第9章MCS51的串行接口

1、1,第九章：MCS-51 系统的串行接口,9.1: 串行通信的基本知识 9.2: MCS-51单片机的串行接口 9.3: MCS-51单片机串行接口的应用 9.4: MCS-51单片机 RS-232 串行接口,2,9.1: 串行通信的基本知识,串行通信的基本通信方式 串行通信中的数据传送方式 并行/串行变换及串行接口,3,串行通信：按位顺序传输方式进行的数据传输（通信）,并行数据传输： 30m 计算机内部 效高 成本高 串行数据传输： internet 速度慢 成本低,串行通信分类： 异步串行通信 Asynchronous Transmission 同步串行通信 Synchronous Tra

2、nsmission,4,串行通信的基本通信方式,串行通信协议,异步协议（异步串行通信）,同步协议（同步串行通信 ）,数据可顺次地出现在数据流中，数据 间的相对延迟没有专门的时钟来控制。,数据流中顺次出现的数据由一个主数 据时钟来管理，以一定的时间间隔出现。,注：同步串行通信速度虽快，但要求收发方在整个数传过程中始终保持同步，因此对硬件要求高，实现难度大。,5,串行通信的基本通信方式,异步串行通信协议中的位定义,同步串行通信协议中的字节定义,0,1,0/1,起始位,停止位,数据位,（位同步）,0/1,0/1,同步字节,数据字节,（字节同步）,6,串行通信的基本通信方式,异步传送方式,异步传送的特

3、点,异步传送的格式,数据在线路上的传送不是连续的 收发双方各用自已的时钟源控制接收和发送,起始位 1 bit，0 电平 数据位 N bits，有效电平 校验位 1 bit，与数据位中的值有关，可不用 停止位 1 2bit，1 电平,注：传送字符由 4 部分组成,7,串行通信的基本通信方式,异步传送方式（续）,异步传送中的数据间同步位 起始位,异步传送中数据间的延时控制 停止位,发端按传送格式发数据流 收端若收到 0 电平（1bit）， 则认为后面将 固定收 N bits数据位和 1 bit 校验位,固定收 N bits 数据位和 1 bit 校验位后 固定收异步传送格式定义的停止位（固定延迟）

4、 若无新的起始位（0 电平）， 则收 M bits 个 1 电平（可变延迟）,8,串行通信的基本通信方式,异步传送方式（续）,异步传送中的数据位,收发端必顺采用相同的异步传送格式 收发端必顺采用相近的速率（波特率）,收发端的一致性特点（约定）,7 bits 数据位格式 8 bits 数据位格式,注: 波特率的概念看 271 页的说明:每秒传送的 二进制数码的位数，单位：位/秒,注: 数据位格式由工作方式确定,9,串行通信的基本通信方式,同步传送方式,同步传送的特点,同步传送的格式,数据在线路上的传送是连续的,同步字符块 由 N 字节数据组成 数据块 由 M 长度的字节数据组成,注：同步字符和数

5、据块由协议确定,10,串行通信的基本通信方式,异步、同步传送比较,异步,同步,用位作为收发字符的同步信号 相对效率低,用字节作为收发数据块的同步信号, 相对效率高,注：传送数据量少时,用串行异步方式 传送数据量多时,用串行同步方式,11,并行/串行变换及串行接口,数据传送方式,计算机内部的数据传送均采用并行传送方式 计算机间的数据传送应采用串行传送方式,数据变换方式,计算机向外发送数据需完成数据的并行/串行变换 计算机由外接收数据需完成数据的串行/并行变换,数据变换方法,用软件实现数据的并行/串行变换 用硬件实现数据的并行/串行变换,12,9.2: MCS-51单片机的串行接口,8051 的串

6、行接口电路是能实现同步通信，又能实现异步通信的全双工串行口。用途： 网络通信； 串行异步通信； 同步移位寄存器 但最常用的是异步方式。常写为 UART,通用异步接收/发送器UART,Universal Asynchronous Receiver /Transmitter,13,9.2: MCS-51单片机的串行接口,MCS-51 单片机串行接口的硬件,MCS-51 单片机串行接口的控制,MCS-51 单片机串行接口工作方式,P3.0 位的第二功能 收端 RXD P3.1 位的第二功能 发端 TXD,寄存器 SCON、PCON、SBUF 寄存器 IE、IP,方式 0 方式 2,方式 1 方式 3

