单片机串行口课件

1、第六章第六章 MCS-51MCS-51的串行口的串行口通信系统的性能指标通信系统的性能指标throughput与与latencythroughput与与latency串口与并口串口与并口串口与并口串口与并口串口与并口串口与并口串口与并口串口与并口两个单片机之间的通信 通信协议：数据格式、校验方式 波特率 硬件连接8051应 用 系 统（ 甲 ）TXDRXDGND8051应 用 系 统（ 乙 ）TXDRXDGNDThink out of the box异步通信与同步通信异步通信与同步通信异步通信方式异步通信方式01停停止止位位起起始始位位低位低位高位高位7位数据位位数据位奇偶奇偶校验校验停停止止

2、位位第第N个字符个字符第第N-1个字符个字符同步通信方式同步通信方式（Synchronous Data Communication）串行通信的波特率 波特率（波特率（band rate）是异步通信中每秒钟传送的二进制）是异步通信中每秒钟传送的二进制数码的位数（比特数），单位是位数码的位数（比特数），单位是位/秒。秒。作用：作用：1、反映串行通信的速率；、反映串行通信的速率； 2、反映对传输通道的要求：波特率越高，要求的传输、反映对传输通道的要求：波特率越高，要求的传输 通道的频带宽度就越宽。通道的频带宽度就越宽。 异步通信：波特率为每秒传送的字符数和每个字符位数异步通信：波特率为每秒传送的字符

3、数和每个字符位数的乘积。的乘积。6.2 MCS-516.2 MCS-51串行口的结构串行口的结构 MCS-51有一个可编程的有一个可编程的全双工串行通信接全双工串行通信接口口，可作为通用异步收发器，可作为通用异步收发器（UART），也可作，也可作为同步移位寄存器。它的帧格式有为同步移位寄存器。它的帧格式有8位、位、10位和位和11位，可以设置为固定波特率和可变波特率，位，可以设置为固定波特率和可变波特率，给使用者带来很大的灵活性。给使用者带来很大的灵活性。串行口内部结构示意简图串行口内部结构示意简图串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON（1）SCON（98H）（2）PCON（87H） 电源控

4、制寄存器电源控制寄存器PCON中只有中只有SMOD位与串行口工作位与串行口工作有关，如下图所示。有关，如下图所示。电源控制寄存器电源控制寄存器PCON6.3 6.3 串行口的串行口的 4 4 种工作方式种工作方式 方式的选择由方式的选择由SM0 、 SM1实现。实现。 四种方式的比较：四种方式的比较：1.1.串行口方式串行口方式0 0 同步移位寄存器方式同步移位寄存器方式 方式方式0以以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。其先发送或接收最低位。其帧格式帧格式如下：如下： 串行数据通过串行数据通过RXD输入或输出，而输入或输出，而TXD用于输

5、出用于输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。移位时钟，作为外接部件的同步信号。 这种方式这种方式不适用不适用于两个于两个8051之间的串行通信，但之间的串行通信，但可以通过外接移位寄存器来实现单片机的可以通过外接移位寄存器来实现单片机的I/O接口接口扩展。扩展。1.1.串行口方式串行口方式0 0 同步移位寄存器方式同步移位寄存器方式2.2.串行口方式串行口方式1 1 10 10位位UARTUART方式方式1以以10位为一帧传输，设有位为一帧传输，设有1个起始位（个起始位（0），），8个数个数据位和据位和1个停止位（个停止位（1）。其）。其帧格式帧格式为：为： 方式方式1真正用于串行发送或接收，

6、为真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。位通用异步接口。TXD（P3.1）引脚发送数据，）引脚发送数据，RXD（P3.0）引脚接收数据。）引脚接收数据。 数据传输波特率由数据传输波特率由T1的溢出率决定，可用的溢出率决定，可用程序设定程序设定。 在接收时，停止位进入在接收时，停止位进入SCON的的RB8。 串行口方式串行口方式1的发送和接收的发送和接收时序时序如图如图（a）和（）和（b）所示。所示。方式方式 1 1 发送和接收时序发送和接收时序n只有当只有当REN=1时，才能对时，才能对RXD进行检测进行检测。RI=0。即上一帧数据接收完成时，。即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中

