《单片机原理与应用》-6

6.1单片机串行通信简介6.1.1串行通信的几个基本概念通信：计算机的ＣＰＵ与外部设备之间，计算机与计算机之间的信息交换，称为数据通信。换言之：两个不同对象之间的信息交换，称为通信。数据通信的传输方式：并行通信，数据的各位同时送出；串行通信：数据的各位逐位送出。计算机通信的工作方式：单工方式，数据仅按一个固定方向传送；半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收／发开关转换；全双工方式，允许双方同时进行数据双向传送，但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。下一页返回6.1单片机串行通信简介串行通信的两种形式：异步通信，在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，紧接着是若干个数据位；同步通信，发送器和接收器由同一个时钟源控制，同步传输方式去掉了起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。串行数据通信的传输速率：串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数ｂ／ｓ（ｂｉｔｐｅｒｓｅｃｏｎｄ）和每秒符号数———波特率（Ｂａｎｄｒａｔｅ），在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。例如：设有一帧信息，１个起始位、８个数据位、１个停止位，传输速率为每秒２４０个字符，求波特率上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介分析：（１＋８＋１）×２４０＝２４００ｂ／ｓ＝２４００波特。串行数据通信的校验：通常采用的校验方式有奇偶校验和和校验（１）奇偶校验：奇偶检验是检验串行通信双方传输的数据正确与否的一个措施，并不能保证通信数据的传输一定正确。奇检验：８位有效数据连同１位附加位共９位数据，二进制“１”的个数为奇数。偶检验：８位有效数据连同１位附加位共９位数据，二进制“１”的个数为偶。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介（２）和校验：所谓和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据，同时对数据块（除检验字节外）求和（或个字节异或），将所得的结果与发送方的“校验和”进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介6.1.2ＭＣＳ－５１单片机的串行接口一、单片机的串行口结构ＭＣＳ－５１单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（ＳＢＵＦ），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为９９Ｈ。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。单片机串行口的结构见图６－１。ＳＢＵＦ寄存器的内部结构见图６－２。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介二、串行口缓冲器在物理结构上，有一个串行口接收缓冲器ＳＢＵＦ、一个发送缓冲器ＳＢＵＦ，因为接收缓冲器只能接收数据，而发送缓冲器只负责向外发送数据，为了简化指令，ＭＣＳ－５１单片机的这两个寄存器具有同一地址（９９Ｈ）。串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器ＳＢＵＦ的名义进行读或写的。当向ＳＢＵＦ发“写”命令时，发送缓冲器ＳＢＵＦ装载并开始由ＴＸＤ引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志位ＴＩ＝１。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介指令“ＭＯＶＳＢＵＦ，Ａ”启动一次数据发送，可使ＳＢＵＦ再发送下一个数。在接收数据时，一帧数据从ＲＸＤ端经接收端口进入ＳＢＵＦ之后，串行口发出中断请求，通知ＣＰＵ接收这一数据。ＣＰＵ执行一条读指令，就能将接收的数据送入累加器中，与此同时，接收端口接收下一帧数据。指令“ＭＯＶＡ，ＳＢＵＦ”完成一次数据接收，ＳＢＵＦ可再接收下一个数。三、串行口控制寄存器与串行通信有关的控制寄存器有串行控制寄存器ＳＣＯＮ、电源控制寄存器ＰＣＯＮ及中断允许控制寄存器ＩＥ。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介（１）串行口控制寄存器。ＳＣＯＮ寄存器的字节地址为９８Ｈ，可位寻址。ＳＣＯＮ用于设定串行口工作方式、接收发送控制及设置状态标志。其格式见表６－１。ＳＭ２：多机通信控制位。在方式２或方式３中：ＳＭ２＝０，ＲＢ８＝Ｘ，将接收的数据装入ＳＢＵＦ中。ＳＭ２＝１：ＲＢ８＝０，将接收到的数据放弃。ＳＭ２＝１：ＲＢ８＝１，激活ＲＩ向ＣＰＵ申请中断。在方式１中：ＳＭ２＝１：接收到有效停止位激活ＲＩ，向ＣＰＵ申请中断。在方式０中：ＳＭ２＝０（人为设定）。上一页下一页返回6.1单片机串行通信简介ＲＥＮ：接收控制位。ＲＥＮ＝１，允许接收；ＲＥＮ＝０，禁止接收。ＴＢ８：发送的第九位数（在方式２或方式３中）。在许多通信协议中，该位作奇偶校验位使用。在ＭＣＳ－５１多机通信中用以表示地址（１），表示数据（０）。ＲＢ８：接收的第九位数。在方式２或方式３中：存放接收的第九位数（ＴＢ８）。在方式０中：ＲＢ８未使用。在方式１中：ＳＭ２＝０，ＲＢ８存放接收到的停止位。在多机通信中用以表示地址（１），表示数据（０）。ＴＩ：发送中断请求标志位。ＴＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断。ＲＩ：接收中断请求标志位。ＲＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断ＳＭ０、ＳＭ１：工作方式选择位，见表６－２。上一页返回6.2单片机串行口的工作方式6.2.1串行工作方式０该方式不用于单片机之间的通信，主要用于串行口的扩展。功能：８位同步移位寄存器输入／输出口，波特率固定为：ｆｏｓｃ／１２。低位在前，高位在后。发送：ＲＸＤ逐位移出数据，ＴＸＤ输出移位脉冲，每发送一帧（８位）数据，ＴＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＴＩ需用软件清零。波特率：模式０的波特率等于单片机晶振频率的１／１２，即每个机器周期接收或发送一位数据。方式０的发送时序如图６－３

