1、第六章 MCS-51單片機(jī)的串行通信接口,6.1 串行通信概述 6.2 MCS-51單片機(jī)的串行通信接口 6.3 串行口編程舉例,6.1 串行通信概述 6.1.1 并行通信與串行通信 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換稱為通信。,計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的通信有兩種基本方式：并行通信和串行通信。 一個(gè)信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方法稱為并行通信。并行通信依靠并行I/O接口實(shí)現(xiàn)。并行通信速度快，但傳輸線根數(shù)多，成本高，適合近距離通信，通常傳送距離小于30米。 一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位順序傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為串行通信。串行通信通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)。串行通信速度慢，但傳輸線少，適宜長(zhǎng)距離傳輸。,6.1.2 串行

2、通信的兩種基本方式 串行通信的兩種基本方式：根據(jù)信息傳送的格式分為：異步通信和同步通信。 異步通信是以字符為單位傳送的，數(shù)據(jù)傳送可靠性高，適合低速通信的場(chǎng)合。 同步通信方式是以多個(gè)字符組成的數(shù)據(jù)塊為單位的方式傳送的，數(shù)據(jù)傳輸率高，適合高速率、大容量的數(shù)據(jù)通信。,1.異步通信,異步通信用起始位“0”表示字符的開始，然后從低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位“1”(長(zhǎng)度可以是一位、一位半或兩位)表示字符的結(jié)束。一個(gè)字符又稱為一幀信息。 在MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中，第九位數(shù)據(jù)D8可以用作奇偶效驗(yàn)位，也可以用作地址/數(shù)據(jù)幀標(biāo)志，D8=1表示該幀信息傳送的是地址，D8=0表示傳送的是數(shù)據(jù)。 兩幀信息之間

3、可以有間隔，也可以無(wú)間隔，且間隔時(shí)間可以任意改變，間隔用空閑位“1”(長(zhǎng)度不固定)填充。,異步通信方式： 異步通信中計(jì)算機(jī)與外設(shè)間必須約定（通信協(xié)議）： (1)字符格式約定好字符的編碼形式、奇偶效驗(yàn)位形式以及起始位和停止位的規(guī)定。 每秒數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)： 波特率(Baud rate) 或比特率(bit rate)。 1波特 = 1bps (位/秒） 異步通信要求發(fā)送與接收以相同的波特率進(jìn)行。,波特率或比特率有效數(shù)據(jù)位的傳送速率,同步通信方式： 同步通信在數(shù)據(jù)開始處用12個(gè)同步字符來(lái)指示。 同步通信中，由同步時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收的同步。在發(fā)送時(shí)要插入同步字符，接收端在檢測(cè)到同步字符后，就開始接收串

4、行數(shù)據(jù)。可見，同步通信具有較高的傳輸速率，通常在幾十至幾百千波特，但在硬件上要求較高。,6.1.3 串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方向,全雙工異步串行接口(UART),數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)： 并行：數(shù)據(jù)各位同時(shí)進(jìn)行傳送 串行：數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)行傳送,全雙工:(串行通信)收/發(fā)可同時(shí)進(jìn)行 半雙工:(串行通信)收/發(fā)不可同時(shí)進(jìn)行,異步串行通信:以字符為單位進(jìn)行傳送 同步串行通信:以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳送 波特率(bps.):單位時(shí)間傳送的位數(shù),6.2 MCS-51單片機(jī)的串行通信接口 6.2.1 串行口結(jié)構(gòu)及工作原理,串行口工作原理： 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)懙漠?dāng)向SBUF發(fā)

5、“寫”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TI=1。 在滿足串行口接收中斷標(biāo)志位RI=0的條件下,置允許接收位REN=1就會(huì)接收一幀數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器,并裝載到SBUF中,同時(shí)使RI=1.當(dāng)89C51發(fā)出讀SBUF命令時(shí)(MOV A,SBUF),便由接收緩沖器SBUF取出數(shù)據(jù)送入A。,6.2.2 串行通信接口的控制寄存器 1.串行口控制寄存器SCON (98H) 可位尋址（98H9FH）,SM0，SM1：串行口4種工作方式的選擇位。 0 0 方式0：8位移位寄存器I/O，波特率固定為 fosc/12

