以不相同；在通信時不要求有同步時鐘信號。由于異步通信是逐幀進(jìn)行傳輸?shù)?，各位之間的時間間隔應(yīng)該相同，所以必須保證2個單片機(jī)之間有相同的傳送波特率。如果傳送波特率不同，則時間間隔不同；當(dāng)誤差超過5時，就不能正常進(jìn)行通信。由于信息傳輸可以是隨時不間斷地進(jìn)行的，因而幀與幀之間的時間間隔可以是不固定的，間隙處為高電平。,9,行業(yè)相關(guān),由于異步通信每傳送一幀有固定格式，通信雙方只需按約定的幀格式來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，所以硬件結(jié)構(gòu)比同步通信方式簡單。此外，它還能利用

5、校驗(yàn)位檢測錯誤，所以這種通信方式應(yīng)用較廣泛。在單片機(jī)中主要是采用異步通信方式。,10,行業(yè)相關(guān),2同步通信SYNC,在同步通信中，數(shù)據(jù)或字符開始處是用一同步字符來指示（一般約定為l2個字符），以實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，一旦檢測到約定同步字符，下面就連續(xù)、順序地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。,11,行業(yè)相關(guān),由于同步通信數(shù)據(jù)塊傳送時去掉了每個數(shù)字都必須具有的字符開始和結(jié)束的標(biāo)志，且它一次可以發(fā)送一個數(shù)據(jù)段（多個數(shù)據(jù)），因此，其速度高于異步通信；但這種方式要求接收和發(fā)送時鐘嚴(yán)格保持同步，在通信時通常要求有同步時鐘信號，對硬件結(jié)構(gòu)要求較高。由于這種方式易于進(jìn)行串行外圍擴(kuò)展，所以目前很多型號的單片機(jī)都增加了串行同步

6、通信接口，如目前已得到廣泛應(yīng)用的I2C串行總線和SPI串行接口等。,12,行業(yè)相關(guān),712 串行通信的數(shù)據(jù)傳送速率,傳送速率是指數(shù)據(jù)傳送的速度。用b/s或bps（比特秒）表示，稱為比特率。在二進(jìn)制的情況下，比特率與波特率數(shù)值相等，因而在單片機(jī)的串行通信中，常稱為波特率。 假如數(shù)據(jù)傳送的速率為120個字符每秒，每個字符由1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成，則其傳送波特率為： 10b120s1200bs1200波特 每一位的傳送時間即為波特率的倒數(shù)：,13,行業(yè)相關(guān),異步通信的數(shù)據(jù)傳送速率一般為50b/s100kb/s，常用于計(jì)算機(jī)到CRT終端，以及雙機(jī)或多機(jī)之間的通信等。,14,行業(yè)相關(guān),7

7、13 串行通信的方式,在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩機(jī)之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（Simplex）制式、半雙工（half duplex）制式和全雙工（full duplex）制式。,15,行業(yè)相關(guān),圖72 串行通信方式示意圖 （1）單工制式 在單工制式下，數(shù)據(jù)在甲機(jī)和乙機(jī)之間只允許單方向傳送。兩機(jī)之間只需1條數(shù)據(jù)線。,16,行業(yè)相關(guān),（2）半雙工制式 在半雙工制式下，數(shù)據(jù)在甲機(jī)和乙機(jī)之間允許雙方向傳送，但它們之間只有一個通信回路，接收和發(fā)送不能同時進(jìn)行，只能分時發(fā)送和接收（即甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收，或者乙機(jī)發(fā)送，甲機(jī)接收），因而兩機(jī)之間只需1條數(shù)據(jù)線。,17,行業(yè)相關(guān),（3）全雙工

8、制式 在全雙工制式下，甲、乙兩機(jī)之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可以同時進(jìn)行，稱為“全雙工傳送”。全雙工形式的串行通信必須使用2條數(shù)據(jù)線。 不管哪種形式的串行通信，在兩機(jī)之間均應(yīng)有公共地線。,18,行業(yè)相關(guān),* 信號的調(diào)制與解調(diào),當(dāng)異步通信的距離在15m之內(nèi)時，計(jì)算機(jī)之間可以直接進(jìn)行通信。而當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時，通常是用電話線傳送。由于電話線頻帶不夠?qū)?，再加上遠(yuǎn)距離傳輸時信號不可避免地衰減，因而使信號發(fā)生明顯的畸變。 在發(fā)送時要用調(diào)制器（modulator）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并加以放大再傳送，這個過程叫做調(diào)制。在接收時，再用解調(diào)器（demodulator）檢測此模擬信號，并把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入計(jì)算

