第7章MCS-51單片機(jī)串行口第7章MCS-51單片機(jī)串行口

目錄7.1串行通信根本知識7.2串行口結(jié)構(gòu)及控制7.3串行口工作方式7.4串行口應(yīng)用舉例7.5單片機(jī)與PC機(jī)通信的接口電路本章要點(diǎn)本章主要講述MCS-51單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)、工作原理以及應(yīng)用。 主要內(nèi)容包括串行通信根本知識、MCS-51單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)、串行口工作方式以及單片機(jī)與PC機(jī)通信的接口電路。7.1串行通信根本知識主要內(nèi)容7.1.1數(shù)據(jù)通信7.1.2異步通信和同步通信7.1.3波特率7.1.4通信方向7.1.5串行通信接口種類7.1.1數(shù)據(jù)通信

計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。根本的通信方法有并行通信和串行通信兩種。 1．并行通信 單位信息〔通常指一個字節(jié)〕的各位數(shù)據(jù)同時傳送的通信方法稱為并行通信。 2．串行通信 單位信息的各位數(shù)據(jù)被分時一位一位依次順序傳送的通信方式稱為串行通信。7.1.1數(shù)據(jù)通信圖7-1并行通信示意圖

從圖中可以看出：并行通信連線多，速度快，適合近距離通信；串行通信連線少，速度慢，適合遠(yuǎn)距離通信。圖7-1并行通信示意圖圖7-2串行通信示意圖1、異步串行通訊★接收端是如何區(qū)分起始位與D0、D1、D2、D3、D4的？只需要一根數(shù)據(jù)線;不發(fā)送數(shù)據(jù)時，傳輸線呈現(xiàn)高電平(MARK狀態(tài))。字節(jié)按照固定的幀格式傳送.采用不同的編碼方案,發(fā)送字符可為5,6,7,或8位7.1.2異步通信和同步通信異步通信：指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時鐘盡可能一致。

2．同步通信 在同步通信中，每一數(shù)據(jù)塊發(fā)送開始時，先發(fā)送一個或兩個同步字符，使發(fā)送與接收取得同步，然后再順序發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊的各個字符間取消起始位和停止位，所以通信速度得以提高。7.1.2異步通信和同步通信圖7-4同步通信數(shù)據(jù)幀格式共需要兩根線，一根數(shù)據(jù)線DATA和一根時鐘線CLK;按照時鐘信號，從低到高逐個傳送數(shù)據(jù)位.7.1.3波特率 在串行通信中，對數(shù)據(jù)傳送速度有一定要求。波特率表示每秒傳送的位數(shù)，單位為b/s〔bitpersecond，簡寫bps〕。 例如：數(shù)據(jù)傳送速率為每秒鐘10個字符，假設(shè)每個字符的一幀為11位，那么傳送波持率為： 11b/字符×10字符/s＝110b/s 異步通信的傳送速率一般在50~19200b/s之間。在異步通訊中，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備必須保持相同的波特率。7.1.4通信方向

單工方式：一對傳輸線只允許單方向傳送數(shù)據(jù)；

半雙工方式：一對傳輸線允許向兩個方向中的任一方向傳送數(shù)據(jù)，但不能同時進(jìn)行；

全雙工方式：用兩對傳輸線連接在發(fā)送器和接收器上，發(fā)送和接收能同時進(jìn)行。7.1.4單工、半雙工、全雙工通訊方式7.1.5串行通信接口種類 根據(jù)串行通信格式及約定〔如同步方式、通信速率、數(shù)據(jù)塊格式等〕不同，形成了許多串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，如常見的： UART〔串行異步通信接口〕、 USB〔通用串行總線接口〕、 I2C〔集成電路間的串行總線〕、 SPI〔串行外設(shè)總線〕、 485總線、CAN總線接口等。7.2串行口結(jié)構(gòu)及控制主要內(nèi)容 7.2.1MCS-51串行口結(jié)構(gòu) 7.2.2與串行口有關(guān)的特殊功能存放器 7.2.3波特率設(shè)計(jì)7.2.1MCS-51串行口結(jié)構(gòu)圖7-6串行口方式1、3內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意簡圖8051的串行發(fā)送數(shù)據(jù)在8051里，假設(shè)要通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把8位數(shù)據(jù)放入串行緩沖器(SBUF)即可，8051就會幫我們把這些數(shù)據(jù)，一個位一個位送出去。8051的串行接收數(shù)據(jù)在8051里，假設(shè)要通過串行口接收數(shù)據(jù)，那么8051會自動接收串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集在串行緩沖器里，當(dāng)8位數(shù)據(jù)到齊(串行緩沖器滿了)，8051就會中斷，要我們把這筆數(shù)據(jù)提走。當(dāng)單片機(jī)接收到一幀數(shù)據(jù)后，RI會置1，向CPU申請中斷，假設(shè)之前有中斷允許，那么產(chǎn)生了中斷，進(jìn)入中斷效勞程序。