7、断请求发出的中断请求已被响应，已被响应，SBUF中数据已被取走。由软件使中数据已被取走。由软件使RI=0，以便，以便提供提供“接收接收SBUF已空已空”的信息。的信息。SM2=0或收到的停止位为或收到的停止位为1（方式（方式1时，停止位进入时，停止位进入RB8）。）。 满足上述两个条件，将接收到的数据装入串行口的满足上述两个条件，将接收到的数据装入串行口的SBUF和和RB8（RB8装入停止位），并置位装入停止位），并置位RI，通知，通知CPU取数据；如果不满足，接收到的数据不能装入取数据；如果不满足，接收到的数据不能装入SBUF，这，这意味着该帧信息将会丢失。意味着该帧信息将会丢失。接收有效的

8、两个条件：接收有效的两个条件：两个单片机之间的通信 通信协议：数据格式、校验方式 波特率 硬件连接8051应 用 系 统（ 甲 ）TXDRXDGND8051应 用 系 统（ 乙 ）TXDRXDGND2. 串行口方式串行口方式1的应用的应用例例:通过通过MCS-51串行口串行口发送发送带存放在片内带存放在片内RAM 20H3FH中的数据，要求传送的波中的数据，要求传送的波特率为特率为1200bps。编写有关的通信程序。编写有关的通信程序。 fosc=11.0592MHz。 分析分析:取取SMOD0 (TH1)2320E8H 设设串行口为方式串行口为方式1，定时器，定时器/计数器计数器T1为方式为

9、方式2作为串作为串行口的波特率发生器。可以避免计数溢出后用软件重装定行口的波特率发生器。可以避免计数溢出后用软件重装定时初值的工作。时初值的工作。3.3.串行口方式串行口方式2 2和和3 3 11 11位位UARTUART 方式方式2和方式和方式3以以11位位为为1帧传输，设有帧传输，设有1个起始位个起始位(0)，8个数个数据位，据位，1个附加第个附加第9位和位和1个停止位个停止位(1)。其。其帧格式帧格式为：为： 附加附加第第9位位（D8）由软件置）由软件置1或清或清0。发送时在。发送时在TB8中，接收中，接收时送时送RB8中。中。 方式方式2的波特率是固定的，为振荡器频率的的波特率是固定的

10、，为振荡器频率的1/32或或1/64。 方式方式3的波特率则由的波特率则由T1的溢出率决定，可用程序设定。的溢出率决定，可用程序设定。 方式方式2和方式和方式3的发送、接收的发送、接收时序时序如图如图所示。其操作与方式所示。其操作与方式1类似。类似。方式方式2 2、方式、方式3 3发送和接收时序发送和接收时序n只有当只有当REN=1时，才能对时，才能对RXD进行检测进行检测。 发送前，先根据通信协议由软件设置发送前，先根据通信协议由软件设置TB8（如作奇偶校验（如作奇偶校验位或地址位或地址/数据标志位），数据标志位）， 然后将要发送的数据写入然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。，

11、即可启动发送过程。 串行口能自动把串行口能自动把TB8取出，并装入到第取出，并装入到第9位数据位的位置，位数据位的位置，再逐一发送出去。再逐一发送出去。发送完毕，使发送完毕，使TI=1。发送过程发送过程 接收时，使接收时，使SCON中的中的REN=1，允许接收。，允许接收。 当检测到当检测到RXD(P3.0)端有端有10的跳变（起始位）时，开始的跳变（起始位）时，开始接收接收9位数据，送入移位寄存器（位数据，送入移位寄存器（9位）。位）。 当当满足满足RI=0且且SM2=0，或接收到的第，或接收到的第9位数据为位数据为1时时，前，前8位数据送入位数据送入SBUF，附加的第，附加的第9位数据送入

12、位数据送入SCON中的中的RB8，置置RI为为1；否则，这次接收无效，也不置位；否则，这次接收无效，也不置位RI。接收过程接收过程4.4.波特率的设定波特率的设定 在串行通信中，要求收发双方接收和发送数据的波特率必在串行通信中，要求收发双方接收和发送数据的波特率必须一致。通过软件对须一致。通过软件对MCS-51串行口编程可约定串行口编程可约定四种工作四种工作方式方式。其中，方式。其中，方式0和方式和方式2的波特率是固定的；而方式的波特率是固定的；而方式1和方式和方式3的波特率是可变的，由定时器的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率的溢出率来决定来决定(T1每秒溢出的次数每秒溢出的次数)。 串行

