1、1第8講 串行通訊2本講課程主要內(nèi)容（1）串行通訊的基本概念及MCS-51串行口的SFR（2）串行口的工作方式（3）串行口波特率的制定（4）串行口的編程方法（5）多機(jī)通訊3串行通訊的基本概念通訊的基本方式：串行通訊與并行通訊串行同步通訊、串行異步通訊 單工、半雙工和全雙工串行通訊 4并行通訊、串行通訊并行通訊：數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送串行通訊：數(shù)據(jù)一位一位順序傳送5串行異步通訊、串行同步通訊 異步通訊，每個(gè)數(shù)據(jù)都要用起始位和停止位作為傳送數(shù)據(jù)開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志。同步通訊，具有數(shù)據(jù)端和時(shí)鐘端，雙方依靠時(shí)鐘同步。6單工、半雙工、全雙工串行通訊單工：僅能發(fā)送或接收半雙工：能發(fā)送、接收，但發(fā)送與接收不能同時(shí)進(jìn)行全

2、雙工：能夠同時(shí)進(jìn)行發(fā)送與接受。MCS-51可以進(jìn)行全雙工的串行通訊7MCS-51串行口的基本結(jié)構(gòu)發(fā)送器：將CPU送來(lái)的并行數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送移位寄存器變?yōu)榇袛?shù)據(jù)逐位發(fā)送，并自動(dòng)添加起始位、停止位和第9位數(shù)據(jù)。接收器：將接收到的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)接收移位寄存器變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，去掉起始位、停止位后，將正確數(shù)據(jù)送到接收數(shù)據(jù)緩沖器，供CPU讀取?？刂破鳎航邮誄PU送來(lái)的編程命令，按選定方式實(shí)現(xiàn)對(duì)串行接口的控制。主要控制參數(shù)有：傳送波特率的選擇、數(shù)據(jù)格式的選擇等。另外還與CPU交換狀態(tài)信號(hào)和中斷信號(hào)。 串行接口邏輯部件框圖8串行口的基本結(jié)構(gòu)SCON為串行口控制/狀態(tài)寄存器，通過(guò)編程寫(xiě)入SCON的控制位可選擇串行口

3、的工作方式，讀出SCON的狀態(tài)位可查詢串行口的工作狀態(tài)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1可被用做串行口的波特率發(fā)生器。有可控分頻電路影響數(shù)據(jù)傳送波特率。串行口信息的發(fā)送/接收是通過(guò)寫(xiě)/讀數(shù)據(jù)緩沖器SBUF來(lái)實(shí)現(xiàn)的。9串行口的SFR串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(99H) 串行口有兩個(gè)8位數(shù)據(jù)緩沖器，一個(gè)是發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，一個(gè)是接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF。它們共用一個(gè)地址99H，發(fā)送SBUF只能寫(xiě)入，而接收SBUF只能讀出。 通過(guò)指令區(qū)分：MOV SBUF,A MOV A,SBUF控制寄存器SCON (98H)SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI節(jié)電控制寄存器PCON(87H) SMOD (D

4、7)復(fù)位后狀態(tài)均為00H 10串行口控制寄存器SCON SM0、SM1：串行口4種工作方式選擇位 SM2：方式2和方式3中的多機(jī)通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，則當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)為0時(shí)，不激活接收中斷標(biāo)志RI(RI=1)。在方式1中，如SM2=1，則只有當(dāng)接收到有效停止位時(shí)才激活RI，若沒(méi)有接收到有效停止位，則RI清0。在方式0中，SM2必須為0。 REN：允許串行接收位。REN=1允許接收； REN=0禁止接收，由軟件置位或清零。 TB8：是工作在方式2和3時(shí)，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)?？捎绍浖?或清0。在許多的通訊協(xié)議中該位是奇偶校驗(yàn)位。在多機(jī)通訊中用來(lái)表示是地址幀

5、還是數(shù)據(jù)幀，TB8=1為地址幀，TB80為數(shù)據(jù)幀。11串行口控制寄存器SCONRB8：當(dāng)工作在方式2和3時(shí)，為接收到的第9位數(shù)據(jù)。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位，在方式0串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)由硬件置1，或在其它方式串行發(fā)送停止位后置1，并申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)中斷后，可發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，TI必須由軟件清0。RI：為接收結(jié)束中斷標(biāo)志。在方式0中，當(dāng)接收到一幀數(shù)據(jù)的第8位結(jié)束時(shí)，RI=1。在其他方式中，接收到停止位后，RI=1，表示可讀取接收SBUF中的內(nèi)容。RI必須用軟件清0。 每次發(fā)送和接收前，要注意先將TI和RI標(biāo)志位清0 。 串行口作為一個(gè)中斷源，中斷入口地址只有一個(gè)(0023H)，當(dāng)用中斷方式同時(shí)

