CH7单片机串行口

1、CH7单片机串行口 n 了解串行通信基本概念。了解串行通信基本概念。 n 了解了解UART的特点及应用。的特点及应用。 n 掌握用掌握用串行口特殊功能寄存器的应用串行口特殊功能寄存器的应用。 n 学会设计典型的学会设计典型的串口通讯程序串口通讯程序。 n 工作方式的选择。工作方式的选择。 n 波特率计算波特率计算 CH7单片机串行口 CH7单片机串行口 计算机与外界信息交换称为通信。计算机与外界信息交换称为通信。 通信的基本方式可分为并行通信和串行通信：通信的基本方式可分为并行通信和串行通信： n并行通信是数据的各位同时发送或同时接收；并行通信是数据的各位同时发送或同时接收； 优点优点:传送速

2、度快传送速度快 缺点缺点:不便长距离传送不便长距离传送 n串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。 优点优点:便于长距离传送便于长距离传送 缺点缺点:传送速度较慢传送速度较慢 CH7单片机串行口 串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。 格式及约定内容包括：同步方式、通讯速率、数据块格式、信格式及约定内容包括：同步方式、通讯速率、数据块格式、信 号电平号电平等。常见的协议与接口标准有：等。常见的协议与接口标准有： 通用异步收发器通用异步收发器(UART)MCS51(UART)MCS51内置通信接口内置通信接口

3、通用串行总线（通用串行总线（USBUSB） I I2 2C C总线总线 CANCAN总线总线 SPISPI总线总线 RS-485RS-485，RS-232CRS-232C，RS422RS422标准标准等等等等 CH7单片机串行口 串行异步通信是单片机中常用的通信方式：串行异步通信是单片机中常用的通信方式： 数据按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。数据按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。 依靠起始位、停止位保持通信同步。依靠起始位、停止位保持通信同步。 因每帧传输都要建立一次同步，即需要额外两个附加位，适用于因每帧传输都要建立一次同步，即需要额外两个附加位，适

4、用于 工作速度较低的场合。工作速度较低的场合。 CH7单片机串行口 串行同步通信串行同步通信由由12个同步字符和多字节数据位组成个同步字符和多字节数据位组成 依靠依靠同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据；同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据； 多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等；多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等； 空闲位需发送同步字符。空闲位需发送同步字符。 同步通信传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严同步通信传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严 格同步，对硬件要求较高，适用于成批数据传送。格同步，对硬件要求较高

5、，适用于成批数据传送。 CH7单片机串行口 波特率的倒数即为每位传输所需的时间。波特率的倒数即为每位传输所需的时间。 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特 率，否则无法成功地完成串行数据通信。率，否则无法成功地完成串行数据通信。 波特率波特率:每秒传输数据的位数，即：每秒传输数据的位数，即： 1波特波特 = 1位位/秒（秒（1bps1bps） CH7单片机串行口 单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传 送数据，发送方和接收方固定。送数据，发送方和接收方固定。 CH7单片机串行口 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接半双工制

6、式是指通信双方都具有发送器和接 收器，既可发送也可接收，但不能同时接收和发送，收器，既可发送也可接收，但不能同时接收和发送， 发送时不能接收，接收时不能发送。发送时不能接收，接收时不能发送。 CH7单片机串行口 全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收 器，并且信道划分为发送信道和接收信道，因此全器，并且信道划分为发送信道和接收信道，因此全 双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据，发双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据，发 送时能接收，接收时也能发送。送时能接收，接收时也能发送。 CH7单片机串行口 7.2 MCS-517.2 MCS-51串行口结

7、构串行口结构 CH7单片机串行口 1、SFR串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF 在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同 一个单元地址一个单元地址99H，用同一寄存器名，用同一寄存器名SBUF。 在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。 发送时，只需将发送数据输入发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的将自动启动和完成串行数据的 发送；发送； 接收时，接收时，CPU将自动把接收到的数据存入将自动把接收到

8、的数据存入SBUF，用户只需从，用户只需从SBUF中中 读出接收数据。接收寄存器是双缓冲的读出接收数据。接收寄存器是双缓冲的, 以避免两帧数据重叠。以避免两帧数据重叠。 MOV SBUF，A 启动一次数据发送启动一次数据发送 MOV A，SBUF 完成一次数据接收完成一次数据接收 CH7单片机串行口 2、SFR串行控制寄存器串行控制寄存器SCON SCOND7D6D5D4D3D2D1D0 位名称位名称SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 位地址位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H 功能功能 工作方式工作方式 选择选择 多机通信多机通信 控制控制 接收接收 允许允许 发

