东北电力大学单片机课件第8章

《单片机原理及应用》授课专业：机械09级授课学时：72学时1§8.1串行通信的基本概念§8.2MCS－51的串行口§8.3串行口工作方式及波特率设置第八章MCS-51串行接口

2§8.1串行通信的基本概念一、通信的两种基本方式二、串行通信的分类三、波特率四、串行通信的制式3一、通信的两种基本方式1、通信：是计算机与外界的信息交换。2、基本方式：两种并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收，信息传输线的位数与数据的位数相等。特点：速度快，适合近距离传输，如计算机并口，打印机。但占用数据线多，线路复杂；成本高。串行通信：所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收，先传送低位后送高位。 特点：线路简单，只要一对传输线就可以实现通信；成本低；适合远距离通信。但传输速度慢。45二、串行通信的分类按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信。1、异步通信：接收器和发射器有各自的时钟，它们的工作非同步，异步通信用一帧来表示一个字符，一帧信息包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分，其格式为：…P1D0D1D2D3D4D5D6D7P10第n个字符（一帧）n-1n+10D0…起始位数据位（5～8位）校验位停止位62、同步通信：接收器和发射器由同一时钟源控制。同步传输方式去掉了异步传输的起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步标志即可。注：同步传输方式比异步传输方式速度快，但它必须用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的硬件设备复杂。7三、波特率在串行通信中有个重要的指标叫波特率（又称比特数），它被定义为每秒钟所传送的二进制数码的位数，以位/秒（bps）为单位。波特率反映了串行通信的速率。在异步通信中，波特率为每秒传送的字符数和每个字符的位数的乘积。例如：数据传送的速率为120字符/秒，而每个字符又包含10位二进制数（1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位、1位停止位），则波特率为：

120字符/秒×10位/字符＝1200位/秒＝1200bps。于是每一位的传送时间为波特率的倒数：T＝1/1200＝0.833ms。一般异步通信的波特率在50～9600bps之间，而同步通信的波特率可达56000bps或更高。

8四、串行通信的制式在串行通信中，根据数据在两个站点之间的传送方向可以分：单工、半双工、全双工三种制式。1.单工制式:一端是发送端，另外一端是接收端：

2.半双工制式：每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，数据可以双向传送，但不能同时发送和接收.

要通过换向器转换方向。9

3.全双工制式：通信双方用两个独立的收发器单独连接，可以同时发送和接收数据，因而提高了速度。

10§8.2MCS－51的串行口

MSC-51单片机内有一个功能很强的全双工串行口，可同时接收和发送数据。接收、发送数据均可工作在查询方式或中断方式，能方便地与其他计算机或外设实现双机、多机通信。

一、MCS－51串行口结构

11二、串行口数据缓冲器SBUFSBUF是两个物理上独立的接收、发送寄存器。接收SBUF:用于存放接收到的数据，只能读出、不能写入。发送SBUF:用于存放欲发送的数据，只能写入，不能读出。串行口可同时发送和接收数据。两个缓冲器公用一个地址99H（不可位寻址），通过对SBUF的读/写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。CPU读SBUF时MOVA,SBUF，就是读取接收SBUF的内容；写SBUF时MOVSBUF,A，就是修改发送SBUF的内容，同时启动数据串行发送。12三、串行口的控制寄存器

51单片机串行口是一个可编程接口，有两个特殊功能寄存器：串行口控制寄存器SCON电源控制寄存器PCON1、SCON（98H，可位寻址）串行通信的方式选择，接受和发送控制及串行口的中断标志均由专用寄存器SCON控制和指示，其格式如下:SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI方式选择多机控制串行接收允许/禁止欲发的第九位收到的第九位发送中断有/无接收中断有/无13SM0SM1工作方式功能说明波特率00方式0同步移位寄存器fosc/1201方式18位UART可变10方式29位UARTfosc/64或fosc/3211方式39位UART可变SM0、SM1:

串行口工作方式控制位。SM2:多机通信控制位。用于方式2或方式3中。14当串行口以方式2或方式3接收时，如果SM2=1，只有当接收到的第9位数据（RB8）为“1”时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置“1”RI，产生中断请求；当接收到的第9位数据（RB8）为“0”时，则将接收到的前8位数据丢弃。如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并置“1”RI，产生中断请求。方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活RI。方式0时，SM2必须为0。15REN：串行接收允许位。