6、進(jìn)行發(fā)送和接收時(shí)，可通過(guò)查詢TI和RI狀態(tài)，確定是發(fā)送還是接收結(jié)束引起的中斷。 12節(jié)電控制寄存器PCON PCON主要用于節(jié)電運(yùn)行方式控制， PCON.7用做串行口波特率加倍控制位。當(dāng)設(shè)定SMOD=1時(shí)，波特率加倍，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率不加倍。 13串行口的工作方式SM0、SM1工作方式選擇位14方式 0 ：(SM0=0 SM1=0)串行口方式0為8位數(shù)據(jù)同步移位寄存器方式。RXD引腳為同步數(shù)據(jù)的輸入/輸出端，TXD引腳為同步移位脈沖輸出端。一個(gè)數(shù)據(jù)幀為8位，每一個(gè)移位脈沖對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)幀的一個(gè)數(shù)據(jù)位。方式0的波特率固定為fosc/12。15方式0的說(shuō)明:寫(xiě)入SCON使REN=0，TI=0；然

7、后執(zhí)行寫(xiě)入SBUF的指令，8位數(shù)據(jù)裝入發(fā)送SBUF，硬件啟動(dòng)串行口發(fā)送器進(jìn)行一次發(fā)送。通過(guò)發(fā)送移位寄存器將8位數(shù)據(jù)逐位送到RXD引腳，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)發(fā)送一位數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的每一位，由TXD引腳同步輸出一個(gè)移位脈沖。發(fā)送完一幀，自動(dòng)置位TI標(biāo)志，并申請(qǐng)串行口中斷。若CPU響應(yīng)中斷，則將從0023H單元開(kāi)始執(zhí)行串行口的中斷服務(wù)程序。 寫(xiě)入SCON使REN = 1、RI = 0，將啟動(dòng)串行口接收器開(kāi)始接收。由TXD輸出移位脈沖，每對(duì)應(yīng)一個(gè)移位脈沖，采樣一次RXD引腳信號(hào)。每個(gè)機(jī)器周期采樣一次RXD引腳，采到的數(shù)據(jù)位送入接收移位寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一幀，自動(dòng)置位RI標(biāo)志，申請(qǐng)串

8、行口中斷，并將接收下來(lái)的8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF。若CPU響應(yīng)中斷，則從0023H單元開(kāi)始執(zhí)行串行口的中斷服務(wù)程序。串行口方式0常用于擴(kuò)展單片機(jī)的并行I/O口，也可外接串行同步I/O設(shè)備。用方式0輸入/輸出數(shù)據(jù)皆通過(guò)RXD端，因此方式0為半雙工方式，只能分時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。 16方式1（SM0=0 SM1=1） 功能說(shuō)明：串行口方式1為8位數(shù)據(jù)全雙工異步通信方式。TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)端，RXD為接收數(shù)據(jù)端。一個(gè)數(shù)據(jù)幀為10位，包含8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位“0”和1個(gè)停止位“1”。串行口用方式1工作時(shí)，使用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，波特率的設(shè)定以T1的溢出率為基準(zhǔn)，波特率計(jì)算式為：(2SMOD/32

9、)T1溢出率。 17方式1的時(shí)序圖18方式1功能說(shuō)明執(zhí)行寫(xiě)入SBUF指令，將8位數(shù)據(jù)裝入發(fā)送SBUF，并啟動(dòng)發(fā)送器進(jìn)行一次發(fā)送：先將起始位“0”送到TXD引腳，再?gòu)牡偷礁咧鹞话l(fā)送8位數(shù)據(jù)，最后發(fā)送停止位“1”。每位發(fā)送占用的時(shí)間由設(shè)定的波特率決定。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)，置位TI標(biāo)志，申請(qǐng)串行口中斷。當(dāng)REN=1時(shí)，允許接收器準(zhǔn)備接收。開(kāi)始，以16倍于波特率的速率檢測(cè)RXD引腳的負(fù)跳變，當(dāng)檢測(cè)到負(fù)跳變后，啟動(dòng)一次接收，接收完一幀信息，判斷是否滿足條件：RI = 0，而且停止位為1(或SM2=0)。若同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，則置位RI標(biāo)志，申請(qǐng)串行口中斷，并將接收的8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，停止位裝入RB8