9、機(jī)接口，這個過程即解調(diào)。,19,行業(yè)相關(guān),714 通信協(xié)議,通信協(xié)議是指在計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時的一些約定，包括通信方式、波特率、命令碼的約定等。為保證計(jì)算機(jī)之間能準(zhǔn)確、可靠地通信，相互之間必須遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議。在通信之前一定要先設(shè)置好通信協(xié)議。,20,行業(yè)相關(guān),72 80C51串行口簡介,80C51的串行口是一個可編程的全雙工串行通信接口，通過軟件編程它可以作通用異步接收和發(fā)送器UART（Universal Asynchronous ReceiverTransmitter）用，也可作同步移位寄存器用。其幀格式可有8位、10位和11位，并能設(shè)置各種波特率，使用靈活方便。,21,行業(yè)相關(guān),7

10、21 串行口結(jié)構(gòu)與工作原理,80C51串行口主要由接收與發(fā)送緩沖寄存器SBUF、輸入移位寄存器以及串行控制寄存器SCON等組成。波特率發(fā)生器可以利用定時器T1或T2控制發(fā)送和接收的速率。SCON用于存放串行口的控制和狀態(tài)信息；發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF用于存放準(zhǔn)備發(fā)送出去的數(shù)據(jù)；接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF用于接收由外部輸入到輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù)。80C51串行口正是通過對上述專用寄存器的設(shè)置、檢測與讀取來管理串行通信的。,22,行業(yè)相關(guān),圖73 串行口結(jié)構(gòu)框圖,23,行業(yè)相關(guān),在進(jìn)行串行通信時，外界數(shù)據(jù)通過引腳RXD（P3.0）輸入。輸入數(shù)據(jù)首先逐位進(jìn)入輸入移位寄存器，由串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)

11、據(jù)，然后再送入接收寄存器。在接收寄存器中采用了雙緩沖結(jié)構(gòu)，以避免在接收到第2幀數(shù)據(jù)前，CPU未及時響應(yīng)接收寄存器前一幀的中斷請求，沒把前一幀數(shù)據(jù)讀走，而造成2幀數(shù)據(jù)重疊的錯誤。在發(fā)送時，串行數(shù)據(jù)通過引腳TXD（P3.1）輸出。由于CPU是主動的，因此不會產(chǎn)生寫重疊問題，一般不需要雙緩沖器結(jié)構(gòu)。要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過發(fā)送控制器控制邏輯門電路逐位輸出。,24,行業(yè)相關(guān),722 串行口寄存器,與串行口工作有關(guān)的寄存器共有6個，分別是串行口控制寄存器SCON、接收與發(fā)送緩沖寄存器SBUF、電源控制寄存器PCON、中斷允許控制寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP。,25,行業(yè)相關(guān),1串行口控制寄存器SCON,串行

12、口控制寄存器SCON用于串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制，并可反映串行口的工作狀態(tài)。,26,行業(yè)相關(guān),SCON7和SCON6位 SM0和SM1串行方式選擇位 表71 串行口工作方式選擇,27,行業(yè)相關(guān),SCON.5位 SM2多機(jī)通信控制位。 在方式2和方式3中，SM2主要用于進(jìn)行多機(jī)通信控制。當(dāng)串行口以方式2或方式3接收時，如果SM2=1，允許多機(jī)通信，且接收到第9位RB8為0時，則RI不置1不接收主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)；如果SM2=1，且RB8為1，則RI置1，產(chǎn)生中斷請求，將接收到的8位數(shù)據(jù)送入SBUF。當(dāng)SM2=0時，不論RB8為0還是1，都將收到的8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并產(chǎn)生中斷。 在方式1

13、中，當(dāng)處于接收狀態(tài)時，若SM2=1，則只有接收到有效的停止位時，RI才置1。在方式0中，SM2應(yīng)置0。,28,行業(yè)相關(guān),SCON.4位 REN允許串行接收位。 REN=1時，允許接收；REN=O時，禁止接收。由軟件置位或清除。,29,行業(yè)相關(guān),SCON.3位 TB8發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位(D8)。 在方式2或方式3中，根據(jù)需要由軟件置位或復(fù)位。雙機(jī)通信時，它可約定作奇偶校驗(yàn)位；在多機(jī)通信中，可作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識位。一般由指令設(shè)定地址幀時，設(shè)TB8為1；而設(shè)定數(shù)據(jù)幀時，設(shè)TB8為0。方式0和方式1中沒用該位。,30,行業(yè)相關(guān),SCON.2位 RB8接收數(shù)據(jù)的第9位(D8)。 在方式2或方式3