0---禁止接收，1---允许接收TB8:

发送数据D8位，在方式2、3中，TB8是要发送的第9位数据。一般作为奇偶校验位，也可以在多机通信中作为区分地址帧或数据帧的标志位，1为地址，0为数据。方式0不使用TB8。RB8:接收数据D8位，在方式2、3中，RB8是接受到的第9位数据，故可根据RB8位的状态对接收数据进行某种控制。如奇偶校验，或多机通信中地址的识别或数据的接收，1为地址，0为数据。方式1中，若SM2=0，RB8中存放的是接收到的停止位。方式0不使用RB8。16TI:

发送中断标志位。发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平，发送完一帧数据后，由硬件自动置“1”，如果再发送，必须用软件再清零。RI:

接收中断标志位。接收前，必须用软件清零，接收过程中RI保持零电平，接收完一帧数据后由片内硬件自动置“1”。如果再接收必须用软件清零。17SM2:多机通信控制位，仅用于方式2和方式3，此时，主机设置SM2=1，以发送第九位TB8为1作为地址帧寻找从机，以TB8为0作为数据帧进行通信。从机初始化时设置SM2=1，若接收到的第九位数据RB8=0，不置位RI，即不引起接收中断，亦既不接收数据帧，继续监听，如接收到的RB8=1，置位RI，引起接收中断，中断程序中判断所接收的地址帧和本机的地址是否匹配。若不匹配，维持SM2=1，继续监听，若符合，则清SM2＝0，以便接收TB8=0的数据帧。18主/从多机通信的过程如下：1、使所有的从机的SM2=1，以便接收主机发来的地址。2、主机发出一帧地址信息，其中包括8位需要与之通信的从机地址，第9位为1。3、所有从机接收到地址帧后，各自将接收到的地址与本机地址相比较，对于地址相同的从机，使SM2位清0以接收主机随后发来的数据信息，对于地址不符合的从机，仍保持SM2=1的状态，对主机随后发来的数据不予理睬，直至发送新的地址帧。4、主机给已被寻址的从机发送控制指令和数据（数据帧的第9位为0）。5、确认数据传送结束后，从机把SM2重新置1，恢复初始状态。19SMODXXXXXXX2、PCON（97H，不可位寻址）

PCON的格式如下图所示，串行通信只用其中的最高位SMOD。SMOD:波特率加倍位。在计算串行方式1、2、3的波特率时，

SMOD＝0——波特率不增倍;SMOD＝1——波特率增大一倍。

20§8.3串行口工作方式及波特率设置一、根据串行通信数据格式和波特率的不同，51系列单片机的串行通信有四种工作方式:1、工作方式0：移位寄存器方式，SM0、SM1=00，同步通信方式0的数据格式为8位，低位在前，高位在后。RXD为串行数据的发送端或接收端，TXD输出同步脉冲，每一个机器周期从RXD上发送或接收一位数据。波特率固定为fosc/12(fosc为单片机晶振频率)。21注意：移位寄位器方式多用于接口的扩展，当用单片机构成系统时，往往感到并行口不够用，此时可通过外接串入并出移位寄存器扩展输出接口；通过外接并入串出移位寄存器扩展输入接口。ABCP74LS164Q0Q7

RXDTXD8051

RXDTXD8051Q7CP74LS165D0D7

输出方式输入方式22方式0发送：数据写入SBUF后，单片机会立即自动启动发送：TXD引脚每隔一个机器周期发出一个移位脉冲；SBUF中的数据在移位脉冲下从RXD引脚串行输出，低位在先；当SBUF中的数据全部移出后，单片机自动将TI置1；要再次发送数据必须清除TI。方式0接收：当REN=1，以及接收中断标志RI=0，则启动接收，移位脉冲仍从TXD端输出，数据从RXD端输入，当一个字节数据输入完毕时，接收中断标志RI置1。23注意：方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”，可用如下指令：

