單片機(jī)原理與應(yīng)用廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系陳志英第七章MCS-51的串行口當(dāng)設(shè)備需要與外界其它設(shè)備進(jìn)行信息交換時(shí)，需要通信接口。通信接口的性質(zhì)主要應(yīng)考慮以下3點(diǎn)：電平性質(zhì)（TTL電平，CMOS電平或其他）數(shù)據(jù)格式（數(shù)據(jù)格式的不同，接口也就不同）速率（波特率）目前在工業(yè)領(lǐng)域，最常用的通信接口之一就是串行口。7.1串行通信基礎(chǔ)知識1．通信方式并行通信：是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的通信方式。優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度快。缺點(diǎn)：占用I/O線多，傳輸距離短（＜30m）。串行通信：是指數(shù)據(jù)一位一位順序傳送的通信方式。優(yōu)點(diǎn)：占用I/O線少（一對），傳輸距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)：傳輸速度低。2．串行通信的分類異步通信（AsynchronousCommunication）

數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送。兩相鄰字符幀之間可以無空閑位，也可以有若干空閑位。這就是異步概念。發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘各自獨(dú)立。實(shí)現(xiàn)雙方同步接收是靠字符幀的起始位和停止位。字符幀格式：起始位（1位）、數(shù)據(jù)位（1～8位）、奇偶校驗(yàn)位（1位）和停止位（1～2位）。優(yōu)點(diǎn)：不需要傳送同步時(shí)鐘。缺點(diǎn)：字符幀中包含有起始位和停止位從而降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率，適用低速通信。同步通信（SynchronousCommunication）是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式。1個(gè)信息幀中包含有若干數(shù)據(jù)字符。發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘必須同步。實(shí)現(xiàn)雙方同步接收是靠信息幀中同步字符。數(shù)據(jù)字符之間無間隔。信息幀格式：同步字符n、數(shù)據(jù)字符n、CRCH、CRCL優(yōu)點(diǎn)：高速傳送數(shù)據(jù)。

缺點(diǎn)：發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步，發(fā)送時(shí)鐘傳送到接收端。例：已知異步通信接口的幀格式由一個(gè)起始位7個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位組成。當(dāng)該接口每分鐘傳送3600個(gè)字符時(shí)，計(jì)算其傳送波特率。波特率（baudrate）

每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)（bit），單位bps（bitpersecond），bit/s。3．串行通信的制式單工方式（Simplex）：只允許數(shù)據(jù)向一個(gè)方向傳送（A→B）。半雙工方式（HalfDuplex）：允許數(shù)據(jù)向兩個(gè)方向中的一個(gè)方向傳送，但每次只能一個(gè)站發(fā)送。全雙工方式（FullDuplex）：允許數(shù)據(jù)同時(shí)雙向傳送。7.2MCS-51串行口的結(jié)構(gòu)

