第7章 单片机串行接口技术

1、“十二五”职业教育国家规划教材 单片机原理及接口技术(第2版) AT89C51单片机与PC机间的通 信接口技术及仿真 单片机与PC机间的串行 通信PROTUES仿真 第第 章章 单单 片片 机机 串串 行行 扩扩 展展 技技 术术 本章内容本章内容 Single Chip Microcomputer AT89C51单片机之间的串行通 信接口技术及仿真 7.1 AT89C51单片机之间的串单片机之间的串 行通信接口技术及仿真行通信接口技术及仿真 7.1.1 串行通信的基本原理 什么是串行通信？什么是串行通信？ 计算机1 GND 计算机2 GND 并行通信 计算机1 GND 计算机2 GND 发送

2、 接收 串行通信 并行的特点是：各数据位同时传送，传送速 度快、效率高。但并行数据传送有多少数 据位就需多少根数据线，因此传送成本高。 串行特点是：数据传送按位顺序进行，最 少只需一根传输线即可完成，成本低但速 度慢。 1异步串行通信的字符格式异步串行通信的字符格式 图7-1 异步串行通信的 字符格式 2异步串行通信的信号形式 分为近程通信和远程通信 图7-2 近程串行通信 图7-3 远程串行通信 发送器 A站 接收器 B站 单工通信 (a) 发 收 A站 发 收 B站 发 收 A站 发 收 B站 (b)(c) 4串行通信的传送速率 波特率：每秒钟传送格式位的数目来表示。 时钟频率高，则波特率

3、也高，通信速度就 快；反之，时钟频率低，则波特率也低， 通信速度就慢。 7.1.2 AT89C51串行通信基础知识 1.三线制连接方式三线制连接方式 TXD1RXD2； RXD1TXD2； GND1GND2。 因连线只有三根线，故称三线制连接方式。 MCS-51的串行接口的串行接口 波特率：每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比 特数，单位为b/s，即位/秒。 MCS-51串行接口的结构串行接口的结构 发 送 SBUF (99H) 门 发 送 控 制 器 接 收 控 制 器 1 输 入 移 位 寄 存 器 串 行 控 制 寄 存 器 (98H) 定 时 器 1 接 收 SBUF (99H) 8 8

4、 8 TI RI 内 部 总 线 TXD(P3.1) RXD(P3.0) 串 行 口 中 断 MCS-51串行接口寄存器 控制寄存器控制寄存器SCON SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 工作方式选择 多机通信控制位 允许串行接收位 接收数据的第9位 发送数据的第9位 接收中断标志 发送中断标志 9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H SM0 SM1工作方式工作方式功能功能波特率波特率 0 0方式方式08位同步移位寄存器位同步移位寄存器fosc/12 0 1方式方式110位位UART可变可变 1 0方式方式211位位UART fosc/64或或 fosc/32 1 1方式方

5、式311位位UART可变可变 串行方式的定义 电源及波特率选择寄存器电源及波特率选择寄存器PCONPCON SMOD GF1 GF0PDIDL87H 串行口四种工作方式应用比较串行口四种工作方式应用比较 工作方式功能说明波特率 方式08位同步移位 寄存器 常用于扩展 I/O口 fosc/12 方式110位UART 8位数据、起始 位、结束位 可变（取决于定 时器1溢出率） 方式211位UART 8位数据、起始 位0、结束位1 和奇偶校验位 fosc/64或 fosc/32 方式311位UART 数据、起始、校 验、结束位 可变（取决于定 时器1溢出率） 波特率的设定可参 见表8.2，实际无 需

6、计算。 方式方式0 0 1 2 8 3456 10 11 12 13 数 据 输 出 移 位 脉 冲 RXD TXD 8051 74LS164 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 方式0用于扩展I/O口输出 9 2 6543 14 13 12 11 数 据 输 入 移 位 脉 冲 RXD TXD 8051 74LS165 D7D6D5D4D3D2D1D0 方式0用于扩展I/O口输入 方式1 D0D1D2D3D4D5D6D71D0D11D700 第n1字符帧第n字符帧 8位数据 起 始 位 停 止 位 10位的帧格式 串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。每发送 或接收的一

7、帧信息中，包括1位起始位0，8位数据位和1位停 止位1。 方式方式2 2 D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D110/1100 第 n 1字 符 帧第 n字 符 帧 8位 数 据 起 始 位 停 止 位 奇 偶 校 验 11位的帧格式 方式方式3 3 MCS-51串行口的波特率串行口的波特率 在方式2中，波特率取决于PCON中的SMOD值： 当SMOD=0时，波特率为fosc/64； 当SMOD=1时，波特率为fosc/32.即波特率 = 。 osc SMOD f 64 2 在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变 波特率/(b/s)fosc/MHzSMOD