當(dāng)然，單片機(jī)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)，TI也會置1，同樣會產(chǎn)生中斷！

一般我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時要關(guān)中斷，因?yàn)橐话隳悴挥迷诎l(fā)送時不用處理數(shù)據(jù)；

接收數(shù)據(jù)時要開中斷，以便你在中斷效勞程序中將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并處理。

補(bǔ)充：其實(shí)，不管你有沒有允許中斷，上位機(jī)〔此時即給單片機(jī)發(fā)送信息的機(jī)器〕只要給單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)就會自動接收數(shù)據(jù)，并把它放在數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中，如果你之前有允許串行口中斷，RI就會置1，向單片機(jī)CPU申請中斷，并進(jìn)入中斷效勞程序，做完中斷函數(shù)后就會自動返回?cái)帱c(diǎn)。如果你沒有允許中斷，便不會產(chǎn)生串行中斷。其實(shí)，別的中斷都是某個I/O口電平變化產(chǎn)生。這只是外部中斷產(chǎn)生條件，不過，你之前也需要用軟件允許外部中斷。7.2.2與串行口有關(guān)的特殊功能存放器 1．控制狀態(tài)存放器SCON 用于定義串行通信口的工作方式和反映串行口狀態(tài)，其字節(jié)地址為98H，復(fù)位值為00000000B，可位尋址格式為：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0和SM1〔SCON.7、SCON.6〕：串行口工作方式選擇位。7.2.2與串行口有關(guān)的特殊功能存放器SM0SM1工作方式功能說明波特率00方式0同步移位寄存器fosc/1201方式18位數(shù)據(jù)UART可變(T1溢出率/32或/16)10方式29位數(shù)據(jù)UARTfosc/64或fosc/3211方式39位數(shù)據(jù)UART可變(T1溢出率/32或/16)SM2〔SCON.5〕：多機(jī)通信控制位，在方式2或3中使用。REN〔SCON.4〕：允許接收控制位，由軟件置1或清0。9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM2:允許方式2和方式3進(jìn)行多機(jī)通訊控制位。在方式0、1中必須為0。〔不做要求〕REN:允許串行口接收控制位。寫1允許接收，寫0禁止接收。TB8:工作方式2和方式3下，發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，由軟件寫1或0。RB8:工作方式2和方式3下，接收到的第9位數(shù)據(jù)。TI:發(fā)送完畢中斷標(biāo)志位，發(fā)送SBUF內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去后(SBUF由滿變空)，硬件自動置位TI。TI必須由軟件清0。RI:接收完畢中斷標(biāo)志位，接收SBUF中接收到一個數(shù)據(jù)后(SBUF由空變滿)，硬件自動置位RI。RI必須由軟件清0。7.2MCS-51單片機(jī)的串行通訊接口SFR:SCON串行接口控制器〔98H〕TB8〔SCON.3〕：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。RB8〔SCON.2〕：接收數(shù)據(jù)的第9位。TI〔SCON.1〕：發(fā)送中斷標(biāo)志。RI〔SCON.0〕：接收中斷標(biāo)志。7.2.2與串行口有關(guān)的特殊功能存放器

