单片机的异步串行通信技术

第八章8051单片机的异步串行通信技术

第一节概述

计算机与外界的信息互换称为通信。常用通信方式有两种：弁行通信与串行通信，简称并

行传送和串行传送。并行传送具有传送速度快，效率高等优点，但传送多少数据位就需要多少

根数据线，传送成木高；串行传送是我位顺序进行数据传送，最少仅需要一根传输线即可完毕,

传送距离远，但传送速度慢。串行通信又分同步和异步两种方式。同步通信中，在数据传送开

始时先用同步字符来指示（常约定1―2个），并由同时传送的时钟信号来实现发送端和接受端

同步，即检测到规定的同步字符后，接着就连续按顺序传送数据。这种传送方式对硬件结构规

定较高。在单片机异步通信中，数据分为一帧一帧地传送，即异步串行通信一次传送一个完整

字符，字符格式如图8—1所示:

图8-1异步串行通信的字符格式

一个字符应涉及以下信息：

1.起始位：相应逻辑0(space)状态。发送器通过发送起始位开始一帧字符的传送。

2.数据位：起始位之后传送数据位。数据位中低位在前，高位在后。数据位可以是5.6.7、

8位。

3.奇偶校验位：奇偶校验位事实上是传送的附加位，若该位用于用于奇偶校验，可校检串行

传送的对的性。奇偶校验位的设立与否及校验方式(奇校验还是偶校验)由用户需要拟定。

4.停止位：用逻辑1(mark)表达。停止位标志一个字符传送的结束。停止位可以是1、1.E

或2位。

串行通信中用每秒传送二进制数据位的数量表达传送速率，称为波特率。

I波特=山"(位/秒)

例如数据传送速率是240帧/秒，每帧由一位起始位、八位数据位和一位停止位组成，则传送

速率为：

10X240=2400位/秒=2400波特

单片机的串行通信重要采用异步通信传送方式。在串行通信中，按不

同的通信方向有单工传送和双工传送之分，如图8-2所示:

(a)单工传送

(b)双工传送

(c)全双工传送

图8-2单片机串行通信方向示意

图8—2(a)中，甲.乙两机只能单方向发送或接受数据；

图8—2(b)中，甲机和乙机能分时进行双向发送和接受数据;

图8—2(c)中，甲，乙两机能同时双向发送和接受数据。

第二节8051串行口的基本结构

MCS—51系列单片机串行口结构框图如图8—3所示:

位符号功能说明

SMO,SMISMO,SMI——串行口工作方式选择位：

SMOSM1工作方式功能

0008位数码传送，波特率固定，为f晶振/12。

01110位数码传送，波特率可变。

10211位数码传送，波特率固定，为f晶振/64或f

晶振/32。

11311位数码传送，波特率可变。

11311位数码传送，波特率可变。

SM2SM2——多机通信控制位：

当串行口以方式2或方式3接受时，如SM2=1,则只有当接受到的第

九位数据（RB8）为1,才将接受到的前8位数据送入接受SBUF,并使RI

位置1,产生中断请求信号；否则将接受到的前8位数据丢弃。而当SM2

=0时，则不管第九位数据为0还是为1,都将前8位数据装入接受SBUF

中,并产生中断请求信号。对方式0,SM2必须为0,对方式1,当SM2=1,

只有接受到有效停止位后才使RT位置1。

当串行口以方式2或方式3接受时，如SM2=1,则只有当接受到的第

九位数据（RB8）为1,才将接受到的前8位数据送入接受SBUF,并使RI

位置1,产生中断请求信号；否则将接受到的前8位数据丢弃。而当SM2

=0时，则不管第九位数据为0还是为1,都将前8位数据装入接受SBUF

中，并产生中断请求信号。对方式0,SM2必须为0,对方式1,当SM2=1,

只有接受到有效停止位后才使RI位置1。

RENREN—允许接受位，用于对串行数据的接受进行控制：

REN=O,严禁接受；REN=1,允许接受。该位由软件置1或清零。

REN=O,严禁接受；REN=1,允许接受。该位由软件置1或清零。

TB8TB8——发送数据位8:

在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据。

在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据。

RB8RB8一一接受数据位8:

在方式2和方式3中，RB8位存放接受到的第9位数据

在方式2和方式3中，RB8位存放接受到的第9位数据

TTTT------发送中断标志：

当方式0时，发送完第8位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，于

发送停止位之前由硬件置位。因此TI=1,表达帧发送结束。其状态既可

供软件查询使用，也可请求中断。TI位由软件清0。

RIRI接受中断标志：

当方式。时，接受完第8位数据后，该位由硬件置1。在其它方式下，当

接受到停止位时，该位由硬件置位。因此RI=L表达帧接受结束。其状

态既可供软件查询使用，也可以请求中断。RI位由软件清0。

此外，电源控制寄存器PCON中SMOD位可影响串行口的波特至。

当(SMOD)=1,串行口波特率加倍。

尚有中断允许寄存器IE中的ES位可选择串行口中断允许或严禁。

ES=O,严禁串行口中断

ES=1,允许串行口中断

第三节8051串行通信工作方式及应用

1.8051单片机的串行通信共有四种工作方式：

2.串行工作方式0

申行口为同步移位寄存器方式，波特率固定为f晶振/12。该方式重要用丁T/O口扩展等，方式

0传送数据时，串行数据由RXD(P3.0)端输入或输出，而TXD(P3.1)此时仅作为同步移位脉冲发

生器发出移位脉冲。

串行数据的发送和接受以8位为一帧，不设起始位和停止位，其格式如卜:

DOD1D2D3D4D5D6D7

方式0输出数据时，向SBUF写入数据的指令：

MOVSBUF,A

或：

MOVSBUF,XXH

即为从RXD端输出数据的发送启动指令。当8位数据所有移出后，SCON中的TI位被

自动置1。

方式0输入数据时，使SCON中REN位置1指令：

SETBREN

即为从RXD端输入数据启动指令。当接受到8位数据后SCON中的RI位被自动置1。

方式0工作时往往需要外部有串入并出寄存器（输出）和并入串出寄存器（输入）配合使用，方

式0多用于将串行口转变为并行口的使用场合，如图8-4所示：

并行输出并行输入

移位脉冲移位原冲

P1.0P1.0

(a)(b)

图8—4串行工作方式0与输入，输出电路的连接示例

图8—4(a)中CD4094是“串入并出“移位寄存器，TXC端输出频率为F晶振/12的

固定方波信号(移位脉冲)，在该移位脉冲的作用下，D端串行输入数据可依次存入CD4094内

部8D锁存器锁存。P1.0为选通信号，当P1.0二STB为高电平时，将内部8D锁存器数据并行输

出。图8—4(b)中CD4014为“串入/并出一串出“移位寄存器，P1—P8为并行输入端，Q8为

串行输出端，当P1.0二P/S=1,加在并行输入端Pl—P8上的数据在时钟脉冲作用下从Q8端串行

输出。

方式0的移位操作的波特率固定为单片机晶振频率f晶振的十一半。

即：

波特率=f品振/12。

例如当f晶振=12MHZ,波特率=106(位/秒)。

例8—1试编写从CD4094并行输出数据3611的参考程序：

解：参考程序如下：

MOVSCON,ttOOH;串行口工作方式0。

CLRES;严禁串行口中断。

MOVA,#36H;传送数据送Ao

CLRPl.0:关闭并行输出。

MOVSBUF,A;启动串行输出。

HERE：JBCTI,FS;等待串行输出完毕。

AJMPHERE

FS:SETBP1.0；启动并行输出。

RET；返回。

（1）2.串行工作方式1

（2）方式1传送的数据格式

方式1传送一帧为10位的串行数据，涉及1位起始位，8位数据位和1位停止位。其帧格式为:

起LI—1—1—1

始DODID2D3D41D5DJ停

止

（2）方式1的波特率的拟定

方式1的波特率是可变的，计算公式为：

波特率=（2-*732）X（T1溢出率）

其中smod为PCON寄存器最高位的值。

所谓定期器T1的溢出就是T1在单位时间内溢出的次数。如设T1为工作方式2,那么T1定期

时间:

T1定期=(2—X)XT机=(2—X)X12/F晶振

则T1的溢出率:1/T1定期:F晶振/（12（2*一X））

由此可得波特率的计算公式为:

波特率=(2^/32)XF晶振/(12(2-X))