14、中，RB8的狀態(tài)與TB8相呼應(yīng)，(如可以是約定的奇偶校驗(yàn)位，也可以是約定的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位)。例如，當(dāng)SM2=1時，如果RB8為0，則說明收到的是數(shù)據(jù)幀。,31,行業(yè)相關(guān),SCON.1位 TI發(fā)送中斷標(biāo)志位。 在方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他方式中，在發(fā)送停止位之初由硬件置位。TI=1時，可申請中斷，也可供軟件查詢用。在任何方式中，都必須由軟件來清除TI。 SCON.0位 RI接收中斷標(biāo)志位。 在方式0中，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他方式中，在接收停止位的中間，由硬件置位。RI=1時，可申請中斷，也可供軟件查詢用。在任何方式中，都必須由軟件清除RI。,32,行業(yè)相關(guān),S

15、CON的低2位與中斷有關(guān)。 SCON的地址為98H，可以位尋址。復(fù)位時，SCON的所有位均清0。,33,行業(yè)相關(guān),2數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF,數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF實(shí)際上是2個寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器和接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器。接收與發(fā)送緩沖寄存器SBUF采用同一個地址代碼99H，其寄存器名亦同樣為SBUF。CPU通過不同的操作命令，區(qū)別這2個寄存器，所以不會因?yàn)榈刂反a相同而產(chǎn)生錯誤。當(dāng)CPU發(fā)出寫SBUF命令時，即向發(fā)送緩沖寄存器中裝載新的信息，同時啟動數(shù)據(jù)串行發(fā)送；當(dāng)CPU發(fā)出讀SBUF命令時，即讀接收緩沖寄存器的內(nèi)容。,34,行業(yè)相關(guān),3電源控制寄存器PCON,電源控制寄存器PCON主要用于

16、電源控制，PCON的最高位SMOD是串行口的波特率倍增位：當(dāng)SMOD為1時，波特率加倍；當(dāng)SMOD為O時，波特率不變。,35,行業(yè)相關(guān),4中斷允許控制寄存器IE,中斷允許控制寄存器IE用于控制與管理單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。 IE的ES位用于控制串行口的中斷： 當(dāng)ES=O時，禁止串行口中斷； 當(dāng)ES=1時，允許串行口中斷。,36,行業(yè)相關(guān),5中斷優(yōu)先級寄存器IP,中斷優(yōu)先級寄存器IP用于管理單片機(jī)中各中斷源中斷優(yōu)先級。 IP的PS位用于設(shè)置串行口中斷的優(yōu)先級： 當(dāng)PS=0時，串行口中斷為低優(yōu)先級； 當(dāng)PS=1時，串行口中斷為高優(yōu)先級。,37,行業(yè)相關(guān),723 80C51的幀格式,80C51串行口通過編

17、程可設(shè)置四種工作方式及三種幀格式。,38,行業(yè)相關(guān),方式0以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。 方式1以10位為一幀傳輸，設(shè)有1個起始位“0”、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位“1”。,39,行業(yè)相關(guān),方式2和3以11位為一幀傳輸，設(shè)有1個起始位“0”、8個數(shù)據(jù)位、1個可編程位（第9數(shù)據(jù)位）D8和1個停止位“1”。 可編程位D8由軟件置“1”或清“0”，該位可作檢驗(yàn)位，也可作它用。,40,行業(yè)相關(guān),724 波特率的設(shè)置,在串行通信前，首先要設(shè)置收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)傳送速率，即波特率。通過軟件對80C51串行口編程可設(shè)定4種工作方式。這4種方式波特率的計(jì)算方法不同：方式0和方式