內(nèi)部含有1個(gè)可編程全雙工串行通信接口，4種工作方式。1．串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF8位發(fā)送/接收緩沖器SBUF，在物理上是獨(dú)立的兩個(gè)，包括發(fā)送緩沖器SBUF和接收緩沖器SBUF，只是共用地址99H，這樣可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送、接收。發(fā)送緩沖器SBUF只能寫入不能讀出，接收緩沖器SBUF只能讀出不能寫入。 發(fā)送指令：MOVSBUF，A；寫到發(fā)送緩沖器SBUF 接收指令：MOVA，SBUF；讀出接收緩沖器SBUF 硬件管腳：發(fā)送端TXD（P3.1）；接收端RXD（P3.0）2．串行口控制寄存器SCON（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0SM1方式功能波特率000同步移位寄存器，用于擴(kuò)展I/O口fOSC/1201110位UART，不能用于多機(jī)通信可變10211位UART，可用于多機(jī)通信fOSC/64或fOSC/3211311位UART，可用于多機(jī)通信可變SM2：多機(jī)通信位，主要用于方式2、3。 0—單機(jī)對單機(jī)；1—多機(jī)通信。當(dāng)SM2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1時(shí)，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI；否則，將接收到的8位數(shù)據(jù)丟棄。當(dāng)SM2=0時(shí)，則不論第9位數(shù)據(jù)為0還是為1，都將8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并置位RI。REN：允許/禁止接收控制位0—禁止接收；1—允許接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)第9位。RB8：接收數(shù)據(jù)第9位。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志RI：接收中斷標(biāo)志。3．串行口電源控制寄存器PCON（87H）SMODGF1GF0PDIDLPCON主要是為CHMOS型單片機(jī)（如80C51）的電源控制而設(shè)置的專用寄存器。PCON在HMOS型單片機(jī)（如8051）中，只有設(shè)置了SMOD位。SMOD：波特率系數(shù)選擇位使方式1、2、3的波特率加倍。7.3MCS-51串行口的工作方式1．方式0（SM0=0,SM1=0）串行口的SBUF是作為同步移位寄存器，主要用途是和外部同步移位寄存器連接，擴(kuò)展1個(gè)并行口的目的?？捎糜阪I盤、顯示器接口。TXD引腳：作為輸出移位脈沖線（時(shí)鐘），固定頻率=fosc/12。RXD引腳：作為串行輸入/輸出數(shù)據(jù)線（發(fā)送/接收引腳）。發(fā)送/接收數(shù)據(jù)格式：無起始位和停止位，所以不同于異步通信，數(shù)據(jù)位為8位，低位在前，高位在后。發(fā)送完8位數(shù)據(jù)，即SBUF為空，硬件自動置“1”中斷標(biāo)志位TI，CPU響應(yīng)中斷后必須軟件清“0”TI。（1）輸出（發(fā)送）設(shè)置：SM0=0，SM1=0，SM2=0，REN＝0。時(shí)序：應(yīng)用：擴(kuò)展一并行口，“串入并出”。/CLR＝0時(shí)，將74ls164輸出端Q0~Q7清零；/CLR＝1時(shí)，允許74ls164輸出端Q0～Q7輸出數(shù)據(jù)。這時(shí)，通過移位脈沖TXD的控制，數(shù)據(jù)D0～D7從RXD端逐位移入74ls164內(nèi)的移位寄存器，并從74ls164的Q0~Q7輸出。（2）輸入（接收）設(shè)置：SM0=0，SM1=0，SM2=0，REN=1。時(shí)序：

接收完8位數(shù)據(jù)，即SBUF為滿，硬件自動置“1”中斷標(biāo)志位RI，CPU響應(yīng)中斷后必須軟件清“0”RI。應(yīng)用：“并入串出”。S/L＝0時(shí)，Q0～Q7輸入；S/L＝1時(shí)，允許QH端移出數(shù)據(jù)。S/L＝1時(shí)，74ls165若接收到TXD端的移位脈沖，那么數(shù)據(jù)就在TXD的控制下，一位一位移出到RXD，8051就由RXD接收到數(shù)據(jù)。（3）波特率波特率＝移位脈沖頻率＝fosc/12，也就是一個(gè)機(jī)器周期移一位。若 fosc＝6MHz，則波特率＝500kbps，即2us移位一次； fosc＝12MHz，則波特率＝1Mbps，即1us移位一次。2．方式1（SM0=0,SM1=1.適用于點(diǎn)對點(diǎn)通信）TXD：發(fā)送引腳；RXD：接收引腳；10位UART口：起始位（1）、數(shù)據(jù)位（8）、停止位（1）。在方式1下，SM2應(yīng)設(shè)為0。（1）數(shù)據(jù)發(fā)送只需向發(fā)送緩沖器SBUF寫入數(shù)據(jù)即可，如：movsbuf,＃40h。起始位、停止位由硬件自動加入。數(shù)據(jù)在移位脈沖的作用下，一位一位地由TXD串行輸出，當(dāng)發(fā)送完，即SBUF為空時(shí)，置“1”TI，通知CPU可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。注：當(dāng)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，一定要等前個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完，即SBUF為空時(shí)，才能再向SBUF裝入下個(gè)數(shù)據(jù)，即發(fā)送下個(gè)數(shù)據(jù)。