7、,14,发送SBUF(99H),接收SBUF(99H),移位时钟,输入移位寄存器,8051内总线,Rxd串行输入,Txd串行输出,RI（接收中断）,TI（发送中断）,串口寄存器结构：,15,MCS-51 单片机串行接口的控制,8 位数据缓冲器 SBUF,全双工串行接口寄存器,SBUF 为特殊功能寄存器，地址为 99H,串行输出时为发送数据缓冲器 MOV SBUF，A,串行输入时为接收数据缓冲器 MOV A，SBUF,注：数据从发送端 TXD（P3.1）开始输出,注：数据从接收端 RXD（P3.0）已经输入,注：不可位寻址,16,MCS-51 单片机串行接口的控制,串行口控制寄存器 SCON,S

8、M0、SM1 串行接口工作方式定义位,SM0、SM1 = 00 方式 0，同步移位寄存器 SM0、SM1 = 01 方式 1，10 位异步接收发送 SM0、SM1 = 10 方式 2，11 位异步接收发送 SM0、SM1 = 11 方式 3，11 位异步接收发送,注: 方式 0 的特点，方式 2、方式 3 的差异,为多机通信设计的，方3的波特率可设 方2固定。,17,MCS-51 单片机串行接口的控制,串行口控制寄存器 SCON（续）,SM2 多机通信控制位,SM2 = 0，无多机通信 SM2 = 1，允许多机通信,REN 串行口接收数据控制位,REN = 1，允许串行口接收数据 REN =

9、0，禁止串行口接收数据,TB8 发送串行输出数据的第 9 位,RB8 接收串行输入数据的第 9 位,注：方式 2 和方式 3 时，该位用于作校验位,多机通信,多机通信,多机通信,18,MCS-51 单片机串行接口的控制,串行口控制寄存器 SCON（续）,TI 串行口中发送完一组数据后的中断标志,RI 串行口中接收完一组数据后的中断标志,若串口发送完一组数据，则由硬件自动置 TI = 1 若串口还要发数据，则应手动编程使 TI = 0,若串口接收完一组数据，则由硬件自动置 RI = 1 若串口还要收数据，则应手动编程使 RI = 0,19,MCS-51 单片机串行接口的控制,串行数据传送速率控制

10、寄存器 PCON,SMOD = 0，定义波特率不变,SMOD = 1，定义波特率加倍,注：PCON 寄存器的地址为87H， 仅 b7 位有用，不可位寻址。,用于方式2,20,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 0 移位寄存器输入/输出方式,非串行通信用方式,RXD、TXD 线的作用,用并入串出移位寄存器扩展并行输入口 用串入并出移位寄存器扩展并行输出口,RXD 串 并、并 串 数据传送线 TXD 同步时钟线，同步时钟为 fosc/12,注：方0是应用串行接口扩展并行接口的方式。,21,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 1 10 位异步接收/发送（波特率可变）,方式 1 的数位

11、,1 位起始位 值 0 8 位数据位 为有用信息（可含 1 位校验位） 1 位停止位 值 1,异步传送时的速率设置,速率设置的方法 设置定时器 T1 的初值 常用波特率（表 9.2，280 页）,注：双机通信常用方式1！,22,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 1（续）,异步发送时的工作过程,发送条件 清 SCON 中发送中断标志 TI = 0,发送指令 MOV SBUF，A,注: 需发送的 8 位字节数据送串行数据缓冲器 SBUF 后将启动异步发送开始。,起始位 0、停止位 1 在执行发送指令时自动加入,发送传输线 TXD、GND,发送 10 位数据结束 发送中断标志 TI = 1

12、,注: 若需继续发送，置TI = 0，送数据到 SBUF,23,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 1（续）,异步接收时的工作过程,接收条件 清 SCON 中接收中断标志 RI = 0 置 SCON 中接收控制标志 REN = 1,接收传输线 RXD、GND,接收同步位 接收传输线 RXD 有从 1 到 0 的信号,接收数据 9 位数据送数据接收器,8 位字节数据送串行数据缓冲器 SBUF 1 位停止位送入 SCON 中的 RB8 = 1,接收 10 位数据结束 接收中断标志 RI = 1,注: 若需继续接收，置RI = 0,24,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 2 11

13、位异步接收/发送（波特率固定）,方式 2 的数位,1 位起始位 值 0 8 位数据位 为 1 字节有用信息 1 位校验位 对有用信息的奇偶校验 1 位停止位 值 1,异步传送时的速率设置,若 PCON 中 SMOD = 1，速率 = fosc/32 若 PCON 中 SMOD = 0，速率 = fosc/64,25,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 2（续）,异步发送时的工作过程,异步接收时的工作过程,基本过程同方式 1 1 位校验位在发送前应先置入 SCON 中的 TB8,基本过程同方式 1 1 位校验位（第 9 位）送 SCON 中的 RB8,注: RB8 中未存放 1 位停止位

