第7章單片機(jī)串行口及其應(yīng)用本章介紹串行通訊原理、MCS－51串行口的結(jié)構(gòu)、串行口工作原理、串行口工作方式，重點(diǎn)各有關(guān)特殊功能寄存器的設(shè)置、波特率計(jì)算、發(fā)送、接收中斷服務(wù)程序編寫。7.1串行通訊基本概念

并行通訊并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送，并行通訊傳輸速度快，且控制簡單；但傳輸線較多，線間存在電耦合，長距離傳送時(shí)成本高且容易出錯(cuò)。

串行通訊所需電纜線少，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，長距離傳送時(shí)成本低。但傳輸速度較并行通信低；收發(fā)控制比并行通訊復(fù)雜串行通訊串行通訊的基本概念一、串行通信的傳輸方式包括單工、半雙工和雙工3種方式單工方式半雙工方式雙工方式二、同步與異步傳輸同步通信該方式將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按約定分成數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊之間用同步字符隔離。傳輸數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位之間沒有間隔，因此傳輸時(shí)數(shù)據(jù)位是同步的，而且字符間也是同步的。同步通信傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。發(fā)送方對接收方的同步可以通過“外同步”和“自同步”兩種方法實(shí)現(xiàn)。異步通信異步通信用起始位“0”表示一次串行通信的開始，然后從低到高逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位“1”表示一次串行通信結(jié)束一次通信一般傳送一個(gè)字符為傳送一個(gè)字符需要起始位和停止位的配合，將起始位、字符（數(shù)據(jù)）和停止位組成的數(shù)據(jù)流稱為一幀信息異步通信原理在不同的異步通信協(xié)議中，起始位、數(shù)據(jù)位和停止位的長度不同由于幀中加入起始位和停止位，將增大數(shù)據(jù)傳輸量

MCS51單片機(jī)的一幀信息包括一位起始位，8位或9位數(shù)據(jù)位和1位停止位異步通信特點(diǎn)異步通信以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間是異步的（字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系）但同一字符內(nèi)的各位是同步的（各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍）。三.比特率和波特率比特率用來表示串行通訊的傳輸速率。含義是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位/秒(bps)。如每秒鐘傳送360幀，而每幀包含10位(1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位)，則比特率為：

10位×360幀/秒=3600bps波特率是指調(diào)制信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)，單位是波特(Baud)。在基帶傳輸中，數(shù)字信號(hào)“1”和“0”直接用高低兩種電壓表示的，這種情況下比特率和波特率是相同的。所以，波特率也經(jīng)常用來表示串行通訊的傳輸速率。四.信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

當(dāng)異步通訊的距離在30米以內(nèi)時(shí)，計(jì)算機(jī)之間可直接通訊；當(dāng)傳輸距離更遠(yuǎn)時(shí)，為了減小信號(hào)畸變，保證通訊的正確率，發(fā)送時(shí)需先用調(diào)制器(Modulator)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)(調(diào)制)，放大后發(fā)送，而接收端再由解調(diào)器(Demodulator)把收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(解調(diào))再送入計(jì)算機(jī)或接收設(shè)備；由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器一般合并在一個(gè)裝置中，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。調(diào)制與解調(diào)通訊模型MODEM數(shù)字終端MODEM數(shù)字終端7.2MCS－51串行口基本原理單片機(jī)有一個(gè)全雙工串行接口，通過P3口的兩個(gè)引腳與外部設(shè)備進(jìn)行串行通訊：P3.1為串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXDP3.0為串行數(shù)據(jù)接收端RXD與串行口操作有關(guān)的特殊功能寄存器有SCON、PCON和SBUF；內(nèi)部還有發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器等不可訪問寄存器共同實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的輸入輸出。MCS－51單片機(jī)串行口組成原理

