1、第八章 串行通信,第一節(jié) 串行通信概述 第二節(jié) MCS-51串行口結(jié)構(gòu)、控制寄存器及工作方式 第三節(jié) 單片機(jī)雙機(jī)通信,第一節(jié) 串行通信概述,一、微機(jī)聯(lián)網(wǎng)： 單片機(jī)與單片機(jī)； 單片機(jī)與其他微機(jī)之間實(shí)現(xiàn)信息共享；,圖1：典型的計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制系統(tǒng)構(gòu)成,二、數(shù)據(jù)通信方式：并行通信與串行通信,并行通信：一次傳輸8（16、32） Bit 8根數(shù)據(jù)線，1根控制線，1根狀態(tài)線， 1根地線，共11根； 特點(diǎn)： 速度快，適合近距離傳輸 計(jì)算機(jī)并口，打印機(jī)，8255,串行通信： 數(shù)據(jù)一位一位地發(fā)送 ，常用的有（不包括地線）： 1根： 1wire 2根 ： RS232的數(shù)據(jù)收發(fā)：1根發(fā)送線、1根接收線， I2C總線

2、：1根數(shù)據(jù)線、1根時(shí)鐘線， 4根： SPI總線：1根發(fā)送線、1根接收線、 1根時(shí)鐘線，1根使能 信號(hào)線 特點(diǎn)： 硬件方便，接口簡(jiǎn)單，適合距離遠(yuǎn)，速度要求不高的場(chǎng)合,三、 串行通訊的分類(lèi)：按通信進(jìn)行的過(guò)程，分為：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工通信方式 1) 單 工：只容許數(shù)據(jù)由一方發(fā)、一方收，單向通訊， 如BP機(jī)。 2) 半雙工：容許雙向通訊，但是收發(fā)只能分時(shí)共用一路 通道，如對(duì)講機(jī)、紅外收發(fā)裝置。 3) 全雙工：容許數(shù)據(jù)同時(shí)雙向收發(fā)，如KEILC開(kāi)發(fā)裝置。,收發(fā)器,接收器,發(fā)送器,收發(fā)器,收發(fā)器,收發(fā)器,四、同步串行通信和異步串行通信,串行通信：將并行的數(shù)據(jù)分開(kāi)后，一位一位地發(fā)送出去，接收方也是一位一位

3、地接收數(shù)據(jù)，這就需要通信的雙方有一個(gè)協(xié)議，什么時(shí)候開(kāi)始發(fā)送，什么時(shí)候發(fā)送完畢；接收方收到的信息是否正確等，而這些信息只能以電平的高低來(lái)表示，構(gòu)成這些位的數(shù)據(jù)稱(chēng)為一幀。,1、 同步通信：有同步信號(hào) 對(duì)于并行通信：除了數(shù)據(jù)線外，還有專(zhuān)門(mén)的同步信號(hào)線。 對(duì)于串行通信：先發(fā)送一個(gè)字符，作為同步字符，之后便連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間不能有間隔，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，用時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端的同步，速度要比異步通信快。,1 起始位：在數(shù)據(jù)發(fā)送線上規(guī)定無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)電平為1，當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)送一個(gè)低電平0，表示數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始，這就是起始位。 2 數(shù)據(jù)位：真正要傳送的數(shù)據(jù)，由于字符編碼方式不同，可以是5位、6位、7位

4、、8位、9位等多位，數(shù)據(jù)位是由低位開(kāi)始，高位結(jié)束（低位在前（左）、高位在后（右）； 3 奇偶校驗(yàn)：數(shù)據(jù)發(fā)送完后，發(fā)送奇偶校驗(yàn)位，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性，這種方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 4. 停止位：表示數(shù)據(jù)傳送的結(jié)束，可以是1位、1.5位或2位。高電平1有效。,幀格式：,2、 異步通信： 異步串行通信（RS232）規(guī)定了傳輸數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)即幀格式：,通用異步接收/發(fā)送器（UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER /TRANSMITTER）： UART：8250 ， 6850 ， 51已經(jīng)內(nèi)嵌其中 作用：1.數(shù)據(jù)的串行化(并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù))和反串行化（串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)）

