2022年串行口及串行通信技术

MCS-51的串行接口 MCS-51单片机之间的通信

PC机和单片机之间的通信 第5章串行口通信技术本章将介绍以下内容：10/9/202515.1MCS-51的串行接口

MCS-51串行口结构

MCS-51内部有两个独立的接收、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（99H）。串行口的结构如图所示。

10/9/20252串行口结构示意图10/9/202531.串行口数据缓冲器SBUF

SBUF是两个在物理上独立的接收、发送寄存器，一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器共用一个地址99H，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在写SBUF时，就是修改发送缓冲器；读SBUF，就是读接收缓冲器的内容。接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线RXD（P3.0）、TXD(P3.1)来实现的，因此可以同时发送、接收数据，其工作方式为全双工制式。10/9/202542.串行口控制寄存器SCON

SCON用来控制串行口的工作方式和状态，可以位寻址，字节地址为98H。单片机复位时，所有位全为0。SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON的各位定义

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SM0、SM1：串行方式选择位。SM2：多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3处于接收方式时，若SM2=1,且接收到的第9位数据RB8为0时，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1时，则置RI=1。在方式2、3处于接收或发送方式时，若SM2=0，不论接收到的第9位RB8为0还是为1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1处于接收时，若SM2=1，则只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2应为0。REN：允许串行接收位。它由软件置位或清零。REN=1时，允许接收；REN=0时，禁止接收。10/9/20256

TB8：发送数据的第9位。在方式2和方式3中，由软件置位或复位，可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时，TB8为1，数据帧时，TB8为0。RB8：接收数据的第9位。功能同TB8。TI：发送中断标志位。在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之初由硬件置位。因此，TI是发送完一帧数据的标志，可以用指令JBCTI，rel来查询是否发送结束。TI=1时，也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除TI。

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RI：接收中断标志位。在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位的中间由硬件置位。同TI一样，也可以通过JBCRI，rel来查询是否接收完一帧数据。RI=1时，也可申请中断，响应中断后，必须由软件清除RI。SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可变10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可变10/9/20258

如用指令MOVSCON，#40H，使单片机工作在串行通信的方式1下。3.电源及波特率选择寄存器PCON

PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，不可以位寻址，字节地址为87H。在HMOS的8051单片机中，PCON除了最高位以外，其它位都是虚设的。PCON的各位定义

PCON

(87H)D7D6D5D4D3D2D1D0位符号SMOD---GF1GF0PDIDL10/9/202595.2MCS-51串行的工作方式

MCS-51的串行口有4种工作方式，通过SCON中的SM1、SM0位来决定，如表8.1所示。1.方式0

在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展I/O口。

1)发送

当一个数据写入串行口发送缓冲器SBUF时，串行口将8位数据以fosc/12的波特率从RXD引脚输出（低位在前），发送完置中断标志TI为1，请求中断。在再次发送数据之前，必须由软件清TI为0。具体接线图如图所示。其中，74LS164为串入并出移位寄存器。10/9/202510

方式0用于扩展I/O口输出10/9/202511

2)接收

在满足REN=1和RI=0的条件下，串行口即开始从RXD端以fosc/12的波特率输入数据（低位在前），当接收完8位数据后，置中断标志RI为1，请求中断。在再次接收数据之前，必须由软件清RI为0。具体接线图如图所示。其中，74LS165为并入串出移位寄存器。

串行控制寄存器SCON中的TB8和RB8在方式0中未用。值得注意的是，每当发送或接收完8位数据后，硬件会自动置TI或RI为1，CPU响应TI或RI中断后，必须由用户用软件清0。方式0时，SM2必须为0。10/9/202512

方式0用于扩展I/O口输入

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2.方式1串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。发送或接收一帧信息，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。其帧格式如下图所示。1)发送发送时，数据从TXD端输出，当数据写入发送缓冲器SBUF后，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志TI为1。方式1所传送的波特率取决于定时器1的溢出率和PCON中的SMOD位。

