1、第九章 MCS-51的串行通信9.1 串行通信基礎(chǔ),MCS-51單片機內(nèi)部有一個通用異步接收發(fā)送器 （UARTUniversal Asynchronous Receiver / Transmitter），全雙工串行接口，能同時收發(fā)數(shù)據(jù)。 一、數(shù)據(jù)通信的基本概念 1、數(shù)據(jù)通信 設(shè)備之間進行的數(shù)據(jù)交換，如CPU與外設(shè)之間進行的數(shù) 據(jù)交換，計算機之間進行的數(shù)據(jù)交換等，稱為數(shù)據(jù)通信。 2、通信方式 有兩種通信方式：并行通信；串行通信。并行通信是多 位數(shù)據(jù)同時通過多根數(shù)據(jù)線傳送。優(yōu)點是傳送速度快；缺點 是數(shù)據(jù)有多少位，就需要用多少根傳送線。并行通信適用于 近距離通信。串行通信是數(shù)據(jù)通過一根數(shù)據(jù)線，一位一

2、位地 傳送。優(yōu)點是只需一對傳輸線；缺點是傳輸速度慢。串行通 信適用于遠距離通信。,二、數(shù)據(jù)同步技術(shù)（P328） 通信雙方要正確地進行數(shù)據(jù)傳輸，需要解決何時開始傳輸，何時結(jié)束傳輸，以及數(shù)據(jù)傳輸速率等問題，即解決數(shù)據(jù)同步問題。實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，有兩種方式：異步通信；同步通信。 1、異步通信(Asynchronous Communication) ：異步通信數(shù)據(jù)一幀一幀傳送。,一個串行幀的開始是一個起始位“0”，然后是58位數(shù)據(jù)（低位數(shù)據(jù)在前，高位數(shù)據(jù)在后），接著是奇偶校驗位（此位可省略），最后是停止位“1。 （1）起始位 起始位“0”占用一位，用來通知接收設(shè)備，開始接收字符。通信線在不傳送字符時，直保

3、持為“1”。接收端不斷檢測線路狀態(tài)，當(dāng)測到一個“0”電平時，就知發(fā)來一個新字符，馬上進行接收。起始位還被用作同步接收端的時鐘，保正接收能正確進行。 （2）數(shù)據(jù)位 數(shù)據(jù)位是要傳送的數(shù)據(jù)，可以是5位、6位或更多。數(shù)據(jù)位是8位時，數(shù)據(jù)位為D0D7。 （3）奇偶校驗位 奇偶校驗位只占一位，其數(shù)據(jù)位為D8。傳送數(shù)據(jù)不進行奇偶校驗時，可以省略此位。此位可用于確定該幀的信息類型，“1”表明傳送的是地址幀，“0”表明傳送的是數(shù)據(jù)幀。,（4）停止位 停止位表示字符的結(jié)束，停止位可以是1位、15位域2位。停止位必須是高電平，接收端接收到停止位后，就知遒此字符傳送完畢。 （5）空閑位表示兩個字符之間有空閑的情況，空

4、閑位為“1”，線路處于等待狀態(tài)。 2、同步通信（Synchronous Communication） 在同步通信中，發(fā)送端先發(fā)送同步字符，緊按著連續(xù)傳送數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)塊），并由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端的同步。同步傳送時，字符與字符之間沒有間隙，僅在數(shù)據(jù)塊開始時用同步字符（SYNC）來指示，其數(shù)據(jù)格式如圖所示。,三、串行通信的制式（數(shù)據(jù)傳送方式） 串行通信有單工通信、半雙工通信和全雙工通信3種方式。 單工通信：數(shù)據(jù)只能單方向地從一端向另一端傳送。例如， 目前的有線電視節(jié)目，只能單方向傳送。 半雙工通信：數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但任一時刻只能向一個方向傳送。也就是說，半雙工通信可以分時雙向傳送數(shù)據(jù)。例如，