6、 0 1 方式1：8位UART（1+8+1位)，波特率可變，(T1溢出率控制) 1 0 方式2：9位UART（1+8+1+1位)，波特率固定=fosc /32或1/64 1 1 方式3：9位UART（1+8+1+1位)，波特率可變，(T1溢出率控制),SM2：串行口多機(jī)通信控制位 (方式2、3的附加控制位) 在方式0時(shí)：SM2必須為0。 在方式1時(shí)： 若SM2=1，則只有接收到有效的停止位時(shí)，才能置位RI。 若SM2=0，則接收一幀信息的第九位數(shù)據(jù)不管是0還是1，都由軟件置位RI。 在方式2或方式3時(shí)： 若SM2=1，當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8=0時(shí)，不能置位RI，接收數(shù)據(jù)無(wú)效。 若SM2=0

7、，不管接收到的第9位數(shù)據(jù)為0或1，前8位數(shù)據(jù)都送入SBUF，并使RI=1。,REN：串行口接收允許控制位，由軟件置位或清0。 = 1 表示允許接收； = 0 禁止接收 TB8：方式2、3中，是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。 多機(jī)通信中，TB8=0 表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)；TB8=1 表示發(fā)送的是地址。 (奇偶校驗(yàn)) RB8：在方式2、3中，是收到的第9位數(shù)據(jù)。 多機(jī)通信中，用作區(qū)別地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。(奇偶校驗(yàn)) RI,TI：串行口接收 / 發(fā)送數(shù)據(jù)申請(qǐng)中斷標(biāo)志位 1 申請(qǐng)中斷； 0 不申請(qǐng)中斷,2. 電源控制寄存器PCON (87H) PCON不可位尋址,SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特

8、率加倍位 =1 時(shí)，波特率加倍 =0 時(shí)，波特率不加倍。 (在PCON中只有這一個(gè)位與串口有關(guān)) 單片機(jī)復(fù)位時(shí)，SMOD=0。,6.2.3 串行口的工作方式 1.方式0：8位移位寄存器I/O方式 工作方式0時(shí)，移位脈沖由機(jī)器周期的第6個(gè)狀態(tài)周期S6給出，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。因此，波特率是固定的，為振蕩頻率的1/12，不受PCON寄存器中SMOD的影響。,發(fā)送：SBUF中的串行數(shù)據(jù)由RxD逐位移出； TxD輸出移位時(shí)鐘，頻率=fosc/12； 每送出8位數(shù)據(jù) TI就自動(dòng)置1； 需要用軟件清零 TI。 接收：串行數(shù)據(jù)由RxD逐位移入SBUF中； TxD輸出移位時(shí)鐘，頻

9、率=fosc/12； 每接收 8位數(shù)據(jù)RI就自動(dòng)置1； 需要用軟件清零 RI。,經(jīng)常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用擴(kuò)展接口。,復(fù)位時(shí),SCON 已經(jīng)被清零,缺省值: 方式0。,接收前,務(wù)必先置位 REN=1 允許接收數(shù)據(jù)。,.串行工作方式1：8位UART 方式1為10位為一幀的異步串行通信方式。其幀格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。如下圖所示。 數(shù)據(jù)發(fā)送 數(shù)據(jù)寫入SBUF后，開始發(fā)送，此時(shí)由硬件加入起始位和停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，由TXD串行輸出。輸出一幀數(shù)據(jù)后，TXD保持在高電平狀態(tài)下，并將TI置位，通知CPU可以進(jìn)行下一個(gè)字符的發(fā)送。,數(shù)據(jù)接收 當(dāng)REN=1且接收到

10、起始位后，在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)移入接收緩沖寄存器（SBUF）中，停止位到來(lái)后，把停止位送入RB8中，并置位RI，通知CPU接收到一個(gè)字符。 波特率的設(shè)定 串行通信方式1的波特率是可變的，計(jì)算公式為： 其中，SMOD為PCON寄存器最高位的值，其值為1 或0。,3. 串行工作方式2 方式2為11位為一幀的異步串行通信方式。其幀格式為1個(gè)起始位、9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。如下圖所示。 由于方式2下的波特率固定為2SMODfosc/64，因而常用于單片機(jī)間多機(jī)通訊。 D0D7為8位數(shù)據(jù)(1B)，D8為SCON中的TB8，可由用戶編程軟件置位或清零，用作多機(jī)通信中的地址、數(shù)據(jù)標(biāo)志或作為數(shù)據(jù)

11、的奇偶校驗(yàn)位。 SETB TB8 ；TB8位置“1” CLR TB8 ；TB8位置“0”,4.串行工作方式3 方式3為波特率可變的9位異步通信接口，除波特率外，方式3與方式2類似。方式3下波特率可變，其確定方式同方式1，即,5. 串行口工作方式對(duì)比,6.2.4 波特率的設(shè)定,方式0：波特率固定不變，為fosc/12 方式2：波特率為波特率 = 2SMOD fosc /64 方式1、3時(shí)，波特率是可變的，,考慮到重裝時(shí)間常數(shù)（X）會(huì)帶來(lái)定時(shí)誤差，定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器時(shí)采用8位自動(dòng)裝載方式（方式2）。,方式1、方式3下常用波特率和定時(shí)器T1各參數(shù)的關(guān)系,6.3 串行口編程舉例 6.3.1.