不論是同步還是異步傳輸，收發(fā)雙方的波特率應(yīng)該一致，MCS－51單片機(jī)的波特率發(fā)生器由T1構(gòu)成，對于52子系列，也可用T2構(gòu)成波特率發(fā)生器。÷2÷167.2.1與串口操作有關(guān)的特殊功能寄存器1.串口控制寄存器SCON串口控制寄存器SCON的字節(jié)地址98H，可位尋址，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SCON清零。各位名稱及位地址如下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRID7D6D5D4D3D2D1D0SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位地址串行口工作方式

SM0SM1方式功

能

說

明000移位寄存器方式，波特率為

fosc/12(多用于擴(kuò)展I/O口)01110位異步傳輸方式，波特率為2SMODfosc/32×T1溢出率，可變10211位異步傳輸方式，波特率為2SMODfosc/6411311位異步傳輸方式，波特率為2SMODfosc/32×T1溢出率，可變REN，允許串行接收位。如果軟件對REN置“1”，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若清零REN位，則禁止接收。TB8，在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用。RB8，在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位。其作用視發(fā)送方TB8的作用而定。TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位RI，接收中斷標(biāo)志位SM2為多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和3方式0時(shí)，SM2必須是0；方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1；方式2、3時(shí)，如果接收機(jī)的SM2=1，當(dāng)收到的RB8位為“1”時(shí)，收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI，通知CPU將數(shù)據(jù)從SBUF讀走；反之則不激活RI，收到的信息丟棄；當(dāng)SM2=0時(shí)，不論收到的RB8為“0”還是“1”，均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI。通過設(shè)置SM2，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信(后續(xù)介紹)

2.電源控制寄存器PCON

PCON字節(jié)地址位87H，不能位尋址，只有最高位SMOD位與串口工作有關(guān)：SMOD＝1時(shí)，波特率加倍；SMOD＝0時(shí)，波特率不加倍。SMOD稱為波特率倍增位，復(fù)位時(shí)SMOD=03.數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

單片機(jī)內(nèi)部，有兩個(gè)物理上獨(dú)立的緩沖器，分別負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，它們占用同一地址99H，編程時(shí)使用同樣的寄存器名稱SBUF寫SBUF－－MOVSBUF，A時(shí)，硬件自動(dòng)將數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖器，開始串行發(fā)送執(zhí)行讀SBUF指令－－MOVA，SBUF時(shí)，硬件自動(dòng)將接收緩沖器的內(nèi)容送入A累加器，完成串行接收

7.2.2串行口的工作方式

通過對SM0和SM1兩個(gè)方式位的設(shè)置，串行口可工作于4種不同方式

方式0

同步移位寄存器輸入輸出方式。數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為fosc/12。工作方式0可用于擴(kuò)展并行輸入/輸出口。1）用方式0發(fā)送

數(shù)據(jù)寫入SBUF后，開始從RXD端發(fā)送，低位在前，高位在后；同時(shí)同步移位脈沖從TXD端輸出一字節(jié)發(fā)送完后，TI標(biāo)志置“1”，發(fā)出中斷請求；如果要繼續(xù)發(fā)送下一字節(jié)，必須用軟件清除TI中斷標(biāo)志。

2）用方式0接收

REN為“1”，且RI＝0的條件下，將啟動(dòng)一個(gè)接收過程。RXD為串行輸入端，TXD為同步脈沖。當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)后，各控制信號(hào)復(fù)位，RI變?yōu)楦唠娖?，請求中斷。要再次接收，也必須用軟件清零RI。

2.方式1

方式1是異步傳輸方式。一幀數(shù)據(jù)為10位，包括數(shù)據(jù)1位起始位(0)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位(1)，TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。

1）用方式1發(fā)送

CPU執(zhí)行寫SBUF的指令后，便開始一次發(fā)送過程，數(shù)據(jù)逐位從TXD端送出，發(fā)送所用移位脈沖是定時(shí)器1溢出信號(hào)經(jīng)16或32分頻信號(hào)，即波特率是可變的，方式1的波特率為2SMOD

/32×T1溢出率。一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完后，TI置“1”，請求中斷。TI標(biāo)志也只能用軟件清除。

