第七章 80C51单片微机的串行口原理及应用.ppt

1、一般高中段教育11-5国家级计划教材单片微机原理和接口技术(第二版)高峰编写了科学出版社北京，第七章80C51单片微机的串行端口原理和应用，通信：计算机和外部数据传输。单个装置或控制器经常配备一台或多台单微计算机，多个智能装置或控制器在单个微计算机应用系统中配置分布式收集、控制系统。上层由PC集中管理。7.1串行数据通信概述，传输方法并行传输方法在数据传输中，一个数据编码字符的所有用户同时发送、并行传输和接收。要使用并行传输方法，物理通道必须是并行内部总线或并行外部总线。串行传输方式数据传输中，一个数据编码字符的所有人按一定的顺序，另一个在通道中发送和接收。(莎士比亚、温斯顿、串行、串行、串行

2、、串行、串行、串行、串行、串行)串行传输模式的物理通道是串行总线。计算机和外部的数据传输大部分是串行的，其传输距离可达几米到几千公里。单向、半双工、全双工模式单向信号(不包括联系信号)只能在通道中向一个方向传输。半双工通信双方都有发送和接收信息的能力，信道也有双向传输性能，通信的任何一方都只能在指定时刻向一个方向传输信息。在全双工模式信号在通信双方之间双向同时传输的情况下，任何一方都可以同时发送和接收信息。异步传输和同步传输必须使用同步技术，以确保在数据通信中发送的信号在接收端正确接收。常用的同步技术有两种。一种称为异步传输，一种称为开始和结束同步方法，另一种称为同步传输，另一种称为同步字符同

3、步方法。异步传输以字符为单位传输数据，每个字符都包含在开始位，停止位中，允许字符之间具有不同长度的间隔。同步传输传输在一个块中包含多个连续字符，且字符之间没有空闲的数据块。同步传输可以轻松实现通信协议所需的帧格式。波特率串行通信的波特率用于描述数据波特率，“波特率”表示每秒离散信号事件数或每秒信号水平变化数。“比特率”是以每秒位/秒为单位传输以每秒bits/s或b/s或bps记录的每秒二进制数据的位数。在二进制情况下，波特率等于比特率值。串行通信常用的标准波特率在RS-232C标准中指定(例如，波特率为600、1200、2400、4800、9600、19200等)。如果数据速率为120个字符/

4、秒，每个字符帧指定为10个数据位，则传输速率为1201200位/秒，即传输速率为1200，每个数据传输时间为传输速率的倒数(T112000.833ms、7.2 80C51串行端口和控制)。数据传输主要是传输中的标准、数据帧格式、数据帧格式数据转换通常解决通用异步接收发送器(UART)电路执行的串行并行数据转换。数据发送方将并行数据转换为串行数据，数据接收方将串行数据转换为并行数据。80C51集成了UART。8XC552增加了具有I2C总线功能的串行端口。80C51上的串行端口是全双工异步串行通信接口，可用作通用异步接收和发送器(UART)或同步移位寄存器。嘴内的接收缓冲区和发送缓冲区是物理隔离

5、的。可以访问特殊功能寄存器SBUF，以访问接收缓冲区和发送缓冲区。接收缓冲区提供双缓冲区功能，用于接收第一个数据字节，然后接收两个数据字节。但是，在收到第二个字节后，如果尚未获取数据字节，则相应的数据字节将丢失。80C51串行端口基本结构如图71所示。波特率生成器由T1、T2和内部控制开关和分配器组成。串行端口的时钟信号是TXCLOCK和RXCLOCK。控制波特率发生器的特殊功能寄存器(TMOD、TCON、T2CON、PCON、TL1、TH1、TL2、TH2等)。串行端口内部串行数据缓冲寄存器SBUF具有接收缓冲SBUF和发送缓冲SBUF，占用相同的地址(99H)。串行端口控制寄存器SCON、

6、串行数据输入和输出插针接收方式、串行数据从RXD插针输入，串行端口内部具有移动寄存器，在接收缓冲之前形成串行接收的双缓冲结构，从而防止数据接收过程中发生帧重叠错误。在传输模式下，串行数据通过TXD针脚输出。串行端口控制逻辑是波特率发生器的时钟信号TXCLOCK和RXCLOCK接受。控制内部输入移动寄存器，将外部串行数据转换为并行数据。控制内部输出移动寄存器，将内部并行数据转换为串行数据输出。控制串行中断(RI和TI)。7.2.2 80C51串行端口控制，选择串行端口状态控制寄存器SCON控制串行通信的方法，指示侦听，串行端口的中断状态。SM0、SM1:串行端口操作模式选择位。其功能见表71。S