9、送发送 第第9位位 接收接收 第第9位位 发送发送 中断中断 接收接收 中断中断 SM0 SM1 串行口工作方式选择位。串行口工作方式选择位。 SM2 多机通信控制位。多机通信控制位。 REN 允许接收控制位。允许接收控制位。REN=1，允许接收。，允许接收。 TB8 方式方式2和方式和方式3中要发送的第中要发送的第9位数据。位数据。 RB8 方式方式2和方式和方式3中要接收的第中要接收的第9位数据。位数据。 TI 发送中断标志。发送中断标志。 RI 接收中断标志。接收中断标志。 CH7单片机串行口 SM0 SM1 SM0 SM1串行口工作方式选择位串行口工作方式选择位 SM0 SM1工作方式

10、工作方式 功能说明功能说明 00 0同步移位寄存器输入同步移位寄存器输入/输出输出,波特率固定为波特率固定为fosc/12 01 18位位UART；波特率可变；波特率可变(TI溢出率溢出率/n，n=32或或16) 10 29位位UART，波特率固定为，波特率固定为fosc/n，(n=64或或32) 11 39位位UART，波特率可变，波特率可变(T1溢出率溢出率/n，n=32或或16) SM2多机通信控制位。在方式多机通信控制位。在方式2和方式和方式3中，若中，若SM2=1，且，且RB8(接收接收 到的第到的第9位数据位数据)=1时，将接收到的前时，将接收到的前8位数据送入位数据送入SBUF，

11、并置位，并置位RI产生中产生中 断请求；否则，将接收到的断请求；否则，将接收到的8位数据丢弃。而当位数据丢弃。而当SM2=0时，则不论第时，则不论第9位数位数 据为据为0还是为还是为1，都将前，都将前8位数据装入位数据装入 SBUF中，并产生中断请求。中，并产生中断请求。 在方式在方式0时，时，SM2必须为必须为0。 CH7单片机串行口 REN 允许接收控制位。允许接收控制位。REN位用于对串行数据的接收进行控制：位用于对串行数据的接收进行控制： REN=0，禁止接收；，禁止接收；REN=1，允许接收。该位由软件置位或复位。，允许接收。该位由软件置位或复位。 TB8 方式方式2和方式和方式3中

12、要发送的第中要发送的第9位数据。在多机通信中，以位数据。在多机通信中，以TB8位的位的 状态表示主机发送的是地址还是数据：状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=0表示数据，表示数据，TB8=1表示地址。表示地址。 该位由软件置位或复位。该位由软件置位或复位。 TB8还可用于奇偶校验位。还可用于奇偶校验位。 RB8方式方式2或方式或方式3时，时，RB8存放接收到的第存放接收到的第9位数据。位数据。 TI 发送中断标志。当方式发送中断标志。当方式0时，发送完第时，发送完第8位数据后，该位由硬件置位数据后，该位由硬件置1。 在其他方式下，遇发送停止位时，该位由硬件置在其他方式下，遇发送停止位时，

13、该位由硬件置1，表示帧发送结束。，表示帧发送结束。 RI 接收中断标志。当方式接收中断标志。当方式0时，接收完第时，接收完第8位数据后，该位由硬件置位数据后，该位由硬件置1。 在其他方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置在其他方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置1，表示帧接收结束。，表示帧接收结束。 接收接收/发送数据发送数据,无论是否采用中断方式工作无论是否采用中断方式工作,每接收每接收/发送一个数据都必须发送一个数据都必须 用指令对用指令对 RI/TI 清清0，以备下一次收，以备下一次收/发。发。 CH7单片机串行口 3、 SFR电源控制寄存器电源控制寄存器PCON PCOND7D6D5

14、D4D3D2D1D0 位名称位名称SMODGF1 GF0PDIDL SMOD=1，串行口波特率加倍。，串行口波特率加倍。PCON寄存器不能进行位寻址。寄存器不能进行位寻址。 在串行口工作方式在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特率加倍位中，是波特率加倍位 =1 时，波特率加倍时，波特率加倍 =0 时，波特率不加倍。时，波特率不加倍。 (在在PCON中只有这一个位与串口有关中只有这一个位与串口有关) CH7单片机串行口 RXD（P3.0）端为数据线，）端为数据线，TXD（P3.1）输出时钟线。）输出时钟线。 移位数据的发送和接收以移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入位