2）用方式1接收

REN被軟件置“1”后，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，當(dāng)檢測到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位，接收過程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。9位數(shù)據(jù)收完以后，如果滿足下列條件則將接收到的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位(停止位)進(jìn)入RB8，并置RI=1，向CPU請求中斷。RI=0；SM2=0，或SM2=1但接收到的停止位為13.方式2和方式3方式2和方式3均為異步傳輸方式，一幀數(shù)據(jù)由11位構(gòu)成，即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），TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，方式2的波特率僅受波特率倍增位的影響，為2SMOD×fosc/64；方式3的波特率可變，為2SMOD/32×T1溢出率。TB8。。。1）用方式2或3發(fā)送

方式2或3一幀數(shù)據(jù)包括9位有效位，發(fā)送前必須將要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)裝入SCON寄存器的TB8中，常用方法是使用指令STEB或CLRTB8置“1”或清零。第9位數(shù)據(jù)的作用完全由用戶程序決定，通常可作為奇偶校驗(yàn)位或多機(jī)通訊中的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位

第9位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，執(zhí)行寫SBUF寄存器的指令即開始發(fā)送

2）用方式2或3接收

REN置“1”后，開始接收，接收過程與方式1相同，8位數(shù)據(jù)接收完后，如果RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1）時(shí)，接收到的8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF，第9位裝入RB8，置位RI，向CPU請求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，繼續(xù)搜索RXD引腳的負(fù)跳變。7.2.3波特率計(jì)算

串行通信中，收發(fā)雙方發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率應(yīng)該相同，才能保證接收。51單片機(jī)串行口的四種工作方式中，方式0和方式2的波特率是固定的，這時(shí)要求收發(fā)雙方主頻一致或相差一倍；方式1和方式3的波特率可變，必須對雙方的定時(shí)器進(jìn)行正確的設(shè)置才能保證波特率一致。串行口的四種工作方式對應(yīng)三種波特率，各種方式的波特率計(jì)算公式如下：方式0的波特率

=fosc/12方式1的波特率

=（2SMOD/32）×（T1溢出率）方式2的波特率

=（2SMOD/64）×fosc方式3的波特率

=（2SMOD/32）×（T1溢出率）定時(shí)器的溢出率即定時(shí)時(shí)間的倒數(shù)，與采用的工作方式有關(guān)，可表示為：

fosc/[12×（2K－初值）]定時(shí)器1作波特率發(fā)生器時(shí)，一般選方式2，這時(shí)溢出率取決于TH1中的基數(shù)值，即：

T1溢出率

=fosc

/{12×[256－（TH1）]}如果波特率較低時(shí)，可定時(shí)器采用方式1。常用的波特率及定時(shí)器初值

波特率（bps）fosc（MHz）SMOD定時(shí)方式定時(shí)器初值625001212FFH1920011.059212FDH960011.059202FDH480011.059202FAH240011.059202F4H120011.059202E8H11060272H1101202FEEBH7.3.1利用串行口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間通訊

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間采用什么規(guī)則傳送數(shù)據(jù)（通訊協(xié)議）需要由軟件約定1＃機(jī)2＃機(jī)需要約定的內(nèi)容一般有波特率、數(shù)據(jù)格式、發(fā)送開始和接收完成后是否需要應(yīng)答、是否需要檢錯(cuò)以及發(fā)生通訊錯(cuò)誤和如何處理等

例：兩臺(tái)單片機(jī)主頻12MHZ，1#機(jī)用串口工作方式1將片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器30H～50H共21H個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送給2#機(jī)。波特率2400波特。1#機(jī)每發(fā)送一字節(jié)，計(jì)算一次檢驗(yàn)和，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，發(fā)檢驗(yàn)和字節(jié)，最后收到2#機(jī)回送的檢驗(yàn)和字節(jié)后，進(jìn)行判斷，如果相同，清20H位，本次傳輸完成，否則置位20H，主程序進(jìn)行錯(cuò)誤處理。