5、2.錯(cuò)誤檢驗(yàn),五、 波特率： 單位時(shí)間內(nèi)傳送的位數(shù)。 例： 電傳機(jī)：傳送速率120字符/秒，1個(gè)字符10位， 波特率：12010 = 1200波特 1200位/秒 位寬：傳送過(guò)程中平均每位占用時(shí)間 Td = 0.833ms(1/1200),常用的波特率：2400、4800、9600、19200、38400等,六、串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及接口 在測(cè)控系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)通信主要采用異步串行通信方式，常用的異步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有： RS-232（RS-232A RS-232B RS-232C） RS422 、RS485,通信方式的選取 1 通信速率和通信距離 這兩個(gè)方面是相互制約的，降低通信速率，可以提高通信

6、距離 RS-232C：速率：20Kbit/S，最大通信距離：15m RS422： 10Mbit/s， ：300m 90Kbit/s， ：1200m 2 抗干擾能力 采用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，本身具有一定的抗干擾能力，但是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況往往很惡劣，因而要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 RS232C：一般場(chǎng)合，邏輯1=-3-15V ，邏輯0=+3+15V （注意與51的TTL電平 不同）,七、串行通訊的距離： 補(bǔ)充 1)近程通訊：機(jī)器內(nèi)部、芯片之間，可用TTL電平。 15米以?xún)?nèi)，用驅(qū)動(dòng)芯片，如MAX202。 2公里以?xún)?nèi)，如光電隔離器。 2)遠(yuǎn)程通訊：運(yùn)用調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行收發(fā)，如各類(lèi) Modem、俗稱(chēng)“貓”。,第

7、二節(jié) MCS-51串行口結(jié)構(gòu)、控制寄存器及工作方式,8051有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口： 它可作UART用， 也可作同步移位寄存器， 其幀格式可有8位、10位或ll位，并能設(shè)置各種波特率。,一、結(jié) 構(gòu),805l通過(guò)引腳RXD(P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端)和引腳TXD(P3.l，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端),進(jìn)行串行收發(fā)。,1、兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入，不能讀出，接收緩沖器只能讀出、不能寫(xiě)入。,3、接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，在前個(gè)字節(jié)被從接收緩沖器SBUF讀出之前，第二個(gè)字節(jié)即開(kāi)始被接收(串行輸入至移位寄存器),2、對(duì)于發(fā)送緩沖

8、器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的,不會(huì)發(fā)生重迭錯(cuò)誤，所以不需要用雙緩沖結(jié)構(gòu)來(lái)保持最大傳送速率。,4、串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名義進(jìn)行讀或?qū)懙模?當(dāng)向SBUF發(fā)“寫(xiě)”命令時(shí)(執(zhí)行MOV SBUF，A指令)，即是向發(fā)送緩沖器SBUF裝載并開(kāi)始由TXD引腳向外發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送完便使發(fā)送中斷標(biāo)志位TI1。 當(dāng)發(fā)“讀”SBUF命令時(shí)(執(zhí)行MOV A，SBUF指令)，即是由接收緩沖器(SBUF)取出信息通過(guò)8051內(nèi)部總線送CPU。 在滿(mǎn)足串行口接收中斷標(biāo)志位RI0的條件下，置允許接收位REN(SCON4)1，就會(huì)啟動(dòng)接收一幀數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入移位寄存器，并裝載到接收SBUF中，同時(shí)使RI

9、l。,二、串行口控制字及控制寄存器,串行口控制寄存器SCON(98H)和電源控制寄存器PCON(87H),1串行口控制寄存器SCON(98H),8051串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標(biāo)志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示。,SM0和SMl,串行口工作方式選擇位。兩個(gè)選擇位對(duì)應(yīng)4種通信方式(見(jiàn)表)，其中fosc是振蕩頻率。,串行口的工作方式 ：,SM2：多機(jī)通信控制位，1：多機(jī)通信；0：?jiǎn)螜C(jī)通信 REN：允許接收控制位，1：允許接收；0：禁止接收 TB8：發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)?？蔀槠媾紮z驗(yàn)位，或多機(jī)通 信特征位（1：示地址；0：示數(shù)據(jù)） RB8：接收到的第9位數(shù)據(jù)。 TI：表