8、定时器1 C/模式初始值 方式0：1 M 方式2：375 k 方式1、3：62.5 k 19.2 k 9.6 k 4.8 k 2.4 k 1.2 k 137.5 k 110 110 12 12 12 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 11.986 6 12 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 1 FFH FDH FDH FAH F4H E8H 1DH 72H FEEBH T 波特率= )x256(12 f 32 2 osc smod 单片机之间的通信 RXD TXD 8051 应用系统

9、(甲机) RXD TXD 8051 应用系统 (乙机) 双机异步通信接口电路 甲机与乙机采用半双工的串行通信 方式 图图7-7AT89C51间串行通信电路原理图间串行通信电路原理图 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P

10、25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 89C51 12M 30p 30p 10k 复位10uF +5 C840 D951 EA62 FB73 p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 3

11、4 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 89C51 a bf c g d e 8LED 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g dp 8 com com 12M 30p 30p 10k +5 复位 10uF a bf c g d e 8LED 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g dp 8 com com +5 +5 7.1.5 单片机之间的串行通信PROTUES仿真 7.2 AT89C51单片机

12、与单片机与PC机间的通信接口技机间的通信接口技 术及仿真术及仿真 7.2.1 RS-232C总线标准 RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）公布的应用最广的串行通 信标准总线。适用于短距离或带调制解调器的通信场合。 后来公布的RS-422、RS-423和RS-485串行总线接口标准在传输 速率和通信距离上有很大的提高。 RS-232C的逻辑电平与MOS电平、单片机 信号电平TTL完全不同。其逻辑0电平为 +5V+15V，逻辑1电平为-5V-15V。所 以采用RS-232C标准时，必须进行信号电 平转换。MC1489、MC1488、MAX232和 ICL232是常用的电平转换芯片。 图图7

13、-9 MAX232内部结构图内部结构图 表表7-47-4MAX232MAX232电容配置表电容配置表 电容 (F) 元器件C1C2C3C4C5 MAX2204.74.710104.7 MAX2321.01.01.01.01.0 MAX232A0.10.10.10.10.1 表表7-57-5RS232CRS232C连接器主要信号连接器主要信号 信号 符号 25芯连接器引脚 号 9芯连接器引脚号 请求发送 RTS 4 7 清除发送 CTS 5 8 数据设置准备 DSR 6 6 数据载波探测 DCD 8 1 数据终端准备 DTR 20 4 发送数据 TXD 2 3 接收数据 RXD 3 2 接地 G

14、ND 7 5 4RS-232C标准的其他定义及特点标准的其他定义及特点 （1）电压型负逻辑总线标准。 （2）标准数据传送速率有50bps、75 bps、110 bps、300 bps、600 bps、1200 bps、2400 bps、 4800 bps、9600 bps、19200 bps。 （3）传输电压高，传输速率最高为19.2kb/s。在 不增加其他设备的情况下，电缆长度最大为15m。 不适于接口两边设备间要求绝缘的情况。 7.2.2硬件接口电路设计 1.功能 利用虚拟终端仿真单片机与PC机间的串行 通信。PC机先发送从键盘输入的数据，单 片机接收后回发给PC机。单片机同时将收 到的3

15、0H39H间的数据转换成09的数字 显示，其它字符的数据直接显示为其ASCII 码。 图图7-11 AT89C51单片机与单片机与PC机间的通信电路原理图机间的通信电路原理图 图7-10 PROTUES串口模型 程序见课本 图7-14 单片机虚拟终端属性 设置 图7-13 PC机虚拟终端属性设置 小小 结结 本章介绍了串行通信的基本原理，AT89C51单片机之间的 串行通信接口技术，AT89C51单片机与PC之间的串行通 信接口技术。重点了解与掌握如下： 1. 了解串行通信的基本原理，包括异步串行通信的字符格 式、信号形式、数据通路形式及传送效率； 2.掌握AT89C51单片机之间的串行通信接口技术，包括连 接方式、发送与接收寄存器SBUF、串口的工作模式、串 口的控制寄存器SCON和PCON及对应工作方式下的波特 率设计，并学会用工具软件KEIL与PROTUES设计及仿真 单片机之间的串行通信； 3.掌握AT89C51单片机与PC之间的串行通信接口技术，