10/9/20251410位的帧格式

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2)接收接收时，由REN置1，允许接收，串行口采样RXD，当采样由1到0跳变时，确认是起始位“0”，开始接收一帧数据。当RI=0，且停止位为1或SM2=0时，停止位进入RB8位，同时置中断标志RI；否则信息将丢失。所以，方式1接收时，应先用软件清除RI或SM2标志。3.方式2方式2下，串行口为11位UART，传送波特率与SMOD有关。发送或接收一帧数据包括1位起始位0，8位数据位，1位可编程位(用于奇偶校验)和1位停止位1。其帧格式如下图所示。10/9/20251611位的帧格式

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1)发送发送时，先根据通信协议由软件设置TB8，然后用指令将要发送的数据写入SBUF，启动发送器。写SBUF的指令，除了将8位数据送入SBUF外，同时还将TB8装入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器进行一次发送。一帧信息即从TXD发送，在送完一帧信息后，TI被自动置1，在发送下一帧信息之前，TI必须由中断服务程序或查询程序清0。

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2)接收当REN=1时，允许串行口接收数据。数据由RXD端输入，接收11位的信息。当接收器采样到RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，开始接收一帧信息。当接收器接收到第9位数据后，若同时满足以下两个条件：RI=0和SM2=0或接收到的第9位数据为1，则接收数据有效，8位数据送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1。若不满足上述两个条件，则信息丢失。4.方式3方式3为波特率可变的11位UART通信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。10/9/2025195.3MCS-51串行口的波特率

在串行通信中，收发双方对传送的数据速率，即波特率要有一定的约定。通过8.3.2节的论述，我们已经知道，MCS-51单片机的串行口通过编程可以有4种工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，方式1和方式3的波特率可变，由定时器1的溢出率决定，下面加以分析。1.方式0和方式2

在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变。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=10/9/202520

实际上，当定时器1做波特率发生器使用时，通常是工作在模式2，即自动重装载的8位定时器，此时TL1作计数用，自动重装载的值在TH1内。设计数的预置值（初始值）为X，那么每过256-X个机器周期，定时器溢出一次。为了避免因溢出而产生不必要的中断，此时应禁止T1中断。溢出周期为：溢出率为溢出周期的倒数，所以

波特率=10/9/202522定时器1产生的常用波特率波特率/(b/s)fosc/MHzSMOD定时器1C/模式初始值方式0：1方式2：375k方式1、3：62.5k19.2k9.6k4.8k2.4k1.2k137.5k11011012121211.05911.05911.05911.05911.05911.986612×1110000000××000000000××222222221××FFHFDHFDHFAHF4HE8H1DH72HFEEBH10/9/2025235.4MCS-51单片机之间的通信

5.4.1双机通信硬件电路如果两个MCS-51单片机系统距离较近，那么就可以将它们的串行口直接相连，实现双机通信。为了增加通信距离，减少通道和电源干扰，可以在通信线路上采用光电隔离的方法，利用RS-422A标准进行双机通信，实用的接口电路如下图所示。

10/9/202524双机异步通信接口电路

10/9/202525RS-422A双机异步通信接口电路

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发送端的数据由串行口TXD端输出，通过74LS05反向驱动，经光电耦合器送到驱动芯片SN75174的输入端。SN75174将输出的TTL信号转换为符合RS-422A标准的差动信号输出，经传输线（双绞线）将信号送到接收端。接收芯片SN75175将差动信号转换为TTL信号，通过反向后，经光电耦合器到达接收机串行口的接收端。每个通道的接收端都有三个电阻：R1，R2，R3。R1为传输线的匹配电阻，取值在100Ω～1kΩ之间，其它两个电阻是为了解决第一个数据的误码而设置的匹配电阻。值得注意的是，光电耦合器必须使用两组独立的电源，只有这样才能起到隔离、抗干扰的作用。10/9/2025275.4.2双机通信软件编程1.查询方式1)甲机发送编程将甲机片外1000H～101FH单元的数据块从串行口输出。定义方式2发送，TB8为奇偶校验位。发送波特率375kb/s，晶振为12MHz,所以SMOD=1。10/9/202528发送子程序如下： MOV SCON，#80H；设置串行口为方式2 MOV PCON，#80H；SMOD=1 MOV DPTR，#1000H；设数据块指针 MOV R7，#20H；设数据块长度START：MOVXA，@DPTR；取数据给A MOV C,P MOV TB8,C ；奇偶位P送给TB8MOV SBUF,A；数据送SBUF，启动发送10/9/202529