10、示發(fā)送中斷標(biāo)志。發(fā)送一幀結(jié)束，TI=1，需軟件編程清0。 RI：表示接收中斷標(biāo)志。接收一幀結(jié)束，RI=1，需軟件編程清0。,SM2、 TB8、 RB8用于多機(jī)通信中,SM2：多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3(11位異步收發(fā)),在方式2和方式3時(shí)，若置SM21，則允許多機(jī)通信。 在方式0時(shí)，SM2必須是0,SM2：多機(jī)通訊控制位 單機(jī)通訊方式 多機(jī)通訊方式,2電源控制寄存器PCON(87H)：不可位尋址,電源控制寄存器PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)，如圖所示：,SMOD 波特率倍增位。在串行口方式1、方式2和方式3時(shí)，即當(dāng)SMOD1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD0。,IE

11、,3. 中斷允許控制寄存器IE （A8H）,三、串行通信工作方式,根據(jù)實(shí)際需要，805l串行口可設(shè)置為四種工作方式；可有8位，10位和11位幀格式。,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。其幀格式如下：,方式1以10位數(shù)據(jù)為一幀,設(shè)有一個(gè)起始位“0”和一個(gè)停止位“1”，中間是8位數(shù)據(jù)。先發(fā)送或接收最低位。其幀格式如下：,方式2和3以11位為1幀傳輸，設(shè)有1個(gè)起始位“0”，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)附加第九位和1個(gè)停止位“1”，其幀格式為：,附加第九位(D8)由軟件置l或清0。,1.串行口方式0：同步移位寄存器輸入輸出方式，常用于擴(kuò)展IO口。串行數(shù)據(jù)通過(guò)RxD輸入或輸出，而TxD

12、用于輸出移位時(shí)鐘，作為外接部件的同步信號(hào)。波特率fosc/12 （固定）。,接收時(shí)，用軟件置REN1(同時(shí)RI0)，即開(kāi)始接收。,1、應(yīng)用場(chǎng)合：同步移位寄存器方式，用于擴(kuò)展并行I/O 接口。 2、數(shù)據(jù)格式：一幀8位，無(wú)起始位和停止位。 3、硬件接口：RXD：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。 TXD：同步脈沖輸出端。 4、移位速度：波特率B = fosc/12固定 如fosc=12MHz，B=1MHz，每位數(shù)據(jù)占1s 5、發(fā)送過(guò)程：寫(xiě)入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束， TI=1，必須軟件清零。 6、接收過(guò)程：REN=1且RI=0，啟動(dòng)接收，一幀接收完 畢， RI=1，必須軟件清零。,不適用于兩個(gè)8051之間

13、的直接數(shù)據(jù)通信，但可以通過(guò)外接移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的接口擴(kuò)展。,2串行口方式1,方式1真正用于串行發(fā)送與接收，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使數(shù)據(jù)位(低位在前)、1位停止位，共10位。 在接收時(shí)停止位進(jìn)入SC0N的RB8，此方式的傳送波特率可調(diào)。,1、應(yīng)用場(chǎng)合：8位數(shù)據(jù)位、固定波特率的串行通訊。 2、數(shù)據(jù)格式：一幀10位，8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位(0)， 1個(gè)停止位(1)。 3、硬件接口：RXD-接收數(shù)據(jù)端。 TXD-發(fā)送數(shù)據(jù)端。 4、波特率： 用T1作為波特率發(fā)生器，可變波特率 B=(2SMOD/32)T1溢出率。 5、發(fā)送

