第7章 MCS-51单片机串行通信.ppt

1、第7章 MCS-51单片机串行通信,第7章 MCS-51单片机串行通信,【学习目的和要求】 应该了解和掌握MCS-51单片机串行接口的结构原理、工作方式。 掌握工作方式0的应用，工作方式13的编程方法及初始化过程。 了解多机通信的基本原理及编程方法。,7.1 串行通信概述,7.2 串行通信接口,7.3 MCS-51单片机之间的串行通信,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.4 MCS-51串行通信的波特率,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.1串行通信概述,通信方式的分类：并行通信 、串行通信 并行通信的特点：在同一时刻，各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但有多少数据位就需要多少根数

2、据线，因此传送成本高，且传送距离近，通常传送距离小于30米。 串行通信的特点：数据传送按顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度较慢，传送距离远，一般可以从几米到几千公里。,计算机与外部设备或与其它计算机之间往往需要交换信息，所有这些信息交换均称为通信。,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.1.1 串行通信的基本方式,串行通信方式：异步通信、同步通信,1异步通信 在异步通信方式中，数据通常是以字符（或字节）为单位组成字符帧传送的。字符帧通过传输线由发送端一帧一帧地发送到接收端，接收端一帧一帧地接收。通信双方必须遵守以下两项基本约定。,1) 字符帧格式 2) 波特率,第7章 MCS

3、-51单片机串行通信, 字符帧格式 字符帧格式，即字符的编码形式，通信双方必须具有相同的字符帧格式，否则不能进行通信。,图7-1 异步通信的字符帧格式,用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。数据位在起始位之后，停止位之前，这样构成一帧数据。,奇偶校验位位于数据位之后，停止位之前，用于表示串行通信中采用奇校验位还是偶校验位,第7章 MCS-51单片机串行通信, 波特率,定义：每秒钟传送二进制数码的位数（比特数），或者为每位传输时间的倒数，单位是bit/s。,波特率用于表示数据传输的速度，波特率越高，数据传送率越快。而字符的实际传输速率是指每秒钟所传送的字符帧的帧数，与字符帧格式有关。

4、例如波特率为1200bit/s时，若采用图7-1的字符帧格式，则字符的实际传输速率为120011=109.09帧/秒。 通常异步通信的波特率在50bit/s9600bit/s之间。,第7章 MCS-51单片机串行通信,2同步通信,在同步通信方式中，数据是以连续方式串行传送的。一次只传送一帧信息，一帧中有若干个数据字符。,同步字符（可为单字符或双字符）位于帧格式开头，用于确认数据字符的开始,校验字符有12个，位于帧格式结尾，用于接收端对接收到的数据字符的正确性的校验。,在同步通信中，同步字符可以采用同一标准符式，也可由用户约定。在单同步字符帧格式中，同步字符常采用ASCII码中规定的SYN(即1

5、6H)代码；在双同步字符帧格式中，同步字符一般采用国际通用标准代码EB90H。,优点：是数据传送速率较高，通常可大于56000bit/s 缺点：是要求发送时钟与接受时钟保持严格同步。,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.1.2 串行通信的数据传送方式,串行通信：单工、半双工、全双工,单工方式 在此方式下，只需要一条数据线，数据线 的一端接发送器，另一端接接收器，数据只能 单方向传送。,第7章 MCS-51单片机串行通信,2半双工方式 在此方式下，通信系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，通过收发开关接到通信线上。数据能够实现双向传送，但任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方

6、接收数据。半双工方式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。,3全双工方式 在此方式下，通信系统中每一端都含有一个发送器和一个接收器，数据传送是双向的，并且可以同时发送和接收数据，该方式的串行通信需要使用两条数据线。,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.2 串行通信接口,MCS-51单片机内部有一个可编程的全双工串行通信接口，该串行口有4种工作方式。 功能：用于网络通信，实现串行异步通信，还可作为同步移位寄存器。 其帧格式有8位、10位和11位，并能用软件设置波特率，由片内的定时器/计数器产生，接收和发送均可工作在查询方式或中断方式，使用方便灵活。,第7章 MCS-51单片机串行通信,

7、7.2.1 串行口的结构原理,1. 串行口结构,组成：两个数据缓冲寄存器SBUF、一个输入移位寄存器、两个控制寄存器SCON和PCON。,缓冲寄存器SBUF是两个在物理上独立的专用寄存器，一个作发送缓冲器，另一个作接收缓冲器。,控制寄存器SCON和PCON用来设定串行口的工作方式并对接收和发送进行控制。串行口对外有两条独立的收发信号线RXD(P3.0)、TXD(P3.1)，实现全双工通信。,第7章 MCS-51单片机串行通信,2. 串行通信过程,(1)接收数据过程 当CPU允许接收，即SCON的REN位置1时，外界数据通过引脚RXD（P3.0）串行输入，数据的最低位首先进入移位寄存器，一帧接收