所示。下一页返回6.2单片机串行口的工作方式接收：ＲＸＤ逐位移入ＳＢＵＦ中，ＴＸＤ输出移位脉冲，每接收一帧（８位）数据，ＲＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＲＩ需用软件清零方式０的接收时序如图６－４

所示【例６－１】用８０５１串行口外接７４ＬＳ１６５移位寄存器扩展８位输入口，输入数据由８个开关提供，另有一个开关Ｋ提供联络信号。电路示意如图６－５

所示。当开关Ｋ合上时，表示要求输入数据。输入８位开关量，处理不同的程序。上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式分析：７４ＬＳ１６５为并行输入串行输出器件，利用它的并入串出功能可方便地与５１单片机的串行口进行连接，实现将并行数据进行串行输出，节省单片机的端口。例题中使用Ｐ１１作为并入串出的控制端，高电平的时候并行输入，低点电平时串行输出。参考程序如下：ＳＴＡＲＴ：ＪＢＰ１０，＄；开关Ｋ未合上，等待ＳＥＴＢＰ１１；７４ＬＳ１６５并行输入数据ＣＬＲＰ１１；开始串行移位ＭＯＶＳＣＯＮ，＃１０Ｈ；串行口模式０并启动接收上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式ＪＮＢＲＩ，＄；查询ＲＩＣＬＲＲＩ；查询结束，清ＲＩＭＯＶＡ，ＳＢＵＦ；输入数据根据Ａ处理不同任务ＳＪＭＰＳＴＡＲＴ；准备下一次接收。【例６－２】使用ＣＤ４０９４的输出端接８只发光二极管，利用它的串入并出功能，把发光二极管从左向右依次点亮，并反复循环。按此要求所做的电路连接如图６－６所示。分析：ＣＤ４０９４为串行输入串行输出器件，利用串行通信方式０，通过该器件，只需３位端口便可实现我们比较熟悉的流水灯实验。例题中使用Ｐ１０作为串入并出的控制端，高电平的时候并行输出，低电平时关闭并行输出。上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式参考程序如下：ＭＯＶＳＣＯＮ，＃００Ｈ；串行口方式０工作ＣＬＲＥＳ；禁止串行中断ＭＯＶＡ，＃８０Ｈ；发光管从左边亮起ＤＥＬＲ：ＣＬＲＰ１０；关闭并行输出ＭＯＶＳＢＵＦ，Ａ；串行输出ＪＮＢＴＩ，!；状态查询上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式ＳＥＴＢＰ１０；开启并行输出ＡＣＡＬＬＤＥＬＡＹ；状态维持时间ＣＬＲＴＩ；清发送中断标志ＲＲＡ；发光组合右移ＡＪＭＰＤＥＬＲ；继续上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式6.2.2串行工作方式１功能：１０位异步串行通信方式，波特率可变，ＴＸＤ发送，ＲＸＤ接收，低位在前，高位在后，其帧格式如图６－７