14、,26,MCS-51单片机串行接口的工作方式,方式 3 11 位异步接收/发送（波特率可变）,基本定义同方式 2,速率设置同方式 1,注: 方式 0 固定波特率为 fosc/12 方式 2 固定波特率为 fosc/32或fosc/64 上述方式与单片机主频有关 方式 1 可变波特率 方式 3 可变波特率 上述方式与定时器 T1 的初值有关,27,9.3: 51单片机串行接口的应用,方式 0 用于扩展并行 I/O口,方式 1 和方式 3 仅传送数位不同,方式 2 为固定波特率,方式 1 和方式 3 均需设置可变波特率,28,方式 0 用于扩展并行 I/O口,串 并方式，扩展并行输出口,电路图,R

15、XD TXD,DATA CLK,功能线,RXD 接移位寄存器的数据输入端 TXD 接移位寄存器的同步时钟端,8031,串入并出移位寄存器,注: 注意信号方向,CD4094 74164,29,方式 0 用于扩展并行 I/O口,并 串方式，扩展输入口,电路图,功能线,RXD TXD,DATA CLK,8031,并入串出移位寄存器,RXD 接移位寄存器的数据输出端 TXD 接移位寄存器的同步时钟端,注: 注意信号方向,CD4014 74165,30,方式 0 用于扩展并行 I/O口,例9.1：用 8031 的串口外接 1 个串入并出移位寄存器 芯片CD4094 扩展为 8 位并行输出口，并口接 8

16、个 LED，并循环轮流显示。,电路图,P1.0,DATA CLK,TBS,CD4094,8031,TXD,RXD,输出允许控制端,31,方式 0 用于扩展并行 I/O口,编程,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP SBR ；串口中服程序符号地址 MAIN: MOV SCON，#00XXXX0XB ; 方式 0，TI = 0 SETB EA SETB ES MOV A，#10000000B ; 初值，左边 LED 亮 CLR P1.0 ; CD4094 输出并口关闭 MOV SBUF，A ; 数据传出 LOOP: SJMP $ ； 等待中断产生,32,方式 0 用

17、于扩展并行 I/O口,编程（续）串口中服程序,SBR: SETB P1.0 ; CD4094 输出并口打开，LED 亮 ACALL DELAY CLR TI ; 手动清中断标志 RR A ; 循环位移 ; 80H、40H、20H、10H、08H CLR P1.0 ; CD4094 输出并口关闭 MOV SBUF，A ; 数据传出，一段时间后将 ；产生中断 RETI END,注: 延时子程序 DELAY 未给出,33,方式 0 用于扩展并行 I/O口,例9.2：用 8031 的串口外接 1 个并入串出移位寄存器 芯片 CD4014 扩展为 8 位并行输入口，并口 接 8 个开关量输入，开关 K

18、闭合时有效。,电路图,P/S,CD4014,8031,P1.0,K,RXD,TXD,DATA,CLK,P1.1,34,方式 0 用于扩展并行 I/O口,编程,START: JB P1.0，START ; 若 K 未合上则循环查询 SETB P1.1 ; CD4014 并行数据输入有效 MOV SCON，#00X1XXX0B ; 方式 0，REN = 1 允许接收，RI = 0 CLR P1.1 ; CD4014 串行数据输出有效 LOOP: JNB RI，LOOP ; 若 RI = 0 数据未收完 ; 若 RI = 1 数据已收完 CLR RI ; 手动清 RI，准备下次传送数据 MOV A，

19、SBUF,waiting,35,方式 1 用于串行通信（双机通信）,例9.3：8031串行口双工方式收发 ASCII 字符，最高 1 位用来作奇偶校验位，采用奇校验方式， 波特率为 1200 。,工作方式,数据区,主频选用,方式 1， 7 位 ASCII 码，1 位校验码,发送数据区首址 20H，接收数据区首址 40H,T1 设置（设置Timer 1）,fosc = 6MHz,方式 2，初值为 F4H（查表 9.2）,36,方式 1 用于串行通信,主程序（2 个单片机均有）,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP SBR1 MOV TMOD，#20H ; 定时器 T1 设置为方式 2 MOV TL1，#0F4H MOV TH1，#0F4H ; 装定时器 T1 的初值