系統(tǒng)初始化初始化定時(shí)器1初始化串口發(fā)送一字節(jié)并計(jì)算檢驗(yàn)和…..開始清TI中斷入口接收中斷?中斷返回發(fā)送下一字節(jié)并計(jì)算檢驗(yàn)和清TI發(fā)送完成?檢驗(yàn)和正確?置錯(cuò)誤標(biāo)志YynYNN編程步驟：計(jì)算波特率：采用T1的工作方式2作波特率發(fā)生器，初值為：N＝256－fosc/[波特率×12×（32/2SMOD

）]＝256－12×106/[2400×12×（32/20）]＝243＝F3H工作單元及標(biāo)志位設(shè)置：R7－待發(fā)送字節(jié)數(shù)；R0－發(fā)送單元地址指針；R0－檢驗(yàn)和存放單元；F0－數(shù)據(jù)塊發(fā)送完成標(biāo)志；20H位－通訊錯(cuò)誤標(biāo)志1#機(jī)發(fā)送主程序：OGR 0000HSJMP MAINORG 0023HLJMP SPORT ；轉(zhuǎn)串口中斷服務(wù)程序MIAN：MOVTMOD，#00100000B；定時(shí)器1工作于方式2MOV TH1，#0F3HMOV TL1，#0F3HSETB TR1MOV SCON，#01010000B；串口方式1，REN＝1MOV R7，#21HMOV SCON，#01010000B；串口方式1，REN＝1MOV R7，#21HMOV R0，#50H；首字節(jié)地址MOV R1，#00H；檢驗(yàn)和清零CLR F0；清發(fā)送完成標(biāo)志CLR 20H；清通訊錯(cuò)誤標(biāo)志MOV A，@R0MOV SBUF，A；發(fā)送第一字節(jié)Add a，R1MOV R1，A；存檢驗(yàn)和

┆ ┆ ；其它程序1#機(jī)發(fā)送中斷服務(wù)程序SPORT：JBC RI，SP1 ；接收中斷，轉(zhuǎn)SP1 CLR TI DJNZ R7，GOON ；數(shù)據(jù)塊未完，轉(zhuǎn)GOON SETB F0 ；置數(shù)據(jù)塊發(fā)送完成標(biāo)志

MOV A，R1 MOV SBUF，A ；發(fā)送檢驗(yàn)和

SJMP SENDSP1： JNB F0，SEND

；不是檢驗(yàn)和，轉(zhuǎn)SEND，返回

MOV A，SBUF CJNE A，R1，ERR

CLR 20H ；清通訊錯(cuò)誤標(biāo)志

SJMP SENDERR： STEB 20H ；置通訊錯(cuò)誤標(biāo)志

SJMP SEND GOON： DEC R0 MOV A，@R0 MOV SBUF，A ADD A，R1 ；計(jì)算檢驗(yàn)和

MOV R1，ASEND： RETI7.3.2多機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)通過串口實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊常采用主從式結(jié)構(gòu)，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、支配構(gòu)成這種主從式的多機(jī)通訊系統(tǒng)y一般采用串行口方式2和方式3問題多機(jī)系統(tǒng)中可能遇到哪些問題？如何解決？通信協(xié)議：初始時(shí)，主機(jī)SM2位清“0”，所有從機(jī)各確定一數(shù)值（00H～0FFH）為其地址號(hào)，且SM2位置“1”，處于接收地址幀狀態(tài)；主機(jī)需要和哪臺(tái)從機(jī)通訊時(shí)，先發(fā)送一地址幀，即8位數(shù)據(jù)為該從機(jī)地址，第9位TB8置“1”，表示該幀為地址幀；由于TB8為1，所有從機(jī)都可接收到該地址幀，然后將接收的地址與本機(jī)的地址比較：地址相符的從機(jī)，在串口接收中斷服務(wù)程序中將SM2位清“0”，并把本站地址發(fā)回主機(jī)作為應(yīng)答；地址不符的從機(jī)