所示。发送：ＣＰＵ执行一条写入ＳＢＵＦ的指令，自动启动ＴＸＤ逐位移出数据，每发送一帧（８位）数据，ＴＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＴＩ需用软件清零。波特率：方式１和方式３的波特率算法相同，公式如下上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式模式１或３的波特率＝发送时序：方式１的发送时序如图６－８

所示接收：每接收一帧（１０位）有效数据，自动装载ＳＢＵＦ，停止位进入ＲＢ８，ＲＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＲＩ需用软件清零。接收时序：接收时序如下图６－９

所示上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式6.2.3串行工作方式２、３功能：方式２、３均为１１位异步串行通信方式，区别是方式２波特率固定，而方式３波特率可变。ＴＸＤ发送，ＲＸＤ接收，低位在前，高位在后，第９位为可编程位，其帧格式如图６－１０

所示。发送：ＣＰＵ执行一条写入ＳＢＵＦ的指令，自动启动ＴＸＤ逐位移出数据，第９位数据为ＳＣＯＮ中的ＴＢ８，每发送一帧（８位）数据，ＴＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＴＩ需用软件清零。波特率：方式２的波特率是固定的，为ｆｏｓｃ／３２或ｆｏｓｃ／６４，方式３的波特率计算公式与方式１相同。上一页下一页返回6.2单片机串行口的工作方式发送时序：方式２、３的发送时序如图６－１１

所示。接收：每接收一帧（１１位）有效数据，自动装载ＳＢＵＦ，第９位进入ＲＢ８，ＲＩ＝１，向ＣＰＵ申请中断，ＲＩ需用软件清零。接收时序：方式２、３的接收时序如图６－１２

所示上一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例串口程序的编制和定时、计数器以及中断程序编制一样，首先也应该初始化。（１）先设定ＳＣＯＮ，设定好串口工作方式。如：ＭＯＶＳＣＯＮ，＃４０Ｈ；设定串口工作方式一。（２）如果用到中断的，还必须设定ＩＥ或ＩＰ。如：……ＯＲＧ００２３ＨＬＪＭＰＰＳＴＯＲＧ００３０Ｈ……ＳＥＴＢＥＡ下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＳＥＴＢＥＳＰＳＴ：ＣＬＲＲ……ＲＥＴＩ（３）然后设定波特率，即根据工作方式设置定时计数器Ｔ１，以及ＰＣＯＮ寄存器。注意串行通信的单片机波特率应一致，否则数据传输将出现错误。如：ＭＯＶＰＣＯＮ，＃８０Ｈ；波特率加倍ＭＯＶＴＭＯＤ，＃２０Ｈ；定时器１工作在方式２ＭＯＶＴＨ１，＃ＦＤＨ；设置波特率为９６００上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例值得注意的是：由于串行发送、接收标志不能硬件自动清除，所以不管是中断方式还是查询方式编程时都必须用软件方式清除ＴＩ、ＲＩ。为了简化设计过程，我们通常将常用的波特率及Ｔ１的初始值制成一张表格，根据表格可以方便地查询到相应的波特率对应的Ｔ１初始值，它们之间的关系见表６－３。【例６－３】用串行口工作方式２进行１号（发送）、２号（接收）两机的异步通信。双机通信连接如图６－１３

所示，串行通信波特率为１２００。用定时器Ｔ１工作方式２作为波特率发生器，定时器Ｔ１的初值为Ｅ６Ｈ、单片机晶振频率选择为６.０００ＭＨｚ，波特率为１２００。上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例（１）号机发送：将（１）号机的按键值信息发送到（２）号机。（２）号机接收：接收来自（１）号机的数据，并且将数据通过数码管显示出来，以便观察串行通信数据传输的正确与否。分析：（１）号单片机扫描矩阵键盘，当检测到有键按下时，启动串行发送程序，将按键的序号值发送给（２）号单片机；（２）号单片机平时处于显示扫描状态，直到收到按键值，则更显数据显示。电路图如图６－１３所示，流程图如图６－１４、图６－１５