实际使用时总是先拟定波特率，再计算定期器T1的记数初值X,然后进行T1的初始化。根据

上述波特率的计算公式，可得T1记数初值的计算公式为：

X=256-（F晶振X2E）/（384X波特率）

定期器T1之所以选择工作方式2,是由于方式2具有自动加载功能，可避免通过程序反复装

入计数初值而影响波特率的准确性。

（3）方式1数据的发送和接受

方式1的数据发送由一条写入单片机发送寄存器SBUF指令启动。8位数据在串行口由

硬件自动加入起始位和停止位组成完整的帧格式。在内部移位脉冲作用下，由TXD端串行输出。

发送完一帧数据后，使TXD输出端维持“1"状态并置使TI标志位置1以告知CPU发送下一个

字符。

接受数据由接受单片机SCON中的REN置1开始，随后串行口不断采样RXD端电平，当

采样到RXD端电平从1向0跳变时：就认定是接受信号并开始接受从RXD端输入的数据，

并送入内部接受寄存器SBUF中，直到停止位到来之后，并使“位置1,告知CPU从SBUF

中取走接受到的一帧字符。

方式1传送数据时发送前应先清口，接受前应先清RI。

例8—2甲，乙两单片机拟以_L作方式1进行串行数据通信，波特率为12UU,甲

机发送，发送数据在甲机外部RAM1OOOH—1O1FH单元中。乙机接受，并把接受数据依

次放入乙机外部RAM1OOOH—1O1FH单元中。甲，乙机晶振频率均为6MHZ。

连接方式如图8—5所示:

TXDRXD

图8-5例8-2示意图

解：设定：

(1)甲、乙机定期用工作方式2,即初值

6义Wx1

X=256---------------=243=F3H

(2)SMOD=O,即波特率不倍增。

(3)用查询传送方式。

(4)SCON=01000000B=40H

可得甲机发送主程序如卜.：

ORG0030H

MOVTMOD,#20H;设定期器1工作方式2。

MOVTL1,#0F3H:设立定期器初值。

MOVTH1,#0F3H:设立重装值。

CLREA;严禁中断。

MOVPCON,#00H；(SMOD)=Oo

MOVSCON,#40H；设串行工作方式1,严禁接受。

MOVDPTR,#100011;建立发送数据地址指计初值。

MOVR7,#20H:建立计数指针。

SETBTRI;启动定期器1。

SEND:MOVXA,@DPTR;取数据。

MOVSBUF,A:启动数据传送操作。

JNBTI,.s;等待一帧发送完毕。

CLRTI;清TI标志。

TNCDPTR;指向下一单元。

DJNZR7,SEND;数据块传送结束？没结束继续传送

CLRTRI;传送结束，停止定期器1工作

RET;返回。

乙机接受参考程序如下：

ORG0030H

MOVTMOD,#20H;设定期器1工作方式2。

VOVTL1,#0F3H;设立定期器初值。

MOVTH1,#0F3H；设立重装值。

CLREA;严禁中断。

UOVPCON,#00H；SMOD=Oo

MOVSCON,#40H;设串行工作方式1。

MOVDPTR,#1000H:建立接受地址指针初值。

MOVR7,#2011;建立计数指针。

SETBTRI;启动定期器T1。

SETBREN;启动接受数据操作。

RECIV:JXBRI,$;等待数据接受完毕。

CLKRI;清K1标志。

MOVA,SBUF;取数据。

MOVX@DPTR,A；送外部RAM。

INCDPTR;指向下一单元。

DJXZR7,RECIV;数据块接受完毕?没完继续接受。

CLRTRI;接受完毕，停止定期器1工作。

RET;返回。

如改用中断方式甲机发送参考程序如下:

ORG000011

AJMPMAIN

0RG0023H

LJMPASEND;建立串行中断口地址。

ORG003011

MAIN:MOVSP,#30H;设立堆栈。

MOVTMOD,#2011;设定期器1工作方式2。

UOVTL1,#0F3H；设立定期器初值。

MOVTH1,#0F3H;设立重装值。

MOVPCON,#00H；SMOD=Oo

UOVSCON,#40H；设串行工作方式1。

MOVR7,#1FH;建立计数指针。

MOVDPTR,#1000H；建立发送地址指针初值。

SETBEA；总中断允许。

SETBES:串行中断允许。

SETBTRO;启动定期器0。

MOVXA,如PTR;第一个数据送A。

MOVSBUF,A;启动传送数据操作。

INCDPTR;指向下一RAM单元。

WAIT：AJMP$;等待中断。

中断服务子程序：

ORG01OOH

CLRTI:清口。

ASEND:MOVXA,@DPTR;取数据。

MOVSBUF,A:传送数据

INCDPTR;指向下一单元。

DJNZR7,GOON;传送结束？没结束继续传送。

CLREA;传送结束，关闭。

CLRTRI

GOON:RETI；返回。

顺便指出，甲机以中断方式传送数据时，计数指示为1FH而非20H,这是由于在启动甲机

发送时已经向SBUF发送了一个数据。

至于乙机，既可用上述查询方式接受，也可用中断方式接受。中断方式程序设计思绪与查

询方式类似，不再细述。

在异步串行通讯中，接受机以波特率的3倍检测RXD端信号，检测到两次以上相同信号即

为有效信号。

在实际应用中，可根据需要加入奇偶校验位一起传送，以提高传送的可靠性。

例8—3甲，乙两单片机同样以，作方式1进行串行数据通信，波特率为1200,甲

机发送，发送数据在甲机外部RAM1000H—101FH单元中，在发送之前先将数据块长度

发送给乙机，发送完后，向乙机发送一个累加校验和。乙机接受，乙机一方面接受数

据长度，然后接受数据，并把接受数据依次放入乙机外部RAMlOOOH-lOlFH单元中，接

受完毕后进行一次累加和校验，数据所有接受完毕时向甲机送出状态字，表达传送状

态。甲、乙机晶振频率均为6MHZ。

连接方式见图8-6:

甲乙

图8-6例8—3示意图

解：设定如下：

=0,僦痔燕物善招用为I2。。，以定期器T1为波特率发生器，T1用工作方式2(SMOD)

则初值：6X106X1

X=256—=243=F3H

（2）设立R5为累加和寄存器，R6为数据块长度寄存器。

（3）用查询传送方式。

（4）串行口为工作方式1,允许接受，即；

SC0N=01010000B=5CH

可得甲机发送主程序如卜.：

ORG0030H

MOVTMOD.#20H：设定期器IT作方式2c

MOVTL1,#0F3H;设立定期器初值。

MOVTill,#0F3H;设立重装值。

SETBTRI；启动定期器lo

MOVPCON,#00H；(SMOD)=0o

MOVSCON,#50H；设串行工作方式1,允许接受。

AGAIN:MOVDPTR,#1000H；建立发送数据地址指针初值。

MOVR6,#2011;数据块长度送R6。

MOVR5,#00H；累加和寄存器清“0”。

MOVSBUF,R6;先发送长度值。

LI：JBCTI,L2;等待发送结束。

AJMPLI

L2:MOVXA,©DPTR；取数据块中数据。

MOVSBUF,A;发送数据。

ADDA,R5:发送数据累加。

MOVR5,A；累加和送R5。

INCDPTR；地址加1。

L3:JBCTI,L4;等待一帧数据发送完毕。

AJMPL3

L4:DJNZR6,L2;判断数据块是否发送完，若未完继续发送。

MOVSBUF,R5;数据块发送完毕，发累加和校验码。

L5：JBCTl,L6;等待发送累加和码结束。

AJMPL5

L6:JBCRI,L7;接受从机发来的结果标志码。

AJMPL6

17:^fOVA,SBUF

JZL8;若标志码为00H,表达接受对的，返回；反

之重发。

AJMPAGAIN;发送有错，重发。

L8:RET

乙机接受参考程序如卜.:

ORG0030H

MOVTMOD,#20H:设定期器1工作方式2。

MOVTL1,#0F3H；设立定期器初值。

MOVTHO,80F3H;设立重装值。

SETBTRI;启动门。

MOVPCON,#00H；SMOD二0。

MOVSCON,#50H:设串行工作方式1,允许接受。

AGAIN:MOVDPTR,#100011;建立接受地址指针初值

L0：JBCRI,L1;接受发送长度值。

AJMPL0

LI:MOVA,SBUF

MOVK6,A;取发送长度值送R6。

MOVR5,#0011;累加和寄存器清"0"。

WAIT：JBCRI,L2;接受数据。

AJMPWAIT

L2:MOVA,SBUF

MOVX@DPTR,A:将所接受数据送数据区。

INCDPTR；指向下一单元。

ADDA,R5；累加。

MOVR5,A

DJNZR6,WAIT;若数据接受未完继续。

L3：JBCRI,L4：数据接受完毕，接受主机的累加校验码。

AJMPL3

L4:MOVA,SBUF；取主机累加和校验码。

XRLA,R5;与本机累加和进行校验。

JZL7;若校验对的转L7。

MOVSBUF,#OPFII;校验犯错，回送校验犯错标志码ITH,表达规定

主机重发。

L5：JBCTI,L6；回送FFH。

AJMPL5

L6:AJMPAGAIN;重新接受

L7:MOVSBUF,#OOH;回送校验对的标志码OOH。

L8：JBCTI,L9;回送。

AJMPL8

L9:KET;接受完毕，返回。

3.串行工作方式2

方式2是11位为一帧的串行通信方式，即1位始位，9位数据位和1位停止位。

其中第9位数据既可作奇偶校验位，也可作控制位使用。其帧格式为：

起

—始「啊一D4—产一产一—甲D8|垮——

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