8、完后再并行送入接收数据缓冲寄存器SBUF中，同时将接收中断标志位RI置1，向CPU发出中断请求。CPU响应中断后读取输入的数据，同时用软件将RI位清0，准备开始下一帧的输入过程，直至所有数据接收完。,(2)发送数据过程 CPU要发送数据时，将数据并行写入发送数据缓冲寄存器SBUF中，同时启动数据由TXD（P3.1）引脚串行发送，当一帧数据发送完，即发送缓冲器空时，由硬件自动将发送中断标志位TI置1，向CPU发出中断请求。CPU响应中断后用软件将TI位清0，同时又将下一帧数据写入SBUF中，重复上述过程直至所有数据发送完毕。,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.2.2 串行口的控制,1电源和

9、数据传输率控制寄存器PCON PCON寄存器主要是为CHMOS型单片机的电源控制设置的专用寄存器，单元地址为87H，不能进行位寻址。,图7-5 PCON各位的定义,其中低4位是CHMOS型单片机掉电方式控制位： GF1、GF0 通用标志位，由软件置位、复位。 PD 掉电方式控制位，PD=1，则进入掉电方式。 IDL 待机方式控制位，IDL=1，则进入待机方式。,在HMOS单片机中，该寄存器中除最高位之外，其它位都没有定义。最高位SMOD是串行口波特率倍增位，在串行口工作方式1、方式2和方式3时，若SMOD=1，则串行口波特率加倍，若SMOD=0，则串行口波特率不加倍。系统复位时SMOD=0。,

10、第7章 MCS-51单片机串行通信,2串行口控制寄存器SCON,SCON是一个可以位寻址的特殊功能寄存器，主要功能是设定串行口的工作方式、接收和发送控制以及设置状态标志，单元地址为98H。,图7-6 SCON各位的定义,第7章 MCS-51单片机串行通信,SM0、SM1 串行口方式选择位。 两个选择位对应4种方式：,注：fosc为时钟频率,SM2 多机通信控制位。 SM2主要用于方式2和方式3。在方式2和方式3中， 当SM2=1，接收的第9位数据（RB8）为0时，则将接收到的前8位数据丢弃,只有接收到第9位数据（RB8）为1时,才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断请求。 当S

11、M2=0时，则不论接收到第9位数据是0还是1，都将接收到的前8位数据送入SBUF中，并产生中断请求。 在方式1中，若SM2=1，只有接收到有效的停止位RI才被激活。 在方式0中，SM2必须是0。,第7章 MCS-51单片机串行通信,REN 允许串行接收位： REN=1时，允许串行口接收；REN=0时，禁止串行口接收。该位由软件置位或清0。 TB8 发送数据的第9位： 在方式2、方式3中，TB8作为第9位数据发送出去，根据需要用软件置位或清0。TB8可在双机通信中作为奇偶校验位，也可在多机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。一般约定，发送地址帧时设置 TB8=1；发送数据帧时设置TB8=0。在

12、方式0和方式1中，该位未用。,RB8 接收数据的第9位： 在方式2、方式3中，RB8是接收的第9位数据，在多机通信中为地址、数据标志位；方式0中RB8未用；在方式1中，若SM2=0，则接收的停止位自动存入RB8中。,TI 发送中断标志位： 在方式0中，发送完第8位数据时，由硬件自动置位。在其它方式中，在发送停止位开始时由硬件自动置位。T1=1时，申请中断，CPU响应中断后，发送下一帧数据，在任何方式中，TI都必须由软件清0。,RI 接收中断标志位： 在方式0中，第8位接收完毕，RI由硬件置位，在其它方式中，在接收停止位的一半时，自动被置为1，RI需由软件清0。,第7章 MCS-51单片机串行通

13、信,7.2.3 串行口的工作方式,MCS-51单片机的串行口有4种工作方式，由串行口控制寄存器SCON的高2位SM0和SM1的编码确定。,1、方式0,工作方式0为同步移位寄存器方式，其波特率固定为fosc/12。在这种方式下，数据从RXD（P3.0）端串行输出或输入，同步信号从TXD（P3.1）端输出。该方式以8位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。,图7-7 方式0的帧格式,第7章 MCS-51单片机串行通信, 方式0发送 数据从RXD（P3.0）端串行输出，同步信号从TXD（P3.1）端输出。当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口将8位