關(guān)于TI和RI：串行發(fā)送中斷標(biāo)志TI和接收中斷RI是同一個中斷源，CPU事先不知道是發(fā)送中斷標(biāo)志TI還是接收中斷標(biāo)志RI產(chǎn)生的中斷請求，所以，在全雙工通信時，必須由軟件來判別。SMODD7D0SMOD：波特率加倍位。在計(jì)算方式1、2、3的波特率時，為1波特率加倍，為0波特率不加倍。PCON不能位尋址。SFR:PCON〔87H〕 2．電源控制存放器PCON 電源控制存放器PCON(地址為87H)中只有SMOD位與串行口工作有關(guān)。 7.2.3波特率設(shè)計(jì) 方式0和方式2的波特率是固定的，方式1和方式3的波特率是由定時器T1的溢出率來決定的。在增強(qiáng)型單片機(jī)中，也可以使用T2作波特率發(fā)生器。 1．方式0的波特率 固定為振蕩頻率的1/12。并不受PCON存放器中SMOD位的影響。方式0的波特率=fosc/12 2．方式2的波特率 接收與發(fā)送的移位時鐘由振蕩頻率fosc的第二節(jié)拍P2時鐘〔fosc/2〕給出，所以，方式2波特率取決于PCON中SMOD位的值：當(dāng)SMOD=0時，波特率為fosc的1/64；假設(shè)SMOD=1，那么波特率為fosc的1/32。即方式2的波特率=2SMOD×fosc/647.2.3波特率設(shè)計(jì) 3．方式1和方式3的波特率〔1〕T1作波特率發(fā)生器在最典型應(yīng)用中，定時器T1選用定時器模式2，此時n=8，設(shè)定時器的初值為X：于是， X=256-

方式1、3的波特率=×〔T1溢出速率〕即波特率=××/〔2n-初值〕7.2.3波特率設(shè)計(jì) 〔2〕T2作波特率發(fā)生器 在增強(qiáng)型單片機(jī)中，還可以使用T2作為波特率發(fā)生器。當(dāng)存放器T2CON的位TCLK=1和〔或〕RCLK=1時，允許串行口從T2獲得發(fā)送和〔或〕接收的波特率。 串行口方式1、3的波特率=T2溢出率/16 定時器2作波特率發(fā)生器時，計(jì)數(shù)在每個狀態(tài)周期遞增。這樣： 方式1、3的波特率=7.2.3波特率設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容

7.3.1串行口方式0

7.3.2串行口方式1

7.3.3串行口方式2和方式37.3串行口工作方式7.3.1串行口方式0 方式0為同步移位存放器輸入/輸出方式，常用于擴(kuò)展I/O口。RXD為數(shù)據(jù)輸入或輸出，TXD為移位時鐘，作為外接部件的同步信號。 方式0不適用于兩個89C52之間的數(shù)據(jù)通信，可以通過外接移位存放器來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的接口擴(kuò)展。 在這種方式下，收/發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在前，無起始位、奇偶校驗(yàn)位及停止位，波特率是固定的。工作方式0發(fā)送數(shù)據(jù)時，一般外接移位存放器(如74HC164)實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換,用于擴(kuò)展鍵盤和顯示接口。74HC1648-bitserial-in,parallel-outshiftregisterRXDTXDP1.0D0D1D0D2D1D0D0D3D2D1D0D1D4D3D2D0D1D2D5D4D3D0D1D2D3D6D5D4D0D1D2D3D4D7D6D5實(shí)際應(yīng)用中，工作方式0很少用于接收數(shù)據(jù)。7.3.1串行口方式0發(fā)送電路接收電路7.3.2串行口方式1 方式1真正用于串行發(fā)送或接收，為10位通用異步接口。TXD與RXD分別用于發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。 收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位〔低位在前〕、1位停止位，共10位。在接收時，停止位進(jìn)入SCON的RB8，此方式的傳送波特率可調(diào)。7.3.3串行口方式2和方式3 串行口工作在方式2和方式3均為每幀11位異步通信格式，由TXD和RXD發(fā)送與接收〔兩種方式操作是完全一樣的，不同的只是特波率〕。 每幀11位：即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位〔低位在前〕、1位可編程的第9數(shù)據(jù)位和1位停止位。 發(fā)送時，第9數(shù)據(jù)位〔TB8〕可以設(shè)置為1或0，也可將奇偶位裝入TB8； 接收時，第9數(shù)據(jù)位進(jìn)入SCON的RB8。7.4串行口應(yīng)用舉例