10、；否則接收無(wú)效，丟失所接收的一幀信息，且不影響RI標(biāo)志。一位時(shí)間以后，接收器重新開(kāi)始檢測(cè)RXD端的負(fù)跳變，以準(zhǔn)備接收下一幀數(shù)據(jù)。19方式2、方式3 串行口方式2和方式3皆為9位數(shù)據(jù)全雙工異步通信方式，比串行口方式1增加了第9位數(shù)據(jù)位。TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)端，RXD為接收數(shù)據(jù)端。一幀信息有11位，包括9位數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位“0”和1個(gè)停止位“1”。發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位在TB8中，接收數(shù)據(jù)的第9位存入RB8中。第9位數(shù)據(jù)位也稱(chēng)為可編程位，常用做奇偶校檢位或多機(jī)通信中的地址/數(shù)據(jù)識(shí)別位。 串行口的方式2與方式3的唯一差別是波特率設(shè)定方法不同，方式2的波特率以系統(tǒng)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，計(jì)算式為：(2SMOD/64)fo

11、sc。方式3的波特率與方式1的相同，計(jì)算式為：(2SMOD/32)T1溢出率。 20方式2、3的時(shí)序21方式2、3的功能說(shuō)明發(fā)送時(shí)，應(yīng)先將發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位送入TB8，再寫(xiě)入8位數(shù)據(jù)到發(fā)送SBUF，使發(fā)送器啟動(dòng)一次發(fā)送，將一幀數(shù)據(jù)逐位送到TXD引腳：發(fā)送起始位“0”之后，再發(fā)送SBUF中的8位數(shù)據(jù)，接著發(fā)送TB8中的第9位，最后發(fā)送停止位“1”。一幀發(fā)送結(jié)束，置位TI標(biāo)志，申請(qǐng)串行口中斷。方式2和方式3的接收過(guò)程和方式1的接收過(guò)程基本相同，但RB8中裝入的是接收數(shù)據(jù)的第9位，而不是停止位。接收有效必須同時(shí)滿足的兩個(gè)條件改為：RI=0，且接收的第9位數(shù)據(jù)位為1(或SM2=0)。當(dāng)正確接收到一幀數(shù)據(jù)

12、后，前面8位數(shù)據(jù)進(jìn)入接收SBUF，第9位數(shù)據(jù)進(jìn)入RB8。 22波特率的制定波特率的定義：串行口每秒鐘發(fā)送或者接收的位數(shù)。串行口方式0的波特率是固定的，為系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻(fosc/12)，即每個(gè)機(jī)器周期傳送一位數(shù)據(jù)位。串行口用方式2工作時(shí)，波特率為(2SMOD/64)fosc 。SMOD為PCON中的D7位，即波特率加倍選擇位。方式2可有兩種波特率供選擇，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為fosc/64；當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率則為fosc/32 。串行口方式1和方式3用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其波特率有多種選擇，與T1的溢出率有關(guān)。 波特率= (2SMOD32)T1溢出率 23定時(shí)器T1產(chǎn)生波

13、特率的計(jì)算T1溢出率：T1溢出時(shí)間的倒數(shù)。T1用于波特率發(fā)生器時(shí)一般工作于非門(mén)控定時(shí)器方式2，即常數(shù)自動(dòng)重裝入方式。 TH1 = TL1 為T(mén)1的時(shí)間常數(shù) 24定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率的計(jì)算串行口用方式1和方式3工作時(shí)，當(dāng)需要很低的波特率時(shí)，也可選擇T1工作于方式1，但需利用T1溢出中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件重裝初值，T1用方式1工作時(shí)溢出率為： N為T(mén)1溢出后用軟件重裝初值所需的機(jī)器周期數(shù)。 25T1產(chǎn)生的常用波特率26波特率計(jì)算的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：1）波特率的相對(duì)誤差不大于2.5%2）注意SMOD位對(duì)波特率的影響例如：通訊波特率設(shè)為2400，晶振頻率為6MHz，計(jì)算T1的計(jì)時(shí)常數(shù)。當(dāng)SMOD=0時(shí)，計(jì)時(shí)常數(shù)約

14、為249，相對(duì)誤差7%。當(dāng)SMOD=1時(shí)，計(jì)時(shí)常數(shù)約為243，相對(duì)誤差0.16%。27串行口的編程舉例設(shè)定波特率設(shè)定串行口的工作方式設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序或查詢程序 注意對(duì)TI、RI的處理（硬件置位、軟件清零）28MCS-51雙機(jī)串行通訊的實(shí)現(xiàn)如何進(jìn)行物理連線？波特率的選擇？工作方式的選擇？如何編程實(shí)現(xiàn)？29雙機(jī)串行通訊的實(shí)現(xiàn)-1正確進(jìn)行物理接線30雙機(jī)串行通訊的實(shí)現(xiàn)-2設(shè)定一致的波特率設(shè)定一致的串行口工作方式分別設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序或查詢程序 注意對(duì)TI、RI的處理 （硬件置位、軟件清零）31方式3發(fā)送50H5FH的內(nèi)容待發(fā)送的16個(gè)字節(jié)存放在片內(nèi)RAM中 地址為50H5FH串行口波特率為2400波特