WAIT:JBCTI,CONT；判断一帧是否发送完发送完，清TI，取下一个数据AJMPWAIT ；未完等待CONT：INC DPTR ；更新数据单元 DJNZR7,START；循环发送至结束 RET10/9/202530

2)乙机接收编程使乙机接收甲机发送过来的数据块，并存入片内50H～6FH单元。接收过程要求判断RB8，若出错置F0标志为1，正确则置F0标志为0，然后返回。在进行双机通信时，两机应采用相同的工作方式和波特率。参考接收子程序如下： MOVSCON，#80H ；设置串行口为方式2 MOVPCON，#80H ；SMOD=1MOVR0，#50H ；设置数据块指针MOVR7，#20H ；设置数据块长度SETBREN ；启动接收10/9/202531

WAIT：JBCRI，READ；判断是否接收完一帧，若完，清RI，读入数据AJMPWAIT；未完等待READ：MOVA，SBUF；读入一帧数据 JNBPSW.0,PZ；奇偶位为0则转JNBRB8,ERR；P=1，RB8=0，则出错 SJMPRIGHT；二者全为1，则正确PZ:JBRB8,ERR；P=0，RB8=1，则出错10/9/202532

RIGHT:MOV@R0,A ；正确，存放数据 INCR0 ；更新地址指针DJNZR7,WAIT ；判断数据块是否接收完 CLRPSW.5 ；接收正确，且接收完清F0标志 RET ；返回ERR:SETBPSW.5 ；出错，置F0标志为1 RET ；返回10/9/202533

在上述查询方式的双机通信中，因为发送双方单片机的串行口均按方式2工作，所以帧格式是11位的，收发双方均是采用奇偶位TB8来进行校验的。传送数据的波特率与定时器无关，所以程序中没有涉及定时器的编程。2.中断方式在很多应用中，双机通信的接收方都采用中断的方式来接收数据，以提高CPU的工作效率；发送方仍然采用查询方式发送。10/9/202534

1)甲机发送上面的通信程序，收发双方是采用奇偶位TB8来进行校验的，这里介绍一种用累加和进行校验的方法。编程将甲机片内60H～6FH单元的数据块从串行口发送，在发送之前将数据块长度发送给乙机，当发送完16个字节后，再发送一个累加校验和。定义双机串行口按方式1工作，晶振为11.059MHz，波特率为2400b/s，定时器1按方式2工作。经计算或查表得到定时器预置值为0F4H，SMOD=0。参考发送子程序如下：10/9/202535

MOVTMOD，#20H；设置定时器1为方式2MOVTL1，#0F4H；设置预置值MOVTH1，#0F4HSETBTR1；启动定时器1MOVSCON，#50H；设置串行口为方式1，允许接收START：MOVR0，#60H；设置数据指针MOVR5，#10H；设置数据长度MOVR4，#00H；累加校验和初始化MOVSBUF，R5；发送数据长度10/9/202536WAIT1： JBCTI，TRS ；等待发送 AJMPWAIT1TRS： MOVA，@R0 ；读取数据MOVSBUF，A ；发送数据 ADDA，R4 MOVR4，A ；形成累加和 INCR0 ；修改数据指针10/9/202537

WAIT2： JBCTI，CONT；等待发送一帧数据 AJMPWAIT2CONT： DJNZR5，TRS；判断数据块是否发送完 MOVSBUF，R4；发送累加校验和WAIT3：JBCTI，WAIT4；等待发送AJMPWAIT3WAIT4：JBCRI，READ；等待乙机回答 AJMPWAIT410/9/202538