所示。参考程序如下：（１）号单片机程序（发送）：上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例按键扫描子程序，扫描的键值存放在Ｒ３中，可组成４４键盘。ＰＴＫＥＹＥＱＵＰ０；扫描的端口，其中低位接列线，高位接行线ＯＲＧ００００ＨＡＪＭＰＭＡＩＮＯＲＧ００３０ＨＭＡＩＮ：ＭＯＶＴＭＯＤ，＃２０Ｈ；设置串行通参数ＭＯＶＴＨ１，＃０Ｅ６Ｈ；波特率为２４００ｂ／ｓＭＯＶＴＬ１，＃０Ｅ６ＨＭＯＶＰＣＯＮ，＃８０Ｈ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＭＯＶＳＣＯＮ，＃４０Ｈ；串行工作方式１，１０位串行数据ＳＥＴＢＴＲ１ＭＡＩＮ＿ＬＯＯＰ：ＬＣＡＬＬＫＥＹ１ＭＯＶＡ，Ｒ３ＭＯＶＳＢＵＦ，ＡＪＮＢＴＩ，＄ＣＬＲＴＩＳＪＭＰＭＡＩＮ＿ＬＯＯＰＫＥＹ１：ＬＣＡＬＬＫＳ１；调用按键总扫描程序，无按键则继续查询上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＪＮＺＬＫ１；用按键则去判断所按键值ＡＣＡＬＬＹ６ＭＳＡＪＭＰＫＥＹ１ＬＫ１：ＡＣＡＬＬＹ６ＭＳ；有按键延时１２ｍｓＡＣＡＬＬＹ６ＭＳＡＣＡＬＬＫＳ１；继续判断有无按键，这样处理可防止按键干扰。ＪＮＺＬＫ２ＡＣＡＬＬＹ６ＭＳ；有按键延时６ｍｓ。ＡＪＭＰＫＥＹ１上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＬＫ２：ＭＯＶＲ２，＃０ＦＥＨ；送扫描的首列。ＭＯＶＲ４，＃００Ｈ；列号送初值。ＬＫ４：ＭＯＶＡ，Ｒ２ＭＯＶＰＴＫＥＹ，ＡＭＯＶＡ，ＰＴＫＥＹＪＢＡＣＣ４，ＬＯＮＥ；第０行无按键则转第一行。ＭＯＶＡ，＃００ＨＡＪＭＰＬＫＰＬＯＮＥ：上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＪＢＡＣＣ５，ＬＴＷＯ；第１行无按键则转第２行ＭＯＶＡ，＃０４ＨＡＪＭＰＬＫＰＬＴＷＯ：ＪＢＡＣＣ６，ＬＴＨＲＥＥ；第２行无按键则转第３行。ＭＯＶＡ，＃０８ＨＬＴＨＲＥＥ：ＪＢＡＣＣ７，ＮＥＸＴ；第２行无按键则转下一次扫描。ＭＯＶＡ，＃０ＢＨＬＫＰ：ＡＤＤＡ，Ｒ４；将按键值的行和列相加送Ｒ３上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＭＯＶＲ３，ＡＬＫ３：ＡＣＡＬＬＹ６ＭＳ；等待按键的释放。ＡＣＡＬＬＫＳ１ＪＮＺＬＫ３ＲＥＴＮＥＸＴ：；进行下一列的扫描。ＩＮＣＲ４ＭＯＶＡ，Ｒ２ＪＮＢＡＣＣ３，ＫＮＤＲＬＡ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＭＯＶＲ２，ＡＡＪＭＰＬＫ４ＫＮＤ：ＡＪＭＰＫＥＹ１ＫＳ１：ＡＮＬＰＴＫＥＹ，＃０Ｆ０Ｈ；给低４位送低电平ＭＯＶＡ，ＰＴＫＥＹＸＲＬＡ，＃１１１１００００Ｂ；读取高４位，若高４位不全；表示有按键。