7、M2:允许方法2、3的多处理器通信位。方法0，SM20。方法1中，仅当SM2l接收到有效停止位时，才会将中断RI接收设置为1。在方法2和方法3中，SM21仅在接收的第九数据RB8为1时，将接收的前8位数据发送到缓冲SBUF，将RI设置为1，并请求CPU中断。如果接收的第九个数据RB8为0，RI为0，则丢弃接收的前8位数据。SM20将前8位数据加载到SBUF中(无论接收到的9位数据是0还是1)，并请求中断。REN:允许串行接收位。REN1，允许串行接收；REN0禁止串行接收。TB8:方法2和方法3中要传输的第九个数据。在通信协议中，TB8通常定义为奇偶校验位。在80C51多机通信中，TB8=0用

8、于表示数据帧。TB8=1表示这是地址帧。RB8:从方法2和方法3接收的第九个数据。方法1中接收的是停止位。方法0不使用此分钟。TI:发送中断标志位。方法0，位于传输第8位的末尾；在其他方法中，停止位传输开始时设置。从硬件位置用软件擦除。RI:接收中断标志位。方法0到接收第8位末端；在其他情况下，设置在传入停止位中间。从硬件位置用软件擦除。电源控制和波特率选择寄存器PCON最大位SMOD与串行端口控制相关，其他位与低功耗工作方式相关。SMOD:串行通信波特率系数控制位。SMOD1将传输速度提高一倍。重置后SMOD0。串行数据寄存器SBUF由两个物理分离的8位寄存器(传输数据寄存器和接收数据寄存器

9、)组成，共享地址99H。读取SBUF(MOVA，SBUF)并访问接收数据寄存器。写入SBUF(MOV SBUF，A)可访问数据寄存器传输。7.3串行端口的工作方式，SM0和SM1位决定串行端口在串行端口控制寄存器SCON中的工作方式。80C51串行端口共有4种工作方法。7.3.1串行端口模式0同步移位寄存器方法，SM00，SM10。同步移位发射机方式。数据传输速率固定在(112)fosc。在RXD针脚上输入或输出数据，并在TXD针脚输出上同时移动时钟。接收传输是8位数据，发送时低的在前面。帧格式如图72所示。方法0示出了如图73所示的操作电路图。在发出传输SBUF写入命令(MOV SBUF，A

10、)时启动串行数据传输。运行SBUF写入命令时，选择内部D触发器1以配置传输移动寄存器的第九位，并使传输控制器开始传输。如果发射脉冲有效，移位寄存器的内容将输出到RXD针串行移位输出。移位脉冲以TXD针脚输出。在有效传输期间，在每个机器周期中将移动寄存器向右移动一位，在左侧填充0。当数据最大位移到移位寄存器的输出位时，最初的第9个L移动到最高位的左边一个位置，因此左侧的所有位都为0，0检测器通知传输控制器最后的位移，取消传输，同时发送中断标志TI位置。如果CPU响应中断，则运行以0023H开头的串行端口传输中断服务程序。接收REN1和RI位被清除后，接收进程开始。在下一机器周期的S6P2中，接收

11、控制器在接收移动寄存器中记录1111 1110，在下一时钟周期S1P1中使接收控制器的接收有效，打开“和非文字”，使用TXD针输出移动脉冲。在移位脉冲控制下，接收移位寄存器的内容时，每个机器周期向左移动一位，从RXD针接收输入信号。每次接收移动寄存器向左移动一位，原始记录的1111 1110度也向左移动一位。最右边的0移动到最左边，表示传入控制器必须执行最后一次移动。在最后移动结束时，将移动寄存器的内容接收到接收数据缓冲寄存器SBUF，然后在开始接收的第10个系统周期的S1P1时清除接收信号，并在SCON中布置RI以发送中断请求。完成一帧的数据接收过程。如果CPU响应中断，则运行以0023H开

12、头的串行端口接收中断服务程序、7.3.2串行端口驱动的18位UART、SM00和SM1l。数据传输速率由T1和T2的溢出决定，可以由程序设置。当T2CON寄存器的RCLK和TCLK位置存在时，使用T2作为接收和传输串行端口的波特率生成器。当RCLK和TCLK都为零时，使用T1作为接收和传输串行端口的波特率生成器。从TXD针脚发送数据。从RXD针脚接收数据。10位：发送或接收1位开始位(0)、8位数据位(底部前面)和L位停止位(1)的帧信息。帧格式如图74所示。传送：从方法1传送的工作结构图如图75所示。发出写入SBUF的命令时开始串行数据传输。发出SBUF写入命令时，由SBUF和独立D触发器组