12、工作方式0的應(yīng)用 串行口工作方式0主要用于擴(kuò)展并行I/O接口。擴(kuò)展成并行輸出口時(shí)，需要外接一片8位串行輸入并行輸出的同步移位寄存器74LS164或CD4094。擴(kuò)展成并行輸入口時(shí)，需要外接一片并行輸入串行輸出的同步移位寄存器74LS165或CD4014。,例: 利用串行口工作在方式0，外擴(kuò)一片74LS164構(gòu)成一個(gè)3位LED動(dòng)態(tài)顯示器，并將片內(nèi)RAM顯示單元65H、66H和67H單元中的段碼輸出顯示。,利用串行口工作在方式0，外擴(kuò)一片74LS164構(gòu)成一個(gè)3位LED動(dòng)態(tài)顯示器，并將片內(nèi)RAM顯示單元65H、66H和67H單元中的段碼輸出顯示，其硬件電路如圖所示：,ORG 0100H STPRT

13、:MOV SCON, #00H ；串口工作方式0 SETB P1.2 ；消去最高顯示位 SETB P1.1 ；消去次高顯示位 MOV SBUF, 65H ；傳送最低顯示位 JNB TI, $ ；等待發(fā)送 CLR P1.0 ；最低位顯示 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位 LCALL DSSJ ；調(diào)延時(shí)子程序 SETB P1.0 ；消去最低顯示位 MOV SBUF, 66H ；傳送中間顯示位 JNB TI, $ ；等待傳送結(jié)束 CLR P1.1 ；顯示中間位 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位,LCALL DSSJ ；調(diào)延時(shí)子程序 SETB P1.1 ；消去中間顯示位 MOV SBUF, 67H ；傳送最高

14、顯示位 JNB TI, $ ；等待傳送結(jié)束 CLR P1.2 ；顯示最高位 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位 LCALL DSSJ SETB P1.2; 消顯 RET DSSJ:-; 延時(shí)子程序, LED顯示時(shí)間 RET END,例：甲機(jī)為發(fā)送，乙機(jī)為接收。編寫雙機(jī)通信程序。 串行口都工作在方式1，波特率為9600，fosc=11.0592MHz。甲機(jī)將內(nèi)部RAM的203FH的32個(gè)字節(jié)的ASCII碼數(shù)據(jù)，在最高位加上奇校驗(yàn)，后由串行口送出。乙機(jī)接收到32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，存放在內(nèi)部RAM203FH單元中，波特率和時(shí)鐘頻率和甲機(jī)相同。若接收到的數(shù)據(jù)奇校驗(yàn)出錯(cuò)，則置相應(yīng)單元為0FFH。,6.3.2 串行

15、口在方式1下的應(yīng)用,分析： 波特率選用T1方式2，查表7-4知初值為0FDH。,ASCII碼奇校驗(yàn)用下面程序設(shè)置： MOV A, #DATA MOV C, P CPL C MOV ACC.7, C ; 使A中1個(gè)數(shù)總為奇數(shù),甲機(jī)發(fā)送程序清單：,ORG2000H START:MOV TMOD, #20H; T1方式2 MOVTL1, #0FDH MOVTH1, #0FDH; 9600 bps (11.0592MHz) SETBTR1; 啟動(dòng)T1 MOV SCON, #40H; 串口方式1, REN=0 MOVR0, #20H; 起始地址 MOVR7, #20H; 數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) LOOP:MOVA,

16、R0 MOVC, P CPLC MOVACC.7, C; 添加奇校驗(yàn) MOVSBUF, A NEXT: JNB TI, NEXT; 發(fā)送完一幀數(shù)？ CLRTI INCR0 DJNZR7, LOOP; 數(shù)據(jù)全部發(fā)送完？ AJMPSTART; 重新發(fā)送數(shù)據(jù),乙機(jī)接收程序清單：,ORG 2000H START:MOVTMOD, #20H; T1方式2 MOVTL1, #0FDH MOVTH1, #0FDH; 9600 bps (11.0592MHz) SETBTR1; 啟動(dòng)T1 MOVR0, #20H; 數(shù)據(jù)單元起始地址 MOVR7, #20H; 接收數(shù)據(jù) LOOP:MOVSCON, #50H; 串