CLRTI或CLRRI 方式0时，SM2位必须为0。242、工作方式1：8位异步通信接口方式，SM0、SM1=01RXD为接收端，TXD为发送端。每帧数据由1个起始位“0”，8个数据位和1个停止位“1”，共10位构成。其中起始位和停止位在发送时是自动插入的。波特率可变，由T1的溢出率和SMOD决定为：25方式1发送：①启动发送：执行一条写SBUF指令即启动发送。②发送一位的时间：由选定的波特率决定。③发送过程：在每个移位脉冲下先起始位0、然后将SBUF中8位数据（低位在前）、停止位1从TXD脚发出。发送结束后，置位发送中断标志TI，申请中断。方式1接收：

REN=1且RI=0时，允许接收。①起始位判断：以选定波特率的16倍速率采样RXD端：当连续三次采样中（第7、8、9个脉冲时采样）有两次是1时，则起始位无效，复位接收电路。当连续三次采样中有两次是0时，确认为起始位，此时开始接收本帧其他各位数据。26②

数据接收：每来一个移位脉冲，RXD引脚移入一位数据，一帧数据接收完后，RI置1可申请中断。移位脉冲的频率由选定波特率决定。③

数据保留条件RI=0、SM2=0RI=0、SM2=1、停止位为1符合以上两组条件的则将数据保留在SBUF中，停止位装入RB8并置位RI，向CPU申请中断。RI=0、SM2=1、停止位为0，RI=1符号以上两组条件的则将收到的数据丢弃，重新检测RXD端准备下次接收。273、工作方式2/3：9位异步通信接口方式，SM0、SM1=10/11RXD为接收端，TXD为发送端。每帧数据由1个起始位“0”，9个数据位和1个停止位“1”，共11位构成。其中起始位和停止位在发送时是自动插入的。方式2的波特率固定为：方式3的波特率可变：28注意：方式2/3发送与接收操作同方式1，所不同的仅是对第9位数据的处理上。发送时，第9位数据由SCON中的TB8位提供。接收时，保留数据条件为：RI=0、SM2=0RI=0、SM2=1、接收到的第9位数据为1符合以上两组条件的则将前8位数据保留在SBUF中，第9位数据装入RB8并置位RI，向CPU申请中断。方式2和方式3的区别仅在波特率不同，方式2的固定，方式3的可变。29二、波特率波特率发生器可以有两种选择：定时器T1作波特率发生器，改变计数初值就可以改变串行通信的速率，称为可变波特率。以内部时钟的分频器作波特率发生器，因内部时钟频率一定，称为固定波特率1、方式0和方式2：波特率固定方式0中，波特率为：fosc/12；方式2中，波特率为：注意：当SMOD=0时，波特率是fosc/64；当SMOD=1时，波特率是fosc/32。302、方式1和方式3：波特率可变注意：T1的溢出率为每秒溢出的次数，取决于T1的计数速率和设置的初值。实际应用中，T1作为波特率发生器时，常用方式2，即自动重载的8位定时器。TL1做计数用，TH1做初值寄存器。31设初值为x则每过256-x个机器周期，定时器溢出一次。溢出周期为：(256-x)Tcy=(256-x)×12/fosc,溢出率是溢出周期的倒数。根据给定的波特率，可以计算T1的计数初值x。32波特率(方式1、3)fosc=6Mfosc=12Mfosc=11.059MSMODT1方式初值SMODT1方式初值SMODT1方式初值62.5k

12FFH

19.2k

12FDH9.6k

02FDH4.8k

12F3H02FAH2.4k12F3H12F3H02F4H1.2k12E6H02E6H02E8H60012CCH02CCH02D0H30002CCH0298H02A0H137.5121DH021DH022EH1100272H01FEEBH01FEFFH常用波特率一览表33shiftMOVA,SBUF串行数据CPUCPU