15、为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输输 出，均低位在前高位在后。出，均低位在前高位在后。 波特率为单片机晶振频率的十二分之一。即一个机器周期进行一次移位。波特率为单片机晶振频率的十二分之一。即一个机器周期进行一次移位。 其帧格式为：其帧格式为： D0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7 方式方式0 0可将串行输入输出数据转换成并行输入输出数据。可将串行输入输出数据转换成并行输入输出数据。 7.3 7.3 串行口工作方式串行口工作方式方式方式0 0，同步移位寄存器工作方式，同步移位寄存器工作方式 CH7单片机串行口 数据发送数据发送 在移位时钟脉冲（在移位时钟脉冲（T

16、XD）的控制下，数据从串行口）的控制下，数据从串行口RXD端逐位移入端逐位移入 74LS164的的A、B端。当端。当8位数据全部移出后，位数据全部移出后，SCON寄存器的寄存器的TI位被自动位被自动 置置1。其后。其后74HC164的内容即可并行输出。的内容即可并行输出。 74LS164 CLR为清为清0端，输出时端，输出时CLR必须为必须为1，否则，否则74LS164 Q0Q7 输出为输出为0。 CH7单片机串行口 (2) (2) 数据接收数据接收 74LS165 S/L端为移位端为移位/置入端，当置入端，当S/L=0时，从时，从Q0Q7并行置入数据，并行置入数据， 当当S/L=1时，允许从

17、时，允许从QH端移出数据。在端移出数据。在80C51串行控制寄存器串行控制寄存器SCON中的中的 REN=1时，时，TXD端发出移位时钟脉冲，从端发出移位时钟脉冲，从RXD端串行输入端串行输入8位数据。当接收位数据。当接收 到第到第8位数据位数据D7后，置位中断标志后，置位中断标志RI，表示一帧数据接收完成。，表示一帧数据接收完成。 CH7单片机串行口 起始起始D0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7停止停止 波特率可变波特率可变, 它取决于定时器它取决于定时器 T1 的溢出速率及的溢出速率及SMOD的状态。的状态。 数据数据 位由位由 P3.0 (RXD)端接收端接收

18、, 由由P3.1(TXD)端发送。端发送。 （1） 发送过程。用软件清除发送过程。用软件清除 TI后后, CPU执行任何一条以执行任何一条以 SBUF为目标为目标 寄存器的指令寄存器的指令, 就启动发送过程。就启动发送过程。 一帧信号发送完时一帧信号发送完时, 将置位发送中断标将置位发送中断标 志志TI=1, 向向CPU申请中断申请中断, 完成一次发送过程。完成一次发送过程。 （2） 接收过程。接收过程。 用软件清除用软件清除 RI后后, 允许接收位允许接收位REN被置被置 1。当检测到有从。当检测到有从“1”到到 “0”的负跳变时的负跳变时, 则启动接收过程则启动接收过程, 在接收移位脉冲的

19、控制下在接收移位脉冲的控制下, 接收完一接收完一 帧信息。帧信息。 当最后一次移位脉冲产生时能满足下列两个条件则当最后一次移位脉冲产生时能满足下列两个条件则RI置置1: RI=0; 接收到的停止位为接收到的停止位为1 或或SM2=0。 7.3 7.3 串行口工作方式串行口工作方式方式方式1 1，异步串行通信方式，异步串行通信方式 CH7单片机串行口 方式方式 2 和和 3时时, 被定义为被定义为9 位异步通信接口。其中位异步通信接口。其中可编程位可编程位TB8/RB8既可作既可作 奇偶校验位用，也可作控制位（多机通信）用，其功能由用户确定。奇偶校验位用，也可作控制位（多机通信）用，其功能由用户

20、确定。 模式模式2 和模式和模式3 工作原理相似工作原理相似, 唯一的差别是模式唯一的差别是模式2 的波特率是固定的波特率是固定 的的, 即为即为 fosc / 32或或 fosc / 64; 而模式而模式 3的波特率是可变的的波特率是可变的, 与定时器与定时器 T1 的溢出率有关。的溢出率有关。 SM2=1时，只时，只接收地址帧接收地址帧（第（第9位为位为1,即即RB8=1）,而而拒绝接收数据拒绝接收数据 帧帧（第（第9位为位为0,即即RB8=0）。）。 SM2=0时，接收所有信息。时，接收所有信息。 7.3 7.3 串行口工作方式串行口工作方式方式方式2/32/3，异步串行通信方式，异步串