14、： 寫(xiě)入SBUF，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié) 束，TI=1，軟件清零。 6、接收： REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0 且停止位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝 入SBUF，停止位裝入RB8，并使RI=1；否 則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。,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，所不同的只是特波率) 。 每幀11位： l位起始位，8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位可編程的第9位數(shù)據(jù)和1位停止位。 發(fā)送時(shí)，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，從而進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；接收時(shí)，第9數(shù)據(jù)位進(jìn)入SCON的RB8

15、。,3.串行口方式2和方式3： 多用于多機(jī)通信,1、應(yīng)用場(chǎng)合：9位數(shù)據(jù)位，固定/可變波特率串行通訊。 2、數(shù)據(jù)格式：一幀11位，9位數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位(0)， 1個(gè)停止位(1)，第9位數(shù)據(jù)位在TB8/RB8 常用作校驗(yàn)位和多機(jī)通訊標(biāo)識(shí)位。 3、硬件接口：RXD接收數(shù)據(jù)端，TXD發(fā)送數(shù)據(jù)端。 4、波特率： 方式2固定：B=(2SMOD/64)fosc 。 方式3可變：B=(2SMOD/32)T1溢出率 。 5、發(fā)送： 先裝入TB8，寫(xiě)入SBUF并啟動(dòng)發(fā)送，發(fā)送 結(jié)束，TI=1。 6、接收： REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0 且第9位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入 接收SBUF

16、，第9位裝入RB8，使RI=1；否則 丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。,四、波特率設(shè)計(jì)（舉例定時(shí)方式2）,方式0和方式2的波特率是固定的； 方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器Tl的溢出率來(lái)決定。,1方式0的波特率 fosc12,2、方式2的波特率2SMODfosc/64,3、方式1、3波特率( 2SMOD /32) (T1溢出速率) 1/T1溢出速率T1溢出周期 定時(shí)時(shí)間 定時(shí)方式2定時(shí)時(shí)間(256-X) T機(jī) =(256-X) 12/fosc 所以：T1溢出速率 fosc12 (256-X) 因此有：方式1、3波特率,例：805l單片機(jī)時(shí)鐘振蕩頻率為110592MHz，選用定時(shí)器T1方式2作

17、波特率發(fā)生器，波持率為2400波特求初值。,解：設(shè)置波特率控制位(SMOD)= 0,所以: (TH1)(TL1) F4H,系統(tǒng)晶體振蕩頻率選為110592MHz就是為了使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。,定時(shí)器T1產(chǎn)生的常用波特率,串行口的編程應(yīng)用,1、串行口初始化編程格式： SIO： MOV SCON，#控制狀態(tài)字 ；寫(xiě)方式字且TI=RI=0 MOV PCON，#80H ；波特率加倍 MOV TMOD，#20H ；T1作波特率發(fā)生器 MOV TH1，#X ；選定波特率 MOV TL1，#X SETB TR1 SETB EA ；開(kāi)串行口中斷 SETB ES,2.查詢(xún)方式實(shí)現(xiàn)發(fā)送： TRAM：

18、MOV A，R0 ；取數(shù)據(jù) MOVSBUF，A ；發(fā)送一個(gè)字符 WAIT：JBCTI，NEXT ；等待發(fā)送結(jié)束 SJMPWAIT NEXT：INCR0 ；準(zhǔn)備下一次發(fā)送 SJMPTRAM,3.中斷方式實(shí)現(xiàn)發(fā)送： ORG 0023H ；串行口中斷入口 AJMP SINT MAIN： ；初始化編程 TRAM： MOV A，R0 ；取數(shù)據(jù) MOV SBUF，A ；發(fā)送第一個(gè)字符 H：SJMP H ；其它工作 SINT：CLR TI ；中斷服務(wù)程序 INC R0 MOV A，R0 ；取數(shù)據(jù) MOV SBUF，A ；發(fā)送下一個(gè)字符 RETI,4.查詢(xún)方式實(shí)現(xiàn)接收： WAIT：JBCRI，NEXT；查詢(xún)等