5、用前的某些對講機任一時刻只能一方講，另一方聽。 全雙工通信：數(shù)據(jù)可同時向兩個方向傳送。全雙工通信效率最高，適用于計算機之間的通信。 四、串行通信中串行I/O 數(shù)據(jù)的實現(xiàn)（P333例9.1） 9.2 MCS51 的串行口 一、串行接口的結(jié)構(gòu) 1、發(fā)送和接收電路 MCS51通過接收引腳RXD、發(fā)送引腳TXD與外部進行數(shù)據(jù)串行通信。串口的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。,串口結(jié)構(gòu)中的核心部件是數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF（特殊功能寄存器）。 SBUF由兩個寄存器構(gòu)成，一個為發(fā)送SBUF，一個為接收SBUF，使用一個地址99H。 接收寄存器由輸人移位寄存器和接收SBUF構(gòu)成雙緩沖寄存器結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)CPU在沒有讀取前一個接

6、收數(shù)據(jù)時，串口再接收的下一數(shù)據(jù)暫存輸人移位寄存器中，避免因CPU未能及時讀取接收前一接收數(shù)據(jù)而造成下一個接收數(shù)據(jù)丟失。 串行發(fā)送與接收的速率和移位時鐘同步。定時器T1用作串行通信的波特率發(fā)生器，T1溢出率經(jīng)過2分頻（SMOD=0）或不分頻（SMOD1）后經(jīng)過16分頻后作為移位脈沖，移位脈沖的速率便是波特率。 當(dāng)串口控制寄存器SCON中的允許接收控制位REN1，就可以接收一幀數(shù)據(jù)進人輸人移位寄存器并轉(zhuǎn)送入接收SBUF中，同時置接收中斷標(biāo)志RI1。通過執(zhí)行讀SBUF指令將數(shù)據(jù)由SBUF中取出。當(dāng)向SBUF發(fā)出寫命令，便向SBUF裝載數(shù)據(jù)并由TXD引腳向外發(fā)送。發(fā)送結(jié)束，TI=1。,2、串行口控制寄

7、存器 SCON和PCON MCS51的串口是可編程接口，對串口的控制實際上是對特殊功能寄存器SCON和PCON的控制。 （1）串行口控制寄存器SCON（98H） SCON用于控制串行口通信方式的選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)指示等。SCON的各位定義如下：,SM0、SM1：串行口工作方式選擇位。,SM2：模式2、模式3中的多機通信控制位。在模式2和模式3中，若SM21，允許進行多機通信。當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）是1，這一幀數(shù)據(jù)為地址幀，RI置位，允許串口中斷。第9位數(shù)據(jù)（RB8）是0，則RI不置位。在模式1中，若SM21，只有接收到一幀數(shù)據(jù)中的有效停止位“0”，RI才置位，以便接收

8、一幀數(shù)據(jù)。在模式0中，SM2必須置“0”。 REN：允許接收位。當(dāng)REN1時，才允許接收數(shù)據(jù)；REN0則禁止接收數(shù)據(jù)。 TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8。模式2、模式3方式時要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，由指令置1或清0，在多機通信時，這一位數(shù)據(jù)的為“1”或為“0”用于表示發(fā)送或接收的一幀數(shù)據(jù)是地址幀還是數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。 RB8接收數(shù)據(jù)位8。在模式2、模式3方式時接收到的第9位數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)位可以是奇偶位，也可以是地址數(shù)據(jù)標(biāo)識位。模式1中，若SM2=0，RB8為已接收的停止位。,TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。在模式0中，當(dāng)發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。在其它模式時，當(dāng)發(fā)送了停止位后，由硬件置位。當(dāng)TI=1，向CPU申請中斷，