18、2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1或T2（AT89S52）的溢出率控制。,41,行業(yè)相關(guān),1 方式0和方式2的波特率,方式0中，每個機(jī)器周期發(fā)送或接收1位數(shù)據(jù)， 且不受SMOD的影響。 方式2的波特率取決于PCON中SMOD之值。 當(dāng)SMOD0時，波特率為fosc的164； 若SMOD1，則波特率為fosc的132，即：,42,行業(yè)相關(guān),2方式1和方式3的波特率,80C51串行口方式1和方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD的值決定，即： T1溢出率取決于計(jì)數(shù)速率和定時器的預(yù)置值。 計(jì)數(shù)速率與TMOD寄存器中CT的狀態(tài)有關(guān)。 當(dāng)CT0時，計(jì)數(shù)速率fosc1

19、2； 當(dāng)CT1時，計(jì)數(shù)速率取決于外部輸入時鐘頻率。,43,行業(yè)相關(guān),當(dāng)定時器T1作波特率發(fā)生器使用時，通常是選用自動重裝載方式，即方式2。設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，那么每過（256X）個機(jī)器周期，定時器1就會產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而產(chǎn)生不必要的中斷，此時應(yīng)禁止T1中斷。溢出周期為： 溢出率為溢出周期之倒數(shù)，所以： 則定時器T1方式2的初始值為：,44,行業(yè)相關(guān),表7.2 定時器T1的常用波特率,45,行業(yè)相關(guān),【例1】已知80C51單片機(jī)時鐘振蕩頻率為11.0592MHz選用定時器T1工作方式2作波特率發(fā)生器，波特率為2400波特，求時間常數(shù)。 解：設(shè)波特率控制位SMOD0,定時器T1的時間常數(shù)為

20、： 所以TH1TL1F4H。,46,行業(yè)相關(guān),由于上述公式包含除法，所以當(dāng)晶振頻率與波特率不同時，計(jì)算值有時會有一定誤差。例如，如果晶振頻率為12MHz，波特率要求為2400，在SMOD=0時，TH1=F3H，波特率的實(shí)際計(jì)算值為2404，誤差為0.11。但如果2個單片機(jī)的波特率相同，例如均為2404，則不會影響通信；如果2個單片機(jī)的波特率誤差超過2.5，則可能會引起通信錯誤。,47,行業(yè)相關(guān),AT89S52單片機(jī)的定時器T2也可作為波特率發(fā)生器。,48,行業(yè)相關(guān),7.3 串行通信工作方式,通過軟件編程可使串行通信有4種工作方式。,49,行業(yè)相關(guān),731 方式0,在方式0下，串行口作同步移位寄

21、存器用，以8位數(shù)據(jù)為1幀，先發(fā)送或接收最低位，每個機(jī)器周期發(fā)送或接收一位，故其波特率是固定的，為fosc12。串行數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）端輸入或輸出。同步移位脈沖由TXD（P3.1）端送出。這種方式常用于擴(kuò)展I/O口。采用不同的指令實(shí)現(xiàn)輸入或輸出。,50,行業(yè)相關(guān),（1）發(fā) 送 當(dāng)執(zhí)行“MOV SBUF，A”指令時，CPU將1字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖寄存器SBUF（99H），串行口即把8位數(shù)據(jù)以fosc12的波特率從RXD端送出（低位在前）。發(fā)送完成后，置中斷標(biāo)志位TI為1。如要繼續(xù)發(fā)送應(yīng)將TI清0。,51,行業(yè)相關(guān),（2）接 收 由于REN是串行口允許接收控制位，因此在準(zhǔn)備接收時，首先要用軟

22、件置REN為1，使其允許接收；然后，執(zhí)行“MOV A，SBUF”指令，CPU即開始從RXD端以fosc12波特率輸入數(shù)據(jù)（低位在前），當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)時，置中斷標(biāo)志RI為1。讀取數(shù)據(jù)后，一定要將RI清0。,52,行業(yè)相關(guān),串行控制寄存器中，TB8和RB8位在方式0中未用。每當(dāng)發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)時，由硬件將發(fā)送中斷TI或接收中斷RI標(biāo)志置位。不管是中斷方式還是查詢方式，都不會清除TI或RI標(biāo)志，必須用軟件清0。在方式0中，SM2位必須為0。,53,行業(yè)相關(guān),圖73 串行口結(jié)構(gòu)框圖,54,行業(yè)相關(guān),732 方式1,在方式1下，串行口為10位通用異步接口。發(fā)送或接收1幀數(shù)據(jù)，包括1位起始位“0”、