19、待 SJMPWAIT NEXT：MOVA，SBUF ；讀取接收數(shù)據(jù) MOVR0，A；保存數(shù)據(jù) INCR0 ；準(zhǔn)備下一次接收 SJMPWAIT,5.中斷方式實(shí)現(xiàn)接收： ORG0023H AJMPRINT MAIN： ；初始化編程 H：SJMPH ；其它任務(wù) RINT：CLRRI ；清中斷標(biāo)志 MOVA，SBUF ；讀取接收數(shù)據(jù) MOVR0，A；保存數(shù)據(jù) INCR0 RETI,第三節(jié) 單片機(jī)雙機(jī)通信,一、雙機(jī)通信,傳輸距離短,例1： 設(shè)A、B兩機(jī)均選用11.059MHz的振蕩頻率，波特率為1200，定時(shí)器T1選用工作方式2，SMOD位為0。則計(jì)數(shù)初值為：,X=256-11.059106/（3841

20、200）=E8H,通信雙方約定： （1）A機(jī)為發(fā)送者，B機(jī)為接收者； （2）當(dāng)A機(jī)開(kāi)始發(fā)送時(shí)，先發(fā)送一個(gè)“AA”信號(hào)，B機(jī)收到后回答一個(gè)“BB”信號(hào)，表示同意接收； （3）當(dāng)A機(jī)收到“BB”信號(hào)后，開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一次求一次校驗(yàn)和。假定數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為20個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址為30H，數(shù)據(jù)發(fā)完后再發(fā)送“校驗(yàn)和”； （4）B機(jī)接收數(shù)據(jù)并將其保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，起始地址也為30H，每接收一次也計(jì)算一次“校驗(yàn)和”并進(jìn)行比較。若兩者相等，說(shuō)明接收正確，B機(jī)回答一個(gè)“00”，若兩者不等，說(shuō)明接收不正確，B機(jī)回答一個(gè)“FF”，請(qǐng)求重發(fā)； （5）若A機(jī)收到“00”的回答后，結(jié)束發(fā)送。若收到的答復(fù)非0，則

21、將數(shù)據(jù)重發(fā)一次； （6）雙方均采用串行口方式1進(jìn)行串行通信。,A機(jī)發(fā)送程序,B機(jī)接收程序,ASEND:MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E8H MOV TL1,#0E8H MOV PCON,#00H SETB TR1 MOV SCON,#50H；串口通信初始化 AT1: MOV SBUF,#0AAH；發(fā)AA AW1: JBC TI,AR1；等待發(fā)完AA SJMP AW1 AR1: JBC RI,AR2；等待接收完BB SJMP AR1 AR2: MOV A,SBUF；SBUF值入A XRL A,#0BBH； JNZ AT1;如是BB開(kāi)始傳數(shù),BREV:MOV TMOD,#20H

22、MOV TH1,#0E8H MOV TL1,#0E8H MOV PCON,#00H SETB TR1 MOV SCON,#50H；串口通信初始化 BR1： JBC RI，BR2；等待接收AA SJMP BR1 BR2： MOV A,SBUF; XRL A,#0AAH; JNZ BT2;如是AA， BT1： MOV SBUF,#0BBH；發(fā)BB應(yīng)答 SJMP BW1 BT2:MOV BUF,#0FFH；如不是AA發(fā)FF請(qǐng)求重發(fā) BW1: JBC TI,BR3；發(fā)完BB準(zhǔn)備接收數(shù) SJMP BW1,A機(jī)發(fā)送程序,B機(jī)接收程序,AT2: MOV R0,#30H；首地址 MOV R7,#20；共傳20個(gè)數(shù) MOV R6,#00 AT3: MOV SBUF,R0；數(shù)入SBUF MOV A ,R0 ADD A,R6 MOV R6,A;求校驗(yàn)和 INC R0 AW2: JBC TI,AT4；等發(fā)完一個(gè)數(shù) SJMP AW2 AT4: DJNZ R7,AT3；發(fā)20個(gè) MOV SBUF,R6；發(fā)校驗(yàn)和 AW3: JBC TI,AR3；等待發(fā)完校驗(yàn)和 SJMP AW3,BR3: MOV R0,#30H MOV