21、行通信方式 起始起始D0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7TB8/RB8TB8/RB8停止停止 CH7单片机串行口 7.3 7.3 串行口工作方式串行口工作方式方式方式2/32/3，异步串行通信方式，异步串行通信方式 （1）发送过程：执行任何一条）发送过程：执行任何一条 SBUF为目的寄存器的指令启动。为目的寄存器的指令启动。 TB8由软件置位或清零由软件置位或清零, 作为多机通信中的地址、数据标志位。或作为作为多机通信中的地址、数据标志位。或作为 数据的奇偶校验位数据的奇偶校验位, 在数据写入在数据写入 SBUF之前之前, 先将数据位写入先将数据位写入TB8。 （2

22、） 接收过程。接收过程。 UART把把 8 位数据装入接收缓冲器位数据装入接收缓冲器 SBUF, 第第 9 位数据装入位数据装入SCON中的中的 RB8, 并置中断标志并置中断标志RI=1。 上述接收需满足下列两个条件上述接收需满足下列两个条件, 才会产生才会产生: RI=0; SM2 =0 或或SM2=1，接收到的第，接收到的第 9 位数据为位数据为“1”。 CH7单片机串行口 7.4 7.4 波特率设置波特率设置 （1）方方式式 0 的波特率等于晶振频率的的波特率等于晶振频率的1/12, 即每个机器周即每个机器周 期接收或发送一位数据。期接收或发送一位数据。 （2）方方式式 2 的波特率与

23、电源控制器的波特率与电源控制器PCON的最高位的最高位 SMOD的写入值有关的写入值有关: SMOD=0, 波特率为（波特率为（1/64）fosc; SMOD=1, 波特率为（波特率为（1/32）fosc。 （3） 方式方式 1 和方式和方式 3 的波特率除了与的波特率除了与SMOD位有关位有关 之外之外, 还与定时器还与定时器 T1 的溢出率有关。的溢出率有关。 CH7单片机串行口 定时器定时器 T1 作为波特率发生器作为波特率发生器, 常选用定时方式常选用定时方式2（8 位重装位重装 载初值方式）载初值方式）, 并且禁止并且禁止T1中断。此时中断。此时 TL1 从初值从初值(TH1)计数计

24、数 到产生溢出到产生溢出, 它每秒钟溢出的次数称为溢出率。它每秒钟溢出的次数称为溢出率。 于是于是 )1256(1232 2 32 2 TH fOSC SMOD SMOD T T1 1的的溢溢出出率率模模式式1 1或或3 3的的波波特特率率 7.4 7.4 波特率设置波特率设置 CH7单片机串行口 假设某假设某MCS - 51 单片机系统单片机系统, 串行口工作于方式串行口工作于方式 1或或3, 要要 求波特率为求波特率为1200bps, 作为波特率发生器的定时器作为波特率发生器的定时器T1工作在工作在 方式方式 2 时时, 请求出计数初值请求出计数初值,并分析误差。并分析误差。 设单片机的振

25、荡设单片机的振荡 频率为频率为6 MHz。 根据波特率公式根据波特率公式 )1256(1232 2 TH fOSC SMOD 波波特特率率 )2/32(12 2561 SMOD OSC f TH 波波特特率率 知知 7.4 7.4 波特率设置波特率设置 CH7单片机串行口 当当SMOD=0 时时, HFTH9051. 6256 )2/32(122400 106 2561 0 6 2232.1 )249256(12 106 32 2 60 实际波特率误差实际波特率误差 %7 2400 2232.1-2400 波波特特率率相相对对误误差差 7.4 7.4 波特率设置波特率设置 CH7单片机串行口

26、当当SMOD=1 时时, HFTH3002.13256 )2/32(122400 106 2561 1 6 2403.85 )243256(12 106 32 2 61 实际波特率误差实际波特率误差 %16. 0 2400 2403.85-2400 波特率相对误差波特率相对误差 7.4 7.4 波特率设置波特率设置 CH7单片机串行口 表表 定时器定时器T1产生的常用波特率产生的常用波特率 CH7单片机串行口 7.5 7.5 串行口的应用串行口的应用 例例1 用用 8051 串行口外接串行口外接 74LS165 移位寄存器扩展移位寄存器扩展8位输入口位输入口, 输入数据输入数据 由由 8 个开