15、率發(fā)生器T1工作于方式2， 且SMOD=0晶振為11.0592MHz計(jì)算得到TL1的初值為F4H。串行口工作于方式3第9位發(fā)送奇偶校驗(yàn)位32例1：方式3發(fā)送50H5FH中內(nèi)容-1 ORG0000H；復(fù)位入口AJMPMAINORG0023H；串行口中斷入口AJMPL1ORG0100H；主程序入口MAIN：MOVSCON，#0C0H；串行口初始化，用方式3發(fā)送，TI=0 MOV PCON，#00H；SMOD=0 MOV TMOD，#20H ；T1方式2定時(shí)MOV TL1，#0F4H ；寫(xiě)入T1時(shí)間常數(shù) MOVTH1，#0F4H SETBTR1；啟動(dòng)T1SETBEASETBES；允許串行口中斷MOV

16、R0，#50H；設(shè)數(shù)據(jù)指針 MOV R7，#10H；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度LOOP： MOV A，R0；取一個(gè)字符 MOV C，P；加奇偶校驗(yàn) MOV TB8，C MOV SBUF，A；發(fā)送一個(gè)字符HERE：SJMPHERE；CPU原地循環(huán)，等待發(fā)送結(jié)束33例1：方式3發(fā)送50H5FH中內(nèi)容-2L1： CLRTI ；中斷服務(wù)程序， 發(fā)送結(jié)束標(biāo)志位清0 DJNZR7，NEXT；發(fā)送完全部字符? CLRES ；已發(fā)送完，關(guān)閉串行口中斷 SJMPTENDNEXT： INC R0 ；未發(fā)送完，修改指針MOV A，R0 ；取下一個(gè)字符MOV C，P ；加奇偶校驗(yàn)MOV TB8，C MOV SBUF，A；再次發(fā)送一個(gè)字

17、符TEND： RETI ；中斷返回主程序34例2：方式3接收接收到的16個(gè)字節(jié)存放在片內(nèi)RAM中地址為50H5FH串行口波特率為2400波特率發(fā)生器T1工作于方式2， 且SMOD=0晶振為11.0592MHz計(jì)算得到TL1的初值為F4H。串行口工作于方式3奇偶校驗(yàn)方式判斷接收數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)設(shè)校驗(yàn)出錯(cuò)標(biāo)志位為F035MAIN: MOVSCON，#0D0H；串行口方式3允許接收，RI=0 MOV PCON，#00H；SMOD=0 MOV TMOD，#20H ；T1方式2定時(shí) MOV TL1，#0F4H ；寫(xiě)入T1時(shí)間常數(shù) MOVTH1，#0F4H SETBTR1 ；啟動(dòng)T1 LCALL AAAA S

18、JMP $方式3接收-查詢36方式3接收-查詢AAAA: MOVR0，#50H；設(shè)數(shù)據(jù)指針 MOVR7，#10H；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度WAIT： JBCRI，NEXT ；查詢RI標(biāo)志，等待串行口接收結(jié)束 SJMPWAITNEXT： MOVA，SBUF ；讀取一個(gè)接收字符 JNB P，COMP ；進(jìn)行奇偶校驗(yàn) JNB RB8，ERR ；PRB8，數(shù)據(jù)出錯(cuò) SJMP RIGHT ；P=RB8，數(shù)據(jù)正確COMP：JB RB8，ERRRIGHT：MOV R0，A ；保存一個(gè)字符到片內(nèi)RAM INC R0 ；修改指針 DJNZ R7，WAIT；全部字符接收完? CLR F0 ；F0 =0，接收數(shù)據(jù)全部正確 RET ；返回主程序ERR： SETBF0 ；F0 =1，接收數(shù)據(jù)出錯(cuò) RET ；返回主程序37雙機(jī)通訊小結(jié)物理接線: TXD-RXD、RXD-TXD、共地必須一致的波特率必須一致的工作方式各自的發(fā)送和接收程序可以不同38多機(jī)通訊 主機(jī)與各從機(jī)實(shí)現(xiàn)全雙工通信，而各從機(jī)之間只能通過(guò)主機(jī)交換信息。下圖是由MCS-51構(gòu)成的的集散式分布系統(tǒng) 39多機(jī)通訊的基本原理多機(jī)通信控制位SM2的使用：當(dāng)串行口以方式2(或方式3)接收時(shí)，若SM2=1，則只有接收到第9位數(shù)據(jù)為1，才將接收的數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，并置位RI標(biāo)志；否則，不會(huì)置位RI，也不產(chǎn)生中斷請(qǐng)