ＲＥＴ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例Ｙ６ＭＳ：；延时６ｍｓ子程序ＭＯＶＲ７，＃３０Ｙ６ＭＳ１：ＭＯＶＲ６，＃４８Ｙ６ＭＳ２：ＤＪＮＺＲ６，Ｙ６ＭＳ２ＮＯＰＤＪＮＺＲ７，Ｙ６ＭＳ１ＭＯＶＲ６，＃０７Ｙ６ＭＳ３：ＤＪＮＺＲ６，Ｙ６ＭＳ３上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＲＥＴ（２）号单片机程序（接收）：ＤＩＳ＿ＳＨＩＥＱＵ５０Ｈ；显示十位缓冲区ＤＩＳ＿ＧＥＥＱＵ５１Ｈ；显示个位缓冲区ＯＲＧ００００ＨＡＪＭＰＳＴＡＲＴＯＲＧ００２３ＨＭＯＶＡ，ＳＢＵＦＣＬＲＲＩ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＲＥＴＩＯＲＧ００３０ＨＳＴＡＲＴ：ＭＯＶＤＩＳ＿ＳＨＩ，＃０ＡＨ；初始化数码管灭ＭＯＶＤＩＳ＿ＧＥ，＃０ＡＨＬＣＡＬＬＤＩＳＰＬＡＹＭＯＶＴＭＯＤ，＃２０Ｈ；设置串行通信参数ＭＯＶＴＨ１，＃０Ｅ６Ｈ；波特率为２４００ｂ／ｓＭＯＶＴＬ１，＃０Ｅ６ＨＭＯＶＰＣＯＮ，＃００Ｈ；串行工作方式１，１０位串行数据，允上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＭＯＶＳＣＯＮ，＃５０Ｈ；许接收数据ＳＥＴＢＴＲ１ＳＥＴＢＥＡＳＥＴＢＥＳＭＡＩＮ：ＭＯＶＢ，＃１０ＤＩＶＡＢＭＯＶＤＩＳ＿ＳＨＩ，ＡＭＯＶＤＩＳ＿ＧＥ，ＢＬＣＡＬＬＤＩＳＰＬＡＹＳＪＭＰＭＡＩＮ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＤＩＳＰＬＡＹ：；显示子程序ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＳＨＵＭＡＭＯＶＡ，ＤＩＳ＿ＳＨＩＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲＭＯＶＰ１，ＡＳＥＴＢＰ２０ＡＣＡＬＬＹ３ＭＳＣＬＲＰ２０ＭＯＶＡ，ＤＩＳ＿ＧＥＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲＭＯＶＰ１，Ａ上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＳＥＴＢＰ２１ＡＣＡＬＬＹ３ＭＳＣＬＲＰ２１ＲＥＴＹ３ＭＳ：；延时３ｍｓ子程序ＭＯＶＲ７，＃１５Ｙ３ＭＳ１：ＭＯＶＲ６，＃４８Ｙ３ＭＳ２：ＤＪＮＺＲ６，Ｙ３ＭＳ２上一页下一页返回6.3串行通信程序设计步骤及应用举例ＮＯＰＤＪＮＺＲ７，Ｙ３ＭＳ１ＭＯＶＲ６，＃０７Ｙ３ＭＳ３：ＤＪＮＺＲ６，Ｙ３ＭＳ３ＲＥＴＳＨＵＭＡ：；共阳数码代码。ＤＢ０ｃ０ｈ，０ｆ９ｈ，０ａ４ｈ，０ｂ０ｈ，９９ｈ，９２ｈ，８２ｈ，０ｆ８ｈ，８０ｈ，９０ｈ，０ＦＦＨ；０～９，灭上一页下一页返回思考与练习题１填空题（１）异步串行数据通信的帧格式由位，位，位和位组成。（２）串行口控制寄存器为，发送中断标志位是，接收中断标志位为。（３）使用Ｔ１作波特率发生器时，应把定时器Ｔ１设定为工作模式。（４）若１０ｓ内传递了４０００个字符，每个字符８位，则波特率为。（５）被称为多机通信控制位的是。（６）５１单片机共有种串行工作模式，其中模式为１１位数据格式，并且波特率可变。上一页下一页返回思考与练习题２简答题（１）串行数据传送的主要优点和用途是什么？（２）简述串行口接收和发送数据的过程。（３）串行口有几种工作方式，几种帧格式？各种工作方式的波特率如何确定？（４）异步通信和同步通信的主要区别是什么？ＭＣＳ－５１串行