23、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位“1”，其傳送波特率可調(diào)。,55,行業(yè)相關(guān),（1）發(fā) 送 當(dāng)執(zhí)行“MOV SBUF，A”指令時，CPU將1字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖寄存器SBUF（99H），就啟動發(fā)送器發(fā)送，數(shù)據(jù)從引腳TXD（P31）端輸出。當(dāng)發(fā)送完1幀數(shù)據(jù)后，TI標(biāo)志置1，在中斷方式下將申請中斷，通知CPU可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。如要繼續(xù)發(fā)送，必須將TI清0。,56,行業(yè)相關(guān),圖73 串行口結(jié)構(gòu)框圖,57,行業(yè)相關(guān),（2）接 收 接收時，先使REN置1，使串行口處于允許接收狀態(tài)，RI標(biāo)志為0，串行口采樣引腳RXD（P30）。當(dāng)采樣到1至0的跳變時，確認(rèn)是起始位“0”，就開始接收1幀數(shù)據(jù)。當(dāng)停止位到來時，RB8

24、位置1，同時，中斷標(biāo)志位RI也置1，在中斷方式下將申請中斷，通知CPU從SBUF取走接收到的1個數(shù)據(jù)。 不管是中斷方式，還是查詢方式，都不會清除TI或RI標(biāo)志，必須用軟件清0。,58,行業(yè)相關(guān),733 方式2和方式3,方式2和方式3均為11位異步通信方式，只是波特率的設(shè)置方法不同，其余完全相同。這兩種方式發(fā)送或接收1幀的信息包括1位起始位“0”、8位數(shù)據(jù)位、1位可編程位和1位停止位“1”。其信息傳送波特率與SMOD有關(guān)。,59,行業(yè)相關(guān),（1）發(fā) 送 發(fā)送前，首先根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（如作奇偶校驗(yàn)位或地址數(shù)據(jù)標(biāo)識位），然后，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF即可啟動發(fā)送器。 發(fā)送過程是由執(zhí)行任

25、何一條以SBUF作為目的寄存器的指令而啟動的(寫SBUF指令)，把8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，同時，串行口還自動把TB8裝到發(fā)送移位寄存器的第9位數(shù)據(jù)位置上，并通知發(fā)送控制器要求進(jìn)行一次發(fā)送，然后即從TXD（P31）端輸出1幀數(shù)據(jù)。,60,行業(yè)相關(guān),圖73 串行口結(jié)構(gòu)框圖,61,行業(yè)相關(guān),（2）接 收 在接收時，先置位REN為1，使串行口處于允許接收狀態(tài)，同時還要將RI清0。在滿足這個條件的前提下，再根據(jù)SM2的狀態(tài)（因?yàn)镾M2是方式2和方式3的多機(jī)通信控制位）和所接收到的RB8的狀態(tài)，才能決定此串行口在信息到來后是否會使RI置1。如果RI置1，在中斷方式下將申請中斷，接收數(shù)據(jù)。 當(dāng)SM2=0時，不

26、管RB8為0還是為1，RI都置1，此串行口將接收發(fā)來的信息。 當(dāng)SM2=1，且RB8為1時，表示在多機(jī)通信情況下，接收的信息為地址幀，此時RI置1。串行口將接收發(fā)來的地址。 當(dāng)SM2=1，且RB8為0時，表示接收的信息為數(shù)據(jù)幀，但不是發(fā)給本從機(jī)的，此時RI不置1，因而SBUF中所接收的數(shù)據(jù)幀將丟失。,62,行業(yè)相關(guān),在方式2和方式3下，同樣不管是中斷方式，還是查詢方式，都不會清除TI或RI標(biāo)志。在發(fā)送和接收之后，也都必須用軟件清TI和RI位。,63,行業(yè)相關(guān),734 多機(jī)通信,80C51的方式2和方式3有一個專門的應(yīng)用領(lǐng)域，即多機(jī)通信。這一功能使它可以方便地應(yīng)用于集散式分布系統(tǒng)中。這種系統(tǒng)采用