如：發(fā)送兩個(gè)字符40H和50H。 mov sbuf，＃40h jnb ti，$ ；發(fā)送完否，否，等待 clr ti ；是，發(fā)送下個(gè)數(shù)據(jù) mov sbuf，＃50h（2）數(shù)據(jù)接收接收時(shí)，必須將REN設(shè)置為“1”。串口采樣RXD端，當(dāng)采樣到由“1”變?yōu)椤?”時(shí)，串行口再采樣3次，如果有兩次以上為“0”，CPU就認(rèn)為接收到起始位，隨后在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)移入接收寄存器SBUF，當(dāng)滿足以下兩個(gè)條件：（1）RI=0，（2）收到停止位＝1或SM2=0時(shí)，置“1”RI，且停止位進(jìn)入RB8。（3）波特率（可變）1)T1工作于方式0機(jī)器周期T＝12/fosc，x——初值T1溢出周期＝（213－x）×T＋執(zhí)行T1中斷服務(wù)程序機(jī)器周期數(shù)×TT1溢出周期＝T×（213－x＋執(zhí)行T1中斷服務(wù)程序機(jī)器周期數(shù)）T1溢出率＝1/T1溢出周期例：fosc＝6MHzMAIN: SETB PT1 ;置T1中斷為高優(yōu)先級 SETB EA SETB ET1 ;允許T1中斷 ANL TMOD,#0FH ;置T1為定時(shí)器，方式0 MOV TL1,#XH MOV TH1,#YH SETB TR1 ;開始計(jì)數(shù) ……T1INT: CLR TR1 MOV TL1,#XH MOV TH1,#YH SETB TR1 RETI溢出周期＝T×（213－x＋3＋1＋2＋2＋1＋1）2）T1工作在方式1溢出周期＝T×（216-x+執(zhí)行T1中斷服務(wù)程序機(jī)器周期數(shù)）3）T1工作在方式2溢出周期＝T×（28－x＋執(zhí)行T1中斷服務(wù)程序機(jī)器周期數(shù)）由于方式2的初值可自動裝入，所以可以不產(chǎn)生中斷，這時(shí)：溢出周期＝T×（28－x）溢出率＝1/溢出周期＝1/T×（28－x）波特率=T1溢出率=

例已知pbs=2400bit/s，fOSC=6MHz，SMOD=1，定時(shí)器T1為方式2，求T1初值X=？，TH1=？TL1=？解：=2400X=243=F3H∴TH1=TL1=F3H由此可見，定時(shí)器T1工作在方式0、1，都必須進(jìn)行中斷服務(wù)來重裝初值，影響了溢出率的精度，而T1工作在方式2時(shí)，由于是自動重裝初值，所以不需進(jìn)行中斷服務(wù)重裝初值，因此溢出率相當(dāng)準(zhǔn)確?！埓蠹叶际褂梅绞?產(chǎn)生波特率。11位UART口，起始位（1）、數(shù)據(jù)位（8）、TB8/RB8（1）、停止位（1）。其中第9位放在TB8或RB8中，發(fā)送時(shí)第9位要預(yù)先放在TB8中。適用于多機(jī)通信。固定波特率fOSC/64或fOSC/32.3．方式211位UART口，起始位（1）、數(shù)據(jù)位（8）、TB8/RB8（1）、停止位（1）。其中第9位放在TB8或RB8中，發(fā)送時(shí)第9位要預(yù)先放在TB8中。適用于多機(jī)通信。T1溢出率=可變波特率=4．方式37.4串行口的應(yīng)用編程一、發(fā)送步驟:1、選擇串行口工作方式SCON，置TI=0，REN=0。2、賦波特率PCON，T1定時(shí)器初值、工作方式，開T1。3、開串行口中斷IE、IP（若有）。4、發(fā)送數(shù)據(jù)第9位寫入TB8（若有）。5、發(fā)送數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動一次發(fā)送。6、查詢TI=1否？或等待中斷處理。7、清零TI，發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。二、接收步驟:1、選擇串行口工作方式SCON，置RI=0，REN=1，SM2設(shè)置。2、賦波特率PCON，T1定時(shí)器初值、工作方式，開T1。3、開串行口中斷IE、IP（若有）。4、查詢RI=1否？或等待中斷處理。5、將SBUF中數(shù)據(jù)讀入A。6、清零RI，等待接收下一個(gè)數(shù)據(jù)。初始化根據(jù)需要設(shè)置以下寄存器：TMOD、TH1、TL1、TCON、SCON、PCON、IE、IP跟T1有關(guān)的寄存器按串行口工作方式確定是否設(shè)置。IE、IP根據(jù)選擇的編程方法確定是否設(shè)置。三、C語言編程方法說明#include<stdio.h>getchar(void)putchar(char)scanf(constchar*,...)printf(constchar*,...)——對于51單片機(jī)來說，基本輸入輸出只有串行口，因此這幾個(gè)函數(shù)都是訪問串行口的。但是，不建議大家使用這些函數(shù)操作串行口，因?yàn)榫幾g的效率太低，即編譯的匯編源程序太復(fù)雜，不夠優(yōu)化簡練。如何操作？#include<res51.h>unsignedchar*p;//發(fā)送程序main(){SCON=PCON=TMOD=TH1=TL1=IE=IP=TR1=1;SBUF=*(p++);while(1);}sci_int()interrupt4{TI=0;SBUF=*(p++);}中斷方式直接操作SBUF#include<res51.h>unsignedchar*p;//接收程序main(){SCON=PCON=TMOD=TH1=TL1=IE=IP=TR1=1;REN=1;while(1);}sci_int()interrupt4{*p=SBUF;p++;RI=0;}四、查詢方式——禁止中斷，查標(biāo)志位#include<res51.h>unsignedchar*p;//發(fā)送程序main(){chari;SCON=;PCON=;TMOD=;TH1=;TL1=;IE=;IP=;TR1=1;SBUF=*p;for(i=0;i<10;i++){while(TI==0);TI=0;SBUF=*(p+i);}}查詢標(biāo)志位五、應(yīng)用舉例