13、成的传输位寄存器的第9位也记录1，通知传输控制器有传输请求。开始传输后，位周期，发送信号有效，开始位发送到TXD针。一小时后数据信号有效。传输移位寄存器时，数据从低位置以高顺序输出到TXD针。一小时后，第一个移动脉冲出现，最低数据位从右侧移动，0从左侧推进。当最高数据移动到传输暂存寄存器的末尾时，以前加载的第9个L就在最高数据位的左侧，其左侧全部为0。该状态由0检测器检测到，在第10位周期(当16分割计数器返回到0时)，传输控制器执行最后的位移，消除传输信号，在SCON寄存器中设置TI位置，完成了一帧的数据传输全过程。如果CPU响应中断，则运行以0023H开头的串行端口传输中断服务程序。从接收

14、方法1接收的作业结构图如图76所示。REN1清除RI后，如果检测到RXD针脚1到0的跳跃，则立即开始接收。此外，重置16分割计数器，以便输入位的边缘与时钟对齐，并将1FFH(即9个L)写入接收移动寄存器。接收控制器继续以传输速率的16倍检测RXD针脚。计数器的16个状态将每个位的时间除以16，每个时间的计数状态为7、8、9，位检测器对RXD结尾的值进行采样。这三种状态理论上对应于每个位的中心值。发射器和接收端的波特率不同时，会发生偏移，只要此差值在允许范围内，就不会发生误差或泄漏。从以上三种状态中获取三个样例值。其中至少有两个是一致的。也就是说，可以使用3比2的多数决法抑制噪音。，如果在第一时

15、钟周期中未接收到0，则意味着不是帧数据的开始位。重置接收电路，继续侦测RXD接脚上L-0的跳跃。接收到开始位后，转到接收移位寄存器，然后接收该帧的其他位。接收的位从右侧移动，原始记录的1从左侧移动，起始位移移动到最左侧，接收控制器控制最后的位移，将接收的9位数据发送到接收数据缓冲区SBUF和RB8，位置RI。最后的置换可以将数据发送到接收数据缓冲区SBUF和RB8，位置RI可以使用RI0，条件是在RI0完成接收上一帧数据时发出的中断请求得到响应，并且从SBUF中删除了数据。SM20或接收的停止位1。如果上述两个条件之一不满足，接收的帧信息将不可恢复地丢失。7.3.3串行端口2和3 9位UART

16、、SM01、SM10，选择方法2；SM11、SM01、选择方法3。从TXD针脚发送数据。从RXD针脚接收数据。发送或接收帧信息，如1位开始位(0)、8位数据位(最前面)、1位可编程位和1位停止位(L)。传输时可编程位TB8可以设置为1或0，接收时可编程位进入SCON寄存器的RB8位。方法2的波特率固定为振荡器频率的1/32或1/64。方法3的波特率由T1和T2的溢出确定，可以在程序中设置。帧格式如图7-7所示。方法2的操作电路图见图7-8。可以将数据从上次位移发送到接收数据缓冲区SBUF和RB8，位置RI条件为RI0是。SM20或接收的停止位1。如果上述两个条件之一不满足，接收的帧信息将不可恢

17、复地丢失。7.4多处理器通信方法，SM2:多处理器通信位。如果串行端口通过方法2或方法3接收，则仅当接收到SM21的第九个数据RB8为1时，才会将数据发送到接收缓冲SBUF，将RI设置为1并停止请求，则数据将丢失。对于SM20，无论第九个数据RB8是1还是0，都可以将数据加载到SBUF并中止。此功能允许主机与多个从属服务器之间进行串行通信。图79示出了多机器通信连接图，确认系统左侧的80C51是主机，其他是1n号从属服务器，并且每个从属系统的编号是唯一的。在系统初始化时，将所有从系统的SM2位设置为1，并允许接收串行端口中断。主机要与某个从动件通信，首先向所有从动件发送选定从动件的地址，在从动件地址匹配后发送命令或数据。(David aser，Northern Exposure(TM)，计算机)主机发送地址时，将第九个数据(RB8)设置为1，表示主机发送地址帧。如果主机正确调用从属联系人，则在主机传输命令或数据帧时，将第九个数据(RB8)清除为零。每个从属服务器响应由SM2位置1从主机发送的第九个数据(RB8)为1的地址信息。机器响应停止后，有两个不