SBUFSBUFshiftMOVSBUF,A并行数据并行数据甲方（发送）乙方（接收）

甲方发送时，CPU执行指令MOVSBUF,A启动了发送过程，数据并行送入SBUF

，在发送时钟shift的控制下由低位到高位一位一位发送，乙方在接收时钟shift的控制下由低位到高位顺序进入移位寄存器SBUF

，甲方一帧数据发送完毕，置位发送中断标志TI，该位可作为查询标志（或引起中断）。三、串行通信的传送过程用下面简图说明34乙方一帧数据到齐即接收缓冲器满，置位接收中断标志RI，该位可作为查询标志（或引起接收中断），通过MOVA,SBUFCPU将这帧数据并行读入。由上述可知：甲、乙方的移位时钟频率应相同，即应具有相同的波特率，否则会造成数据丢失。发送方是先发数据再查标志，接收方是先查标志再收数据。注意：CPU通过指令和SBUF并行交换数据，并不能控制数据的串行移位，它只能查询标志位来确定数据的移位是否完成。35一、填空题1、波特率是指:

。2、串行通信要求互相通信的两机必须保持

波特率。3、串行通信按照数据传送方向可分为：

、

、

3种制式。4、多机通信时，主机向从机发送的信息分为地址信息和数据信息，靠第9位可编程TB8标志来区分，当设置TB8＝1时，表示将要发出的信息是

；当设置TB8＝0时，表示将要发出的信息是

。5、多机通信开始时，一般都先由主机发送地址，各从机将收到的地址与本机地址比较，如果相同，则设置

准备接收数据。习题366、从机为了只接收主机发送的地址帧，而对数据帧不予理睬，则应置

。二、选择：1、串行通信特点为（），并行通信特点为（）A、传送距离长，传送速度相对快；B、传送距离短，传送速度相对快；C、传送距离长，传送速度相对慢；D、传送距离短，传送速度相对慢；372、串口工作模式中模式0具有（）（）（）属性；模式1具有（）（）（）属性；模式2具有（）（）（）属性；模式3具有（）（）（）属性。A、异步通信方式；B、同步通信方式;C、帧格式10位；D、帧格式11位；E、帧格式8位；F、帧格式9位G、波特率固定为fosc/12;H、波特率为fosc/n

（n＝64或32）I、波特率为T1溢出率/n（n＝32或16）三、简答：1、串行通信按照数据传送方向有哪几种方式？2、解释波特率的含义，串行通信对波特率有什么基本要求？3、什么叫多机通信？与双机通信有什么区别？384、简述多机通信原理及通信过程？四、判断对错1、串行通信数据中，一个字节的比特位发出的顺序是：高位在前，低位在后。()2、51系列单片机异步串行通信数据的起始位可以是高电平。（）3、51系列单片机异步串行通信的发送方连续发送数据时可以不查询TI位状态。()4、51系列单片机异步串行通信的接收方连续接收数据时可以不查询RI位状态。()39五、计算1、设8031单片机串行口工作于方式1，晶振频率为12MHz，定时器T1工作于模式2作为波特率发生器，要求波特率为1200b/s，SMOD＝0，试计算T1的时间常数和波特率误差。2、51系列单片机的串行口工作在模式3，晶振11.0592MHz，要求波特率选择2400b/s，确定定时器T1的初值及专用寄存器PCON中SMOD的状态。40一、填空题1、波特率是指:每秒传输的数据位数。2、串行通信要求互相通信的两机必须保持相同的波特率。3、串行通信按照数据传送方向可分为：单工、半双工、全双工3种制式。4、多机通信时，主机向从机发送的信息分为地址信息和数据信息，靠第9位可编程TB8标志来区分，当设置TB8＝1时，表示将要发出的信息是

地址

；当设置TB8＝0时，表示将要发出的信息是

数据

。5、多机通信开始时，一般都先由主机发送地址，各从机将收到的地址与本机地址比较，如果相同，则设置

SM2＝0，准备接收数据。答案416、从机为了只接收主机发送的地址帧，而对数据帧不予理睬，则应置SM2＝1。二、选择：1、串行通信特点为（C），并行通信特点为（B）A、传送距离长，传送速度相对快；B、传送距离短，传送速度相对快；C、传送距离长，传送速度相对慢；D、传送距离短，传送速度相对慢；422、串口工作模式中模式0具有（B）（E）（G）属性；模式1具有（A）（C）（I）属性；模式2具有（A）（D）（H）属性；模式3具有（A）（D）（I）属性。A、异步通信方式；B、同步通信方式C、帧格式10位；D、帧格式11位；E、帧格式8位；