主要內(nèi)容

7.4.1同步方式應(yīng)用

7.4.2異步方式應(yīng)用7.4.1同步方式應(yīng)用 MSC-51單片機(jī)的串行口在方式0時，以同步方式操作。外接串入/并出或并入/串出器件，可實(shí)現(xiàn)I/O口的擴(kuò)展。 例7-2用89C52串行口外接164串入/并出移位存放器擴(kuò)展8位并行輸出口，外接165并入/串出移位存放器擴(kuò)展8位并行輸入口。8位并行輸出口的每位都接一個發(fā)光二極管，要求從8位并行輸入口讀入開關(guān)的狀態(tài)值，使閉合開關(guān)對應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。如圖7-13所示。7.4.1同步方式應(yīng)用圖7-13方式0擴(kuò)展輸入輸出電路解：數(shù)據(jù)的輸入輸出通過RXD接收和發(fā)送，移位時鐘通過TXD送出，74HC164用于串/并轉(zhuǎn)換，74HC165用于并/串轉(zhuǎn)換。

C語言程序清單：#include<reg52.h>sbitP1_0=P1^0; sbitP1_1=P1^1;unsignedchardata1;voidmain(){ SCON=0x10; //串行口方式0，允許接收

ES=1; EA=1; //允許串行口中斷7.4.1同步方式應(yīng)用 P1_0=0; //關(guān)閉并行輸出 P1_1=1; //并行置入數(shù)據(jù) P1_1=0; //開始串行移位 SBUF=0; //送入串行數(shù)據(jù) while(1); //等待中斷}voids_srv()interrupt4 //中斷效勞程序{ if(TI) //發(fā)送中斷 { TI=0; P1_0=1; //翻開并行輸出 }7.4.1同步方式應(yīng)用

else //接收中斷

{ RI=0; data1=SBUF; //讀取接收的數(shù)據(jù)

P1_0=0; //關(guān)閉并行輸出

SBUF=~data1; //送入串行數(shù)據(jù)

P1_1=1; //為接收下一次

P1_1=0; //數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備

}}

7.4.1同步方式應(yīng)用7.4.2異步方式應(yīng)用 串行口方式1與方式3很近似，波特率設(shè)置一樣，不同之處在于方式3比方式1多了一個數(shù)據(jù)附加位。 方式2與方式3根本一樣〔只是波特率設(shè)置不同〕，接收/發(fā)送11位信息：開始為1位起始位〔0〕，中間8位數(shù)據(jù)位．?dāng)?shù)據(jù)位之后為1位程控位〔由用戶置SCON的TB8決定〕，最后是1位停止位〔1〕。只比方式1多了一位程控位。定時器T1產(chǎn)生的常用波特率

例7-3

將片內(nèi)RAM50H～5FH中的數(shù)據(jù)串行發(fā)送，用第9個數(shù)據(jù)位作奇偶校驗(yàn)位，設(shè)晶振為11.0592MHz，波特率為2400b/s，編制串行口方式3的發(fā)送程序。

解：用TB8作奇偶校驗(yàn)位，在數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器之前．先將數(shù)據(jù)的奇偶位P寫入TB8，這時，第9位數(shù)據(jù)作奇偶校驗(yàn)用，發(fā)送采用中斷方式。7.4.2異步方式應(yīng)用 C語言程序清單：#include<reg52.h>unsignedchari=0;unsignedchararray[16]_at_0x50; //發(fā)送緩沖區(qū)voidmain(){ SCON=0xc0; //串行口初始化

TMOD=0x20; //定時器初始化

TH1=0xf4; TL1=0xf4; TR1=1; ES=1; EA=1; //中斷初始化

ACC=array[i]; //發(fā)送第一個數(shù)據(jù)送

TB8=P; //累加器,目的取P位

SBUF=ACC; //發(fā)送一個數(shù)據(jù)

while(1); //等待中斷}7.4.2異步方式應(yīng)用P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位：

P=1，A中“1〞的個數(shù)為奇數(shù)

P=0，A中“1〞的個數(shù)為偶數(shù)

voidserver()interrupt4 //串行口中斷效勞程序{ TI=0; //清發(fā)送中斷標(biāo)志 ACC=array[++i]; //取下一個數(shù)據(jù) TB8=P; SBUF=ACC; if(i==16) //發(fā)送完畢， ES=0; //禁止串口中斷}7.4.2異步方式應(yīng)用