14、数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚输出，从低位到高位。当发送完8位数据后，中断标志位TI置1，请求中断。在下次发送数据之前，必须用软件将TI清零。,第7章 MCS-51单片机串行通信, 方式0接收 在满足REN=1和RI=0的条件下，串行口处于方式0接收。此时，数据从RXD端串行输入，同步信号从TXD（P3.1）端输出，接收器以fosc/12的波特率对RXD引脚输入的数据信息采样。当接收器接收完8位数据后，中断标志位RI置1，请求中断，表示可进行下一帧数据的接收。在下次接收之前，必须用软件将RI清零。,第7章 MCS-51单片机串行通信,【例7-1】用串行口扩展8位并行输入口,功能说

15、明：利用一个并入串出的移位寄存器74LS166芯片与单片机串行口相连，扩展成8位并行输入端口。74LS166芯片连接8位指拨开关，作为单片机的数据输入端，控制单片机输出端口P1所接的8个LED。,1、74LS166芯片： 74LS166是并行输入串行输出8位移位寄存器,各引脚说明如下: AH： 并行输入端。 QH： 串行输出端。 CLK： 时钟脉冲输入端，在脉冲的上 升沿实现位移。 INH： 时钟禁止端。 SH/LD：位移与置位控制。 SER：扩展多个74LS166的首尾连接端。 VCC：接+5V。 GND：接地端。,第7章 MCS-51单片机串行通信,2、接口扩展电路,单片机的TXD（P3.

16、1）作为移位脉冲输出端与74LS166的移位脉冲输入端CLK相连，RXD(P3.0)作为串行输入端与74LS166的串行输出端QH相连，P3.2用来控制74LS166的位移与置入（SH/LD脚），时钟禁止端INH接地，芯片的VCC端接+5V。,第7章 MCS-51单片机串行通信,3、汇编语言程序,扩展8位输入端口源程序： START：MOV SCON，#10H；设定方式0，REN=1 CLR P3.2 ；P3.2=0，移入4LS166 ACALL DELAY ；调用延时子程序 SETB P3.2 ；P3.2=1，74LS166移位串出 CLR RI ；RI=0，清除接收中断标志位 JNB RI

17、，$ ；等待接收完毕 MOV A，SBUF ；将SBUF数据装入A MOV P1，A ；将A中数据送入P1口输出 JMP START ；循环执行 DELAY: MOV R7，#02 ；延时子程序 DJNZ R7，$ RET,第7章 MCS-51单片机串行通信,【例7-2】用串行口扩展8位并行输出端口,将单片机串行口设定为工作方式0，RXD（P3.0）和TXD（P3.1）与74LS164芯片（串行输入并行输出移位寄存器）连接，用串行口扩展8位并行输出口。将8个LED分为左右两组，使亮灯从中间开始向左移动一次，再从中间开始向右移动一次，接着从最右端向中间移动一次，再从最左端向中间移动一次，然后闪烁

18、两次，不断循环。,第7章 MCS-51单片机串行通信,2. 接口扩展电路,使用74LS164移位寄存器芯片扩展8位并行输出口，连接8个LED输出显示。单片机的串行输出信号RXD（P3.0）引脚与74LS164芯片的串行输入端A和B相连，单片机的TXD（P3.1）引脚与74LS164的时钟脉冲输入端CLK相连，向芯片提供脉冲信号，芯片的第9脚接+5V，第7脚接地。,第7章 MCS-51单片机串行通信,3. 汇编语言程序,本程序利用单片机串行口功能将数据发送到74LS164芯片内，再由74LS164芯片来完成8位并行输出口扩展。,主程序流程,MOV SCON，#00H ；设串口方式0 START：

19、MOV DPTR，#TABLE ；编码表起始地址 LP：CLR A ；A清0 MOVC A，A+DPTR ；查表，取数据送入A MOV SBUF，A ；将数据送入SBUF LP1： JBC TI，LP2 ；TI=1？是，转到LP2 JMP LP1 ；否，等待中断 LP2： ACALL DELAY ；调延时子程序 INCDPTR ；数据指针加1 JMP LP ；跳转到LP处 DELAY：MOV R5，#20 ；延时0.2S子程序 DL1：MOV R6，#20 DL2：MOV R7，#248 DJNZ R7，$ DJNZ R6，DL2 DJNZ R5，DL1 RET ；返回 TABLE： DB 0

20、EFH，0DFH，0BFH，7FH ；中间开始向左移 动控制码 DB 0F7H，0FBH，0FDH，0FEH ；中间开始向右移动控制码 DB 0FEH，0FDH，0FBH，0F7H ；最右端向中间移动控制码 DB 7FH，0BFH，0DFH，0EFH ；最左端向中间移动控制码 DB 00H，0FFH，00H，0FFH ；闪烁2次 DB 03H ；结束码 END ；程序结束,第7章 MCS-51单片机串行通信,2. 方式1,工作方式1为8位异步通信方式，适合于点对点的异步通信。这种方式规定发送或接收一帧信息为10位，即1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（1），先发送或接收最低位。数据传输率