13、口的四种工作方式对应着串行口的四种工作方式对应着三种波特率三种波特率。由于输入的移。由于输入的移位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也不位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也不同。同。（1）方式）方式 0 的波特率的波特率 由下图可见，方式由下图可见，方式0时，每个机器周期产生一个移位时钟，时，每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。因此，发送或接收一位数据。因此，波特率固定为振荡频率的波特率固定为振荡频率的1/12，并不受，并不受PCON寄存器中寄存器中SMOD位的影响。位的影响。串行口方式串行口方式 0 0 波特率的产生波特率的产生（2）方式）方式 2 的波特

14、率的波特率 方式方式2波特率取决于波特率取决于PCON中中SMOD位的值：位的值： SMOD=0时，波特率为时，波特率为fosc的的1/64； SMOD=1时，波特率为时，波特率为fosc的的1/32。 即即: 方式方式2波特率波特率 (2SMOD/64)fosc fosc=12MHz， SMOD=0，187.5kbps SMOD=1，375kbps（3）方式）方式1和方式和方式3的波特率的波特率方式方式1和方式和方式3的移位时钟脉冲由定时器的移位时钟脉冲由定时器T1产生，产生，如图如图所示。所示。因此，因此，MCS-51串行口方式串行口方式1和方式和方式3的波特率由的波特率由定时器定时器T1

15、的溢出率的溢出率与与SMOD值值共同决定。共同决定。即即 方式方式1、方式、方式3波特率波特率 (2SMOD/32)T1溢出率溢出率串行口方式串行口方式1 1、方式、方式3 3波特率的产生波特率的产生 其中，其中，T1溢出速率溢出速率取决于取决于T1的计数速率（计数速率的计数速率（计数速率 fosc/12）和）和T1预置的初值。预置的初值。其中，其中，k 为定时器为定时器T1的位数的位数 定时器方式定时器方式0，k=13； 定时器方式定时器方式1，k=16； 定时器方式定时器方式2，k=8。 例：例：若定时器若定时器T1工作于方式工作于方式1，采用，采用11.059MHz的晶振，的晶振，要求利

16、用定时器要求利用定时器1产生产生1200bps的波特率，则的波特率，则 令令SMOD=0，可算得初值为，可算得初值为 那么，那么，TH1的初值为的初值为0FFH，TL1的初值为的初值为0E8H。 由于由于T1方式方式2是定时器自动重装载的操作模式，当定时器是定时器自动重装载的操作模式，当定时器T1工作在方式工作在方式2时，可直接用作串行口的波特率发生器。时，可直接用作串行口的波特率发生器。 与上例相同，算得初值和重装载值为：与上例相同，算得初值和重装载值为： FFH FFH FDH FDH FDH FDH FAH FAH F4H F4H E8H E8H 1DH 1DH 72H 72H FEEB

17、H FEEBH 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 1211.0592 11.0592 11.059211.059211.059211.059211.059211.059211.059211.059211.0592 11.0592 6 6 12 12方式方式1 1、3 3： 62.5 KHz62.5 KHz 19.2 KHz 19.2 KHz 9.6 KHz 9.6 KHz 4.8 KHz 4.8 KHz 2.

18、4 KHz 2.4 KHz 1.2 KHz 1.2 KHz 137.5Hz 137.5Hz 110 Hz 110 Hz 110 Hz 110 Hz X XX X X X1 11212方式方式2 2最大值：最大值：375KHz375KHzX XX X X XX X1212方式方式0 0最大值：最大值：1MHz1MHz重置装入值重置装入值方式方式C/TC/T定定 时时 器器 1 1SMODSMODf(MHz)f(MHz)波特率波特率串行口方式串行口方式1、方式、方式3常用波特率及其初值常用波特率及其初值1 180518051单片机片内有一个单片机片内有一个全双工的异步串行口全双工的异步串行口(UART)(UART)。2 2MCS-51MCS-51串行口可设置为串行口可设置为4 4种工作方式种工作方式，由特殊功能寄存器，由特殊功能寄存器SCONSCON的的SM0SM0、SM1SM1位定义。位定义。3 3串行口串行