27、一臺主機(jī)和多臺從機(jī)。,圖74 多機(jī)通信連接圖,64,行業(yè)相關(guān),多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)，主要靠主、從機(jī)之間正確地設(shè)置與判斷多機(jī)通信控制位SM2和發(fā)送或接收的第9數(shù)據(jù)位（D8）。 在編程前，首先要給各從機(jī)定義地址編號，如分別為00H、01H、02H。當(dāng)主機(jī)想發(fā)送一數(shù)據(jù)塊給幾個從機(jī)中的一個時，它首先送出一個地址字節(jié)，以辨認(rèn)從機(jī)。地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)可用第9數(shù)據(jù)位(TB8)來區(qū)別，地址為1，數(shù)據(jù)為0。所以，在主機(jī)發(fā)送地址幀時，地址數(shù)據(jù)標(biāo)識位TB8應(yīng)設(shè)置為“1”，以表示是地址幀。 如：MOVSCON，#0D8H；設(shè)串行口為方式3， TB8置“1”，準(zhǔn)備發(fā)地址,65,行業(yè)相關(guān),此時，所有的從機(jī)初始化時均置SM21，

28、使它們只處于接收地址幀的狀態(tài)。 如：MOVSCON，#0F0H；置串行口為方式3， SM21，允許接收 當(dāng)從機(jī)接收到從主機(jī)發(fā)來的信息后，第9位RB8若為“1”，則置位中斷標(biāo)志RI，并在中斷后判斷主機(jī)送來的地址與本從機(jī)地址是否相符。若相符，則被尋址的從機(jī)就清除其SM2標(biāo)志，即SM20，準(zhǔn)備接收即將從主機(jī)送來的數(shù)據(jù)幀；未被選中的從機(jī)仍保持SM21。,66,行業(yè)相關(guān),當(dāng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，應(yīng)置TB80。此時，雖然各從機(jī)都能接收到，但由于TB80，所以只有SM20的那個被尋址的從機(jī)才能接收到數(shù)據(jù)，那些未被選中的從機(jī)將不理睬進(jìn)入到串行口的數(shù)據(jù)字節(jié)，繼續(xù)進(jìn)行它們自己的工作，直到一個新的地址字節(jié)到來，這樣就實(shí)

29、現(xiàn)了主機(jī)控制的主從機(jī)之間的通信。 綜上所述，通信只能在主從機(jī)之間進(jìn)行，從機(jī)之間的通信只有經(jīng)主機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。,67,行業(yè)相關(guān),多機(jī)之間的通信過程可歸納如下： （1）主、從機(jī)均初始化為方式2或方式3，置SM21，允許中斷。 （2）主機(jī)置TB81，發(fā)送要尋址的從機(jī)地址。 （3）所有從機(jī)均接收主機(jī)發(fā)送的地址，并進(jìn)行地址比較。 （4）被尋址的從機(jī)確認(rèn)地址后，置本機(jī)SM20，向主機(jī)返回地址，供主機(jī)核對。 （5）核對無誤后，主機(jī)向被尋址的從機(jī)發(fā)送命令，通知從機(jī)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。 （6）通信只能在主、從機(jī)之間進(jìn)行，兩個從機(jī)之間的通信需通過主機(jī)作中介。 （7）本次通信結(jié)束后，主、從機(jī)重置SM21，主機(jī)可再對其他從機(jī)

30、尋址。,68,行業(yè)相關(guān),在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閱纹瑱C(jī)功能有限，因而在較大的測控系統(tǒng)中，常常把單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)作為前端機(jī)（下位機(jī)或從機(jī)）直接用于控制對象的數(shù)據(jù)采集與控制，而把PC機(jī)作為中央處理機(jī)（上位機(jī)或主機(jī)）用于數(shù)據(jù)處理和對下位機(jī)的監(jiān)控管理。它們之間的信息交換主要是采用串行通信，此時單片機(jī)可直接利用其串行接口，而PC機(jī)可利用其配備的8250或8251、16450等可編程串行接口芯片。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的關(guān)鍵是在通信協(xié)議的約定上要一致，例如，應(yīng)設(shè)定相同的波特率及幀格式等。在正式工作之前，雙方應(yīng)先互發(fā)聯(lián)絡(luò)信號，以確保通信收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。,69,行業(yè)相關(guān),74 串行口應(yīng)用舉例,本節(jié)將介紹串行口在