READ： MOVA，SBUF；接收乙机数据 JZRIGHT；00H，发送正确，返回 AJMPSTART；发送出错，重发RIGHT： RET2)乙机接收乙机接收甲机发送的数据，并存入以2000H开始的片外数据存储器中。首先接收数据长度，接着接收数据，当接收完16个字节后，接收累加和校验码，进行校验。数据传送结束后，根据校验结果向甲机发送一个状态字，00H表示正确，0FFH表示出错，出错则甲机重发。10/9/202539

接收采用中断方式。设置两个标志位（7FH，7EH位）来判断接收到的信息是数据块长度、数据还是累加校验和。参考接收程序如下：ORG0000HLJMPCSH ；转初始化程序ORG0023HLJMPINTS ；转串行口中断程序ORG0100H10/9/202540

CSH： MOVTMOD，#20H ；设置定时器1为方式2MOVTL1，#0F4H ；设置预置值MOVTH1，#0F4HSETBTR1 ；启动定时器1 MOVSCON#50H ；串行口初始化 SETB7FH ；置长度标志位为1 SETB7EH；置数据块标志位为110/9/202541INTS:CLREA ；关中断 CLRRI ；清中断标志 PUSHA ；保护现场 PUSHDPH PUSHDPLJB7FH，CHANG；判断是数据块长度吗？ JB7EH，DATA；判断是数据块吗？10/9/202543SUM：MOVA，SBUF；接收校验和CJNZA，40H，ERR；判断接收是否正确MOVA，#00H；二者相等，正确，向甲机发送00H MOVSBUF，AWAIT1：JNBTI，WAIT1 CLRTI SJMPRETURN；发送完，转到返回ERR：MOVA，#0FFH；二者不相等，错误，向甲机发送FFH MOVSBUF，A10/9/202544WAIT2：JNBTI，WAIT2CLRTISJMPAGAIN；发送完，转重新开始CHANG：MOVA，SBUF；接收长度 MOV41H，A ；长度存入41H单元CLR7FH ；清长度标志位SJMPRETURN ；转返回DATA：MOVA，SBUF；接收数据 MOVDPH，31H；存入片外RAM MOVDPL，30H10/9/202545

MOVX@DPTR，AINCDPTR；修改片外RAM的地址MOV31H，DPHMOV30H，DPLADDA，40H ；形成累加和，放在40H单元MOV40H，ADJNZ41H，RETURN；判断数据块是否接收完CLR7EH ；接收完，清数据块标志位SJMPRETURN10/9/202546

AGAIN：SETB7FH；接收出错，恢复标志位，重新开始接收SETB7EH MOV31H，#20H；恢复片外RAM起始地址 MOV30H，#00HMOV40H，#00H；累加和寄存器清零RETURN：POPDPL ；恢复现场 POPDPH POPA SETBEA ；开中断 RETI ；返回10/9/202547

5.4.3多机通信MCS-51串行口的方式2和方式3有一个专门的应用领域，即多机通信。这一功能通常采用主从式多机通信方式，在这种方式中，要用一台主机和多台从机。主机发送的信息可以传送到各个从机或指定的从机，各从机发送的信息只能被主机接收，从机与从机之间不能进行通信。图是多机通信的一种连接示意图。多机通信的实现，主要依靠主、从机之间正确地设置与判断SM2和发送或接收的第9位数据来（TB8或RB8）完成的。我们首先将上述二者的作用总结如下：

10/9/202548多机通信连接示意图

10/9/202549

多机通信的实现，主要依靠主、从机之间正确地设置与判断SM2和发送或接收的第9位数据来（TB8或RB8）完成的。我们首先将上述二者的作用总结如下。在单片机串行口以方式2或方式3接收时，一方面，若SM2=1，表示置多机通信功能位。这时有两种情况：①接收到第9位数据为1，此时数据装入SBUF，并置RI=1，向CPU发中断请求；②接收到第9位数据为0，此时不产生中断，信息将被丢失，不能接收。另一方面，若SM2=0，则接收到的第9位信息无论是1还是0，都产生RI=1的中断标志，接收的数据装入SBUF。根据这个功能，就可以实现多机通信。10/9/202550