例7-4

編寫一個接收程序，將接收的16字節(jié)數(shù)據(jù)送入片內(nèi)RAM50H～5FH單元中。設(shè)第9個數(shù)據(jù)位作奇偶校驗(yàn)位，晶振為11.0592MHz，波特率為2400b/s。

解：RB8作奇偶校驗(yàn)位，接收時，取出該位進(jìn)行核對，接收采用查詢方式。7.4.2異步方式應(yīng)用 C語言程序清單：#include<reg52.h>unsignedchari;unsignedchararray[16]_at_0x50; //接收緩沖區(qū)voidmain(){ SCON=0xd0; //串行口初始化，允許接收

TMOD=0x20; TH1=0xf4; TL1=0xf4; TR1=1;7.4.2異步方式應(yīng)用 for(i=0;i<16;i++) //循環(huán)接收16個數(shù)據(jù)

{ while(!RI); //等待一次接收完成

RI=0; ACC=SBUF; if(RB8==P) //校驗(yàn)正確

array[i]=ACC; else //校驗(yàn)不正確

{ F0=1; break; } } while(1);}7.4.2異步方式應(yīng)用 例7-5用第9個數(shù)據(jù)位作奇偶校驗(yàn)位，編制串行口方式3的全雙工通信程序，設(shè)雙機(jī)將各自鍵盤的按鍵鍵值發(fā)送給對方，接收正確后放入緩沖區(qū)〔可用于顯示或其它處理〕，晶振為11.0592MHz，波特率為9600b/s。 解：因?yàn)槭侨p工方式，通信雙方的程序一樣。發(fā)送和接收都采用中斷方式。7.4.2異步方式應(yīng)用 C語言程序清單：#include<reg52.h>chark;unsignedcharbuffer;voidmain(){ SCON=0xd0; //串行口初始化,允許接收

TMOD=0x20; //定時器初始化

TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; ES=1; //開串行口中斷

EA=1; //開總中斷7.4.2異步方式應(yīng)用 while(1) { k=key(); //讀取按鍵按下鍵值

if(k!=-1) //無鍵按下返回-1 { ACC=k; //將鍵值送累加器，取P位

TB8=P; //送TB8 SBUF=ACC;//發(fā)送

} display(); //顯示程序

}}7.4.2異步方式應(yīng)用voidserial_server()interrupt4{ if(TI) //發(fā)送引起，清TI TI=0; else //否那么，接收引起 { RI=0; ACC=SBUF; //讀取接收數(shù)據(jù) if(RB8==P) //校驗(yàn)正確， buffer=ACC; //存入緩沖區(qū) }}7.4.2異步方式應(yīng)用7.5 單片機(jī)與PC機(jī)通信的接口電路主要內(nèi)容7.5.1MAX232芯片簡介7.5.2PC機(jī)與89C52串行通信的接口電路

利用PC機(jī)配置的異步通信適配器，可以很方便地完成PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信。

PC機(jī)與89C52單片機(jī)最簡單的連接是零調(diào)制3線經(jīng)濟(jì)型，這是進(jìn)行全雙工通信所必須的最少數(shù)目的線路。

7.5單片機(jī)與PC機(jī)通信的接口電路RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)簡述目前RS-232是PC與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，其中EIA〔ElectronicIndustryAssociation〕代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。一個完整的RS-232接口有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯插頭座〔DB25〕。除此之外，目前廣泛應(yīng)用的還有一種9芯的RS-232接口〔DB9〕。 串行通信電平：由于89C52單片機(jī)輸入、輸出電平為TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者的電氣標(biāo)準(zhǔn)不一致。 數(shù)字值： 1 0 TTL電平： +5V 0V 232電平： -3V～-15V+3V～+15V 串行通信電平轉(zhuǎn)換：要完成PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信．必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232單芯片可實(shí)現(xiàn)89C52單片機(jī)與PC機(jī)的RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換。7.5單片機(jī)與PC機(jī)通信的接口電路7.5.1MAX232芯片簡介

MAX232芯片：是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。

MAX232芯片的功能：

MAX232內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232C輸出電平所需的±10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。對于沒有±12V電源的場合，其適應(yīng)性更強(qiáng)。

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