31、作IO擴(kuò)展及一般異步通信和多機(jī)通信中的應(yīng)用原理及實(shí)例。,70,行業(yè)相關(guān),741 用串行口擴(kuò)展IO口,串行口的方式0主要用于擴(kuò)展并行IO口。此處將給出實(shí)用線路和簡單的控制指令。,71,行業(yè)相關(guān),例7.1 用并行輸入8位移位寄存器74HC165擴(kuò)展16位并行輸入口。編程實(shí)現(xiàn)從16位擴(kuò)展口讀入20字節(jié)數(shù)據(jù)，并把它們轉(zhuǎn)存到內(nèi)部RAM的50H63H中。,圖75 利用串行口擴(kuò)展輸入口,72,行業(yè)相關(guān),解：在此采用74HC165與單片機(jī)相連實(shí)現(xiàn)I/O口擴(kuò)展，是利用80C51的3根口線擴(kuò)展為16根輸入口線的實(shí)用電路，其由2塊74HC165串接而成。74HC165是并入串出移位寄存器（也可選用其他同樣功能的CM

32、OS器件）。圖中，CK為時鐘脈沖輸入端，D0D7為并行輸入端，SIN、QH分別為數(shù)據(jù)的輸入、輸出端。前級的數(shù)據(jù)輸出端QH與后級的信號輸入端SIN相連。S/L=0時，允許并行置入數(shù)據(jù)；S/L=1時，允許串行移位。,73,行業(yè)相關(guān),MOVR7，#20；設(shè)置讀入字節(jié)數(shù) MOVR0，#50H；設(shè)片內(nèi)RAM指針 SETBF0；設(shè)置讀入字節(jié)奇偶數(shù)標(biāo)志 RCV0：CLRP1.0；允許并行置入數(shù)據(jù) SETBP1.0；允許串行移位 RCV1：MOVSCON，#10H；設(shè)串行口方式0并啟動接收 JNBRI，$；等待接收一幀數(shù)據(jù) CLRRI；清接收中斷標(biāo)志 MOVA，SBUF；取緩沖器數(shù)據(jù) MOVR0，A INCR

33、0 CPLF0 JBF0，RCV2；判是否接收完偶數(shù)幀，接收完則 DECR7 重新并行置入 SJMPRCV1；否則再接收一幀 RCV2：DJNZR7，RCV0；判是否已讀入預(yù)定的字節(jié)數(shù) ；對讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,74,行業(yè)相關(guān),程序中F0用來作讀入字節(jié)數(shù)的奇偶性標(biāo)志。由于每次由擴(kuò)展口并行置入到移位寄存器的是2個字節(jié)數(shù)據(jù)，置入1次，串行口應(yīng)接收2幀數(shù)據(jù)。故已接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為奇數(shù)時F00，不再并行置入數(shù)據(jù)就直接啟動接收過程；否則F01，在啟動接收過程前，應(yīng)該先在外部移位寄存器中置入新的數(shù)據(jù)。,75,行業(yè)相關(guān),【例72】 用2片8位串入并出移位寄存器74HC164作擴(kuò)展輸出口。 編程使這16個發(fā)光二極

34、管交替為間隔點(diǎn)亮狀態(tài)，循環(huán)交替時間為2s。,圖76 利用串行口擴(kuò)展輸出接口,76,行業(yè)相關(guān),74HC164是串行輸入、并行輸出移位寄存器。Q0Q7為并行輸出端；A、B為串行輸入端；CLR為清除端，零電平時，使74HC164輸出清“0”；CK為時鐘脈沖輸入端，在CK脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位。在CK0，CLR1時，74HC164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)。 由于74HC164無并行輸出控制端，在串行輸入過程中其輸出端的狀態(tài)會不斷變化，故在某些使用場合，在74HC164與輸出裝置之間還應(yīng)加上輸出可控的緩沖級（如74HC244），以便在串行輸入過程結(jié)束后再輸出。圖中的輸出裝置是16位發(fā)光二極管。由于74HC1

35、64在低電平輸出時允許通過的電流可達(dá)8mA，故不需再加驅(qū)動電路。,77,行業(yè)相關(guān),ST：MOVSCON，#00H；設(shè)串行口為方式0 MOVA，#55H；二極管間隔點(diǎn)亮初值 LP2：MOVR0，#2；輸出口字節(jié)數(shù) CLRP1.0；對74HC164清0 SETBP1.0；允許數(shù)據(jù)串行移位 LP1：MOVSBUF，A；啟動串行口發(fā)送 JNBTI，$；等待1幀發(fā)送結(jié)束 CLRTI；清串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位 DJNZR0，LP1；判斷預(yù)定字節(jié)數(shù)發(fā)送完否 LCALLDEL2s；調(diào)延時2s子程序（略） CPLA；交替點(diǎn)亮二極管 SJMPLP2；循環(huán)顯示,78,行業(yè)相關(guān),從理論上講，74HC164或74HC16