在编程前，首先要给各从机定义地址编号，如分别为00H、01H、02H等。在主机想发送一个数据块给某个从机时，它必须先送出一个地址字节，以辨认从机。编程实现多机通信的过程如下：(1)主机发送一帧地址信息，与所需的从机联络。主机应置TB8为1，表示发送的是地址帧。例如：MOVSCON，#0D8H；设串行口为方式3，TB8=1，允许接收(2)所有从机初始化设置SM2=1，处于准备接收一帧地址信息的状态。例如：MOVSCON，#0F0H；设串行口为方式3，SM2=1，允许接收10/9/2025515.5PC机和单片机之间的通信

在工程应用中，常遇到多项任务需同时执行的情况，因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。它们大多由IBM－PC微机和单片机组成。单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通讯的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时，PC机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务，同时通过通信接口将数据传给PC机，PC机将这些数据进行处理、显示或打印，把各种控制命令传给单片机，以实现集中管理和最优控制。

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5.5.1接口设计PC机与单片机之间可以由RS-232C、RS-422A或RS-423等接口相连。在PC机系统内都装有异步通信适配器，利用它可以实现异步串行通信。该适配器的核心元件是可编程的Intel8250芯片，它使PC机有能力与其它具有标准的RS-232C接口的计算机或设备进行通信。而MCS-51单片机本身具有一个全双工的串行口，因此只要配以电平转换的驱动电路、隔离电路就可组成一个简单可行的通信接口。同样，PC机和单片机之间的通信也分为双机通信和多机通信。

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PC机和单片机最简单的连接是零调制三线经济型。这是进行全双工通信所必须的最少线路。因为MCS-51单片机输入、输出电平为TTL电平，而PC机配置的是RS-232C标准接口，二者的电气规范不同，所以要加电平转换电路。常用的有MC1488、MC1489和MAX232，下图给出了采用MAX232芯片的PC机和单片机串行通信接口电路，与PC机相连采用9芯标准插座。10/9/202555PC机和单片机串行通信接口

10/9/2025565.5.2软件编程1.单片机通信软件

例：设单片机串行口工作在方式1，通过中断方式接收PC机发送的数据，并返回PC

。晶振为6MHz，波特率2400b/s，定时器1按方式2工作。经计算，定时器预置值为0F3H，SMOD=1。参考程序如下： ORG0000HLJMPCSH；转初始化程序 ORG0023H LJMPINTS；转串行口中断程序 ORG0050H10/9/202557

CSH：MOVTMOD，#20H；设置定时器1为方式2MOVTL1，#0F3H；设置预置值MOVTH1，#0F3HSETBTR1 ；启动定时器1MOVSCON#50H ；串行口初始化 MOVPCON#80HSETBEA ；允许串行口中断SETBESLJMPMAIN ；转主程序（主程序略） …10/9/202558

INTS：CLREA；关中断 CLRRI；清串行口中断标志PUSHDPL；保护现场PUSHDPHPUSHA MOVA，SBUF；接收PC机发送的数据MOVSBUF，A；将数据回送给PC机10/9/202559

WAIT： JNBTI，WAIT ；等待发送CLRTIPOPA ；发送完，恢复现场POPDPHPOPDPLSETBEA ；开中断RETI ；返回10/9/2025602.

PC机通信软件

PC机方面的通信程序可以直接用汇编语言编写，也可以用其它高级语言，如C语言来编写，但这种方法不仅编程复杂而且调试也很繁琐。在Windows环境下，利用PC机串口进行通信的常用方法有两种，第一是调用WindowsAPI函数；第二是使用ActiveX的MSComm控件。第一种方法需声明及调用许多API函数，十分烦琐。而第二种方法实际上是通过通信组件间接的调用了WindowsAPI函数，其过程要比直接调用API要复杂，但是在实际程序的实现上要比前一种方式简单得多。

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用VB6.0进行串行通信程序设计的方法：10/9/202562INCR0 ；TI：发送中断标志位。MOVTL1，#0F4H；在其它方式中，在接收停