27、关提供个开关提供, 另有一个开关另有一个开关K提供联络信号。当开关提供联络信号。当开关K合上合上,表示要求表示要求 输入数据。输入输入数据。输入 8 位开关量位开关量, 处理不同的程序。处理不同的程序。 CH7单片机串行口 程序如下程序如下: START: JB P1.0, $ ;开关开关K未合上未合上, 等待等待 CLR P1.1 ;165并行输入数据并行输入数据 SETB P1.1 ;开始串行移位开始串行移位 MOV SCON, #10H ; 模式模式0并启动接收并启动接收 JNB RI, $ ; 查询查询RI CLR RI ; 查询结束查询结束, 清清RI MOV A, SBUF ; 输

28、入数据输入数据 . ; 根据根据A处理不同任务处理不同任务 SJMP START ; 准备下一次接收。准备下一次接收。 CH7单片机串行口 例例1 1：电路如图所示，试编制程序按下列顺序要求每隔：电路如图所示，试编制程序按下列顺序要求每隔0.50.5秒循环操作。秒循环操作。 8个发光二极管全部点个发光二极管全部点 亮；亮； 从左向右依次暗灭，每从左向右依次暗灭，每 次减少一个，直至全灭；次减少一个，直至全灭； 从左向右依次点亮，从左向右依次点亮， 每次亮一个；每次亮一个； 从右向左依次点亮，从右向左依次点亮， 每次亮一个；每次亮一个； 从左向右依次点亮，从左向右依次点亮， 每次增加一个，每次增

29、加一个，直至全直至全 部点亮；部点亮； 返回从返回从不断循环。不断循环。 CH7单片机串行口 LIGHT:MOV SCON,#00H ;串行口方式串行口方式0 CLR ES ;禁止串行中断禁止串行中断 MOV DPTR,#TAB ;置发光二极管亮暗控制字表首址置发光二极管亮暗控制字表首址 LP1: MOV R7,#0 ;置顺序编号置顺序编号0 LP2: MOV A,R7 ;读顺序编号读顺序编号 MOVC A,A+DPTR ;读控制字读控制字 CLR P1.0 ;关闭并行输出关闭并行输出,STR=O时，关闭并行输出；时，关闭并行输出； MOV SBUF,A ;启动串行发送启动串行发送 JNB T

30、I,$ ;等待发送完毕等待发送完毕 CLR TI ;清发送中断标志清发送中断标志 SETB P1.0 ;开启并行输出开启并行输出,STR=1时，开启并行输出；时，开启并行输出； LCALL DLY500ms ;调用延时调用延时0.5秒子程序秒子程序(参阅例参阅例4-13) INC R7 ;指向下一控制字指向下一控制字 CJNE R7,#30,LP2 ;判循环操作完否判循环操作完否?未完继续未完继续 SJMP LP1 ;顺序编号顺序编号029依次操作完毕依次操作完毕,从从0开始重新循环开始重新循环 TAB: DB 0FFH,7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H;从左向右

31、全亮并依次暗灭从左向右全亮并依次暗灭,直至全灭直至全灭; DB 80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;从左向右依次点亮从左向右依次点亮,每次亮一个每次亮一个 DB 02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;从右向左依次点亮从右向左依次点亮,每次亮一个每次亮一个 DB 0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH ;从左向右依次点亮从左向右依次点亮, 直至全部点亮直至全部点亮; CH7单片机串行口 例例 3 利用串行口进行双机通信。利用串行口进行双机通信。 要求：要求： （1 1）采用模式）采用模式2 2，带奇偶校验位传输。，带奇偶校验位传输

32、。 （2 2）采用模式）采用模式1 1，波特率，波特率2400bps2400bps，8 8位数据传输位数据传输(fosc=12MHz)(fosc=12MHz)。 CH7单片机串行口 甲机发送（采用查询方式）甲机发送（采用查询方式）: MOV SCON, 80H ; 设置工作方式设置工作方式2 MOV PCON, 00; 置置SMOD=0, 波特率不加倍波特率不加倍 MOV R0, 40H ; 数据区地址指针数据区地址指针 MOVR2, 10H ; 数据长度数据长度 LP: MOV A, R0 ; 取发送数据取发送数据 MOV C, P ; 奇偶位送奇偶位送TB8 MOVTB8, C MOV SBUF, A ; 送串口并开始发送数据送串口并开始发送数据 WT: JBCTI, NXT ; 检测是否发送结束并清检测是否发送结束并清TI SJMP WT NXT: INC R0; 修改发送数据地址指针修改发送数据地址指针 DJNZR2, LP RET CH7单片机串行口 乙机接收（查询方式）乙机接收（查询方式）: MOV SCON, 90H; 模式模式2, 并允许接收并允许接收REN=1,SM2=0 MOV