17、口方式1, REN=1 NEXT:JNB RI, NEXT; 等待接收完整一幀數(shù)據(jù) CLR RI MOV A, SBUF; 接收數(shù)據(jù) MOV C, P JNC ERROR; 奇檢驗(yàn), A中1個(gè)數(shù)應(yīng)為奇數(shù) ANL A, #7FH; 去掉檢驗(yàn)位 MOV R0, A; 保存數(shù)據(jù),INCR0; 修改存儲(chǔ)單元地址指針 DJNZR7, LOOP ; 全部接收完數(shù)據(jù)？ AJMPSTART ERROR: MOVR0, #0FFH; 接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤處理 SJMPLOOP,例: 利用串行口方式2編制一發(fā)送程序，將片內(nèi)RAM中60H6FH單元的數(shù)據(jù)串行發(fā)送出去，第9數(shù)據(jù)位TB8作偶校驗(yàn)位。 根據(jù)要求，將串行口設(shè)置為方

18、式2、單工發(fā)送，則SCON控制字為80H。波特率選為fosc/64。,6.3.3 串行口在方式2下的應(yīng)用,采用中斷方式發(fā)送的主程序和中斷程序如下： ORG0000H AJMPMAIN ; 轉(zhuǎn)主程序 ORG0023H ; 串口中斷服務(wù)程序 INCR0; 發(fā)送數(shù)據(jù)地址增1 MOVA, R0 ; 取出待發(fā)數(shù)據(jù) MOVC, P ; 將奇偶位送TB8 MOVTB8, C MOVSBUF, A ; 發(fā)送數(shù)據(jù) DJNZR7, SSJS ; 判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完 CLR ES; 發(fā)送完關(guān)中斷 SSJS:CLR TI ; 清中斷標(biāo)志 RETI,MAIN:ORG 0100H ; 主程序 MOV SP, #20H ;

19、 置堆棧指針 MOV SCON, #80H ; 串口設(shè)置為方式2 MOV PCON, #00H ; 波特率選為fosc/64 MOV R0, #60H ; 數(shù)據(jù)塊首址送R0 MOV R7, #10H ; 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度送R7 SETB EA ; 開總中斷 SETB ES ; 開串行口中斷 MOV A, R0 ; 取出待發(fā)數(shù)據(jù) MOV C, PSW.0 ; 將奇偶位送TB8 MOV TB8, C MOV SBUF, A ; 發(fā)送數(shù)據(jù) SJMP $ ; 等待中斷發(fā)下個(gè)數(shù)據(jù) END,例: 試編制串行口在方式3下接收數(shù)據(jù)塊的程序。設(shè)單片機(jī)晶振為11.0592MHz，波特率為2400 b/s，接收的數(shù)據(jù)存在

20、片內(nèi)RAM的40H起始單元的一段區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度由發(fā)送方先發(fā)送過(guò)來(lái)(不超過(guò)允許值)，每接收一個(gè)數(shù)據(jù)都核對(duì)其奇偶校驗(yàn)位，正確則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，否則給出出錯(cuò)標(biāo)志。 解：根據(jù)要求，設(shè)置T1工作于方式2，當(dāng)SMOD=0時(shí)，T1計(jì)數(shù)初值為F4H。,6.3.4 串行口在方式3下的應(yīng)用,查詢法源程序如下： START:MOV TMOD, #20H ; T1定時(shí)方式2 MOV TL1, #0F4H ; 置T1計(jì)數(shù)初值 MOV TH1, #0F4H; 2400bps (11.0592MHz) SETB TR1 ; 啟動(dòng)T1 MOV SCON, #0D0H ; 串口方式3，允許接收 MOV PCON, #00H ;

21、設(shè)SMOD=0 MOV R0, #40H ; 接收數(shù)據(jù)區(qū)首址送R0 JNB RI, $; 等待接收數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度 CLR RI ; 接收后清RI MOV A, SBUF ; 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度存R7中 MOV R7, A,DRec:JNB RI, $ ; 等待接收數(shù)據(jù) CLR RI ; 清RI MOV A, SBUF ; 將接收字符讀入A JB P, PChk ; 進(jìn)行奇偶位校驗(yàn) (PSW.0) JB RB8, ERR; P=0, RB8=1 = Err SJMP DSav PChk: JNB RB8, ERR ; P=1; RB8=0 = Err DSav:MOV R0, A ; 校驗(yàn)正確保存數(shù)據(jù) IN