9、CPU響應(yīng)中斷后，可在中斷服務(wù)程序中發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。無論在哪一種模式下，硬件都不能自動對該標(biāo)志清0，必須靠指令來清除TI。 RI：接收中斷標(biāo)志。在模式0時，接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束后，由硬件置位。在其它模式中，在接收停止位傳送的中間時刻，由硬件置位。RI1，向CPU申請中斷，要求取走接收寄存器中的數(shù)據(jù)。在模式1中，當(dāng)SM21時，沒有接收到有效的停止位，不會對RI置位。RI必須靠指令來清除。 串口發(fā)送中斷標(biāo)志TI和串口接收中斷標(biāo)志RI共用一個中斷源，因此當(dāng)CPU響應(yīng)串口中斷時，硬件無法識別是發(fā)送引起的中斷還是接收引起的中斷，必須在中服程序中通過指令對TI、RI的測試來判別，并在測試后及時將標(biāo)志清除，以

10、便能響應(yīng)新的串口中斷。 復(fù)位時，SCON的所有位全部清0。,三、串行通信工作方式 （1）方式0：同步移位寄存器輸入輸出方式，在同步脈沖的控制下，依次從數(shù)據(jù)的低位到高位進行發(fā)送或接收。,（2）模式1：10位通用異步接收和發(fā)送方式。發(fā)送結(jié)束，TI=1。在模式1接收時，數(shù)據(jù)從引腳RXD輸入，串口檢測到引腳信號有一個從1到0的跳變（起始位）且REN=1開始接收一幀數(shù)據(jù)。接收完成，RI1。,（3）模式2和模式3：11位異步通信接收和發(fā)送方式。發(fā)送時，第9位數(shù)據(jù)TB8可以通過指令設(shè)定為“l(fā)”或“0”，也可將奇偶校驗位裝入TB8，接收時，第9位數(shù)據(jù)進人SCON的RB8。發(fā)送時由指令設(shè)定TB8后再將要發(fā)送的數(shù)

11、據(jù)送入SBUF，以啟動一次發(fā)送。接收時，8位數(shù)據(jù)送人SBUF，第9位數(shù)據(jù)送入SCON的RB8位并置RI1。,四、串口波特率的計算 在串行通信中，收、發(fā)數(shù)據(jù)的過程均要在相同的傳送速率下進行，這個傳送速率就稱為波特率。波特率定義為每秒鐘傳送的二進制代碼的位數(shù)，單位為bs。 MCS51單片機中，串口的四種工作方式可采用不同的波特率進行通訊，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可變的。因而在不同模式下，波特率的計算公式也不相同。 1、方式0的波特率 方式0時，無論是發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)的移位脈沖是在S6P2時給出。也就是每個機器周期產(chǎn)生一個移位脈沖，在這個脈沖出現(xiàn)時，RXT引腳發(fā)送或接收一

12、位數(shù)據(jù)。波特率固定為振蕩頻率的112，并且不受PCON中的SMOD位的控制。 2、方式2的波特率,在方式2下的波特率取決于PCON中的SMOD值，當(dāng)SMODl，波特率為fosc的132，SOMD=0，波特率為fosc的164，即：方式2波特率=fosc 64 3、方式1和方式3的波特率： 方式1和3的時鐘脈沖由T1的溢出率決定，因此，模式1和模式3的波特率取決于T1的溢出率和SMOD。即： 當(dāng)SMOD0：定時器T1采用方式1時，波特率計算公式如下： 方式1和3波特率=（ 32）（T1溢出速率） 由于采用定時器T1的模式0（13位計數(shù)方式）和模式1（16位計數(shù)方式）作為波特率發(fā)生器時，當(dāng)T1產(chǎn)生溢出后，還需要采用中斷服務(wù)程序重新裝入初值，而定時器中斷響應(yīng)時間和中斷服務(wù)程序的指令執(zhí)行會使波特率產(chǎn)生一定的誤差，降低通訊的可靠性。因此在實際使用中，常常使用定時器T1的模式2（自動重裝初值方式）作為波特率發(fā)生器使用。,波特率計算舉例：某MCS51單片機系統(tǒng)