例1：電路如圖，要求使發(fā)光二極管從左向右依次點(diǎn)亮，并進(jìn)行循環(huán)操作，試編程。MAIN: MOV SCON,#00H CLR EA MOV A,#80H CLR P1.0 ；將74ls164的Q0~Q7端清零 SETB P1.0 ；允許Q0～Q7移動輸出數(shù)據(jù)TX:

MOV SBUF,A ；8051輸出數(shù)據(jù) JNB TI,$ ；等待，發(fā)送完否？ LCALL DELAY ；保持點(diǎn)亮LED狀態(tài) RR A CLR TI SJMP TX例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。解： 串行方式1波特率取決于T1溢出率(設(shè)SMOD=0), 計(jì)算T1定時(shí)初值： T1初值=256-20/32×11059200/12/1200=232=E8H甲機(jī)發(fā)送子程序：TX: 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 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)長度

TXR:

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,TXR ;判16個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)完否?未完繼續(xù) RET乙機(jī)接收子程序：RX: 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 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)長度 SETBREN ;啟動接收RXD: 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)存儲單元 DJNZ R2,RXD ;判16個(gè)數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù) RET例3．串行口方式2，SMOD=1，發(fā)送數(shù)據(jù)#Data，第9位作奇偶校驗(yàn)位，請編寫發(fā)送子程序。TTT：MOVSCON，#80H MOVPCON，#80H MOVA，#Data MOVC，P MOVTB8，C MOVSBUF，AWait：JBCTI，Next SJMPWaitNext：RET7.5多機(jī)通信在主從式多機(jī)通信系統(tǒng)中，只能1臺主機(jī)，可以多臺從機(jī)。主機(jī)發(fā)布信息從機(jī)接收，從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)只能主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。多機(jī)通信必須在方式2或方式3下工作，規(guī)定相同的通信波特率。主機(jī)應(yīng)設(shè)SM2=0；從機(jī)應(yīng)設(shè)SM2=1（接收數(shù)據(jù)幀時(shí)設(shè)SM2=0）。主機(jī)發(fā)布的信息幀有兩類：地址幀：包含有從機(jī)地址和TB8=1的標(biāo)志。數(shù)據(jù)幀：包含的數(shù)據(jù)和TB8=0的標(biāo)志。SM2位在方式2、3接收過程中的作用：滿足下列接收條件：RI=0（只要是接收RI必須清0）SM2=0或接收到第9位數(shù)據(jù)為1。則將數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8，并置RI=1。否則，放棄數(shù)據(jù)，RI也不置位。從機(jī)說明：只要是地址幀（RB8=1）從機(jī)都會接收。從機(jī)設(shè)置RI=0、SM2=1條件，只能接收地址幀（RB8=1）。不能接收數(shù)據(jù)幀（第9位數(shù)據(jù)為0）。從機(jī)設(shè)置RI=0、SM2=0條件，數(shù)據(jù)幀、地址幀均可接收。主從式多機(jī)通信協(xié)議：主機(jī)SM2=0；從機(jī)SM2=1，以便接收主機(jī)的地址幀。主機(jī)發(fā)布地址幀（TB8=1）。所有從機(jī)在REN=1、RI=0、SM2=1條件下，接收到主機(jī)發(fā)布的地址幀，RB8=1，置RI=1，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，并和本機(jī)地址比較以確認(rèn)是否呼叫本機(jī)。被尋址從機(jī)置SM2=0，以便接收數(shù)據(jù)幀，并向主機(jī)回應(yīng)本機(jī)地址，供主機(jī)核對。未被尋址從機(jī)保持SM2=1，并退出中斷服務(wù)程序。主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀（TB8=0），被尋址從機(jī)接收數(shù)據(jù)幀。未被尋址從機(jī)由于不滿足接收條件，放棄接收到的數(shù)據(jù)幀。通信