22、C R0 ; 存儲(chǔ)單元地址增1 CLR F0 ; 設(shè)置正確的標(biāo)志 (PSW.5) DJNZ R7, DRec ; 未接收完，繼續(xù) SJMP $ ; 接收完停機(jī) ERR: SETB P ; 置校驗(yàn)出錯(cuò)標(biāo)志 SJMP $ ; 停機(jī) END,6.3.4 多機(jī)通信 雙機(jī)通信時(shí)，兩臺(tái)單片機(jī)地位是平等的，此時(shí)，兩臺(tái)單片機(jī)的串行口均可工作于方式1。 多機(jī)通信是指多臺(tái)單片機(jī)間的通信。 在多機(jī)通信中，有主機(jī)和從機(jī)之分。多機(jī)通信時(shí)，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到各個(gè)從機(jī)，而各從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，其主要問(wèn)題是怎樣識(shí)別地址和維持主機(jī)與指定從機(jī)之間的通信。,在串行方式2或方式3條件下，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)之間的

23、通信，其連接電路如圖所示。,1. 多機(jī)通信原理 多機(jī)通信時(shí)，主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的信息分為地址幀和數(shù)據(jù)幀兩類，以第9位可編程TB8作區(qū)分標(biāo)志，TB8=1，表示地址；TB8=0，表示數(shù)據(jù)。,地址范圍: 000FFH 串口通信中傳送數(shù)據(jù)為低位在先 (D0D7) 例：上表中傳送地址/數(shù)據(jù)：41H,SM2=0：接收任何信息（包括地址和數(shù)據(jù)） SM2=1：只有當(dāng)接收到RB8=1時(shí)才接收信息（只收地址禎）,2、多機(jī)通信過(guò)程：,定義從機(jī)地址，000FEH，最多接入255臺(tái)從機(jī)。 從機(jī)在初始化過(guò)程中，將串行口編程為方式2或3；并使SM2=1，處于只接收地址幀狀態(tài)。REN=1，允許串行口接收。 主機(jī)的TB8設(shè)置為1，

24、表示發(fā)送地址，發(fā)送欲通信的從機(jī)地址。 若從機(jī)的串行口接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的串行地址幀時(shí)，由于第9位TB8=1，置中斷標(biāo)志RI為1。,各從機(jī)分別響應(yīng)中斷，并進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序進(jìn)行地址核對(duì)。 被尋址的從機(jī)確認(rèn)后，將自身的SM2清0，準(zhǔn)備和主機(jī)通信。地址不符的從機(jī)SM2保持為1，無(wú)法接收主機(jī)的數(shù)據(jù)。 主機(jī)按一定的通信協(xié)議確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行正式通信。 主機(jī)向被尋址的從機(jī)發(fā)送命令，準(zhǔn)備與從機(jī)進(jìn)行一對(duì)一通信。,3、多機(jī)通信的協(xié)議及程序設(shè)計(jì)：,主機(jī)發(fā)送地址，從機(jī)驗(yàn)證地址，并把地址消息反饋回主機(jī)。 主機(jī)驗(yàn)證反饋地址，如相符把TB8清0，開始發(fā)送數(shù)據(jù)；如不相符把TB8置1，繼續(xù)發(fā)送地址。,主機(jī)呼叫“1號(hào)從機(jī)”程序：

25、,Num EQU 01H Main: MOV SCON, #98H; 方式2，TB8=1，REN=1 AddrS:MOV SBUF, #Num ; 發(fā)送從機(jī)地址 MS1:JBC TI, MS2 SJMP MS1 MS2: JBC RI, MR1; 等待1號(hào)從機(jī)回傳地址 SJMP MS2 MR1:MOV A, SBUF; 地址判斷 XRL A, #Num JZ YES SJMP AddrS; 地址不匹配，重發(fā)從機(jī)地址 YES:CLR TB8 ,從機(jī)響應(yīng)呼叫程序,Num EQU 01H SUB:MOVSCON，#0B0H; 方式2，SM2=1, REN=1 SR1:JBCRI，SR2; 接收地址 SJMPSR1 SR2: MOVA，SBUF XRLA，#Num ; 地址判斷 JNZ