36、5可以無限地串級上去，進(jìn)一步擴(kuò)展輸入輸出并行口，但這種擴(kuò)展方法，輸入輸出的速度不高，移位時鐘頻率為fosc12。若fosc=12MHz，則每移1位需1s。,79,行業(yè)相關(guān),742 用串行口進(jìn)行異步通信,圖77 雙機(jī)異步通信連接圖,80,行業(yè)相關(guān),【例73】 編程把甲機(jī)片內(nèi)RAM的60H7FH單元中的數(shù)據(jù)塊從串行口輸出。定義在工作方式3下發(fā)送，TB8用作奇偶校驗(yàn)位。采用定時器T1方式2作波特率發(fā)生器，波特率為4800，fosc=11.0592MHz，定時器初始預(yù)置值TH1=TL1=0FAH。 編程使乙機(jī)從甲機(jī)接收32個字節(jié)數(shù)據(jù)塊，并存入片外1000H101FH單元。接收過程中要求判奇偶校驗(yàn)標(biāo)志R

37、B8。若出錯，則置F0標(biāo)志為1，若正確則置F0標(biāo)志為0，然后返回。,81,行業(yè)相關(guān),解：編寫發(fā)送子程序如下： MOVTMOD，#20H；設(shè)置定時器T1為方式2 MOVTL1，#0FAH；設(shè)預(yù)置值 MOVTH1，#0FAH SETBTR1；啟動定時器T1 MOVSCON，#0C0H；設(shè)置串行口為方式3 MOVPCON，#00H ；SMOD0 MOVR0，#60H；設(shè)數(shù)據(jù)決指針 MOVR7，#20H；設(shè)數(shù)據(jù)長度20H TRS: MOVA，R0；取數(shù)據(jù)送至A MOVC，P MOVTB8，C；奇偶位P送至TB8 MOVSBUF，A；數(shù)據(jù)送至SBUF，啟動發(fā)送 WAIT：JNBTI，$；判1幀是否發(fā)送完

38、 CLRTI INCR0；更新數(shù)據(jù)單元 DJNZR7，TRS；循環(huán)發(fā)送至結(jié)束 RET；返回,82,行業(yè)相關(guān),在進(jìn)行雙機(jī)通信時，兩機(jī)應(yīng)用相同的工作方式和波特率，因而接收子程序編程如下： MOVTMOD，#20H；設(shè)置定時器T1為方式2 MOVTL1，#0FAH；設(shè)預(yù)置值 MOVTH1，#0FAH SETBTR1；啟動定時器T1 MOVSCON，#0C0H；設(shè)置串行口為方式3 MOVPCON，#00H；SMOD0 MOVDPTR，#1000H；設(shè)置數(shù)據(jù)塊指針 MOVR7，#20H；設(shè)數(shù)據(jù)塊長度 SETBREN；允許接收 WAIT：JNBRI，；判斷1幀是否接收完 CLRRI MOVA，SBUF；讀

39、入1幀數(shù)據(jù) JNBPSW.0，PZ；奇偶位P為0，則轉(zhuǎn) JNBRB8，ERR；P=1，RB8=0，則出錯 SJMPYES；二者全為1，則正確,83,行業(yè)相關(guān),PZ：JBRB8，ERR；二者全為0，則正確；P0，RB81，則出錯 YES：MOVXDPTR，A；正確，存放數(shù)據(jù) INCDPTR；修改地址指針 DJNZR7，WAIT；判斷數(shù)據(jù)塊接收完否 CLRPSW.5；接收正確，且接收完，清F0標(biāo)志 RET；返回 ERR：SETBPSW.5；出錯，則置F0標(biāo)志為1 RET；返回 上例是在方式3下進(jìn)行收發(fā)，用奇偶位進(jìn)行校驗(yàn)。,84,行業(yè)相關(guān),85,行業(yè)相關(guān),在方式1下進(jìn)行雙機(jī)通信，用累加和進(jìn)行校驗(yàn)的方法。 【例74】 設(shè)甲機(jī)發(fā)送乙機(jī)接收，波特率為2400波特，兩機(jī)晶振均為6MHz。要求甲機(jī)將外部數(shù)據(jù)存儲器4000H40FFH