21、可以改变。TXD脚和RXD脚分别用于发送和接收数据。,第7章 MCS-51单片机串行通信,（1）方式1发送,当CPU执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令时，就启动发送。图中TX时钟频率就是发送的波特率。发送开始时，内部发送控制信号变为有效。将起始位向TXD输出，此后每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完后，置“1”中断标志位TI，并申请中断。,图7-17方式1发送数据时序,第7章 MCS-51单片机串行通信,（2）方式1接收,数据从RXD（P3.0）引脚输入。在SCON寄存器中REN位置1的前提下，当检测到起始位的负跳变时，则开始接收。定时

22、控制信号有两种，一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送的波特率相同。另一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍。,当一帧数据接收完毕以后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正有效。 RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。 SM2=0或收到的停止位=1（方式1时，停止位已进入RB8），则收到的数据装入SBUF和RB8（RB8装入停止位），且置“1”中断标志RI。 若这两个条件不同时满足，收到的数据不能装入SBUF，该帧数据将丢弃。,第7章 MCS-51单片机串行通信,3. 方式2和3,当SM0=

23、1、SM1=0时，串行口选择方式2；SM0=1、SM1=1时，串行口选择方式3。 工作方式2和3为9位异步通信方式。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位（先低位），1位可程控的第9位数据和1位停止位。由TXD(P3.1)引脚发送数据，RXT(P3.0)引脚接收数据。,图7-19方式2和3的帧格式,第7章 MCS-51单片机串行通信,（1）方式2发送,发送数据前，先根据通讯协议由软件设置TB8（例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位）。然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，并装入到第9位数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，则

24、把TI位置1。,第7章 MCS-51单片机串行通信,【例7-3】方式2发送在双机通讯中的应用。,在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶校验位写入TB8。CPU执行一条写SBUF的指令后，立即启动发送器发送。因发送完一帧信息后，TI被置1，再次向CPU申请中断，所以进入中断服务程序后，必须先将TI清零。,源程序如下： PIPTI： PUSH PSW ；保护现场 PUSH Acc CLR TI ；发送中断标志清0 MOV A，R0 ；取数据 MOV C，P ；取奇偶校验位 MOV TB8，C ；奇偶校验位送TB8 MOV SBUF ，A ；启动发送 I

25、NC R0 ；数据指针加1 POP Acc ；恢复现场 POP PSW RETI ；中断返回,第7章 MCS-51单片机串行通信,（2）方式2接受,当串行口置为方式2，且REN=1时，串行口以方式2接收数据。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测逻辑采样到RXD引脚从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一帧信息。在接收器到第9位数据后，需满足以下两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF。 (1)RI=0，意味着接收缓冲器已空。 (2)SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1。 当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，并置1 RI。若

26、这两个条件不满足，接收的信息将被丢弃。,第7章 MCS-51单片机串行通信,【例7-4】方式2接收在双机通讯中的应用。,本例与例7-3相对应。若附加的第9位数据为校验位，在接收程序中应作奇偶校验处理，设R0为数据缓冲器指针。,源程序如下： LP： PUSH PSW ；保护现场 PUSH Acc CLR RI ；清接收中断标志 MOV A, SBUF ；接收数据送A MOV C, P ；取奇偶校验位 JNC L1 ；RB8是发送数据的校验位，P是接收数据的校验位, 若P不等于RB8, 则接收信息出错。 JNB RB8, ERR ；P=1，RB8=0，转ERR AJMP L2；P=1，RB8=1，

27、转L2 L1： JB RB8, ERR；P=0，RB8=1，转ERR L2： MOV R0, A；接收数据送存储区 INC R0 POP Acc POP PSW ERR： ；出错处理程序段 RETI,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.3 MCS-51单片机之间的串行通信,多个MCS-51单片机可利用串行口进行多机通讯。要保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯，必须保证串行口具有识别功能。 串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是为满足这一条件而设置的多机通讯控制位。在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，表示置多机通讯功能位，这时出现两种可能情况： （1）接收到的第9位数据为1时

28、，数据才装入SBUF，并置中断标志RI=1向CPU发出中断请求； （2）接收到的第9位数据为0时，则不产生中断标志， 将接收到的信息将丢弃。若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。应用上述特性，便可实现MCS-51的多机通讯。,第7章 MCS-51单片机串行通信,设多机系统中有1个主机和3个从机。主机的RXD与所有从机的TXD端相连，TXD与所有从机的RXD端相连。从机的地址分别为00H、01H和02H。 多机通讯工作过程： (1)从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。

29、 (2)在主机先将从机地址（即准备接收数据的从机地址）发送给各从机，然后再传送数据或命令，主机发出的地址信息的第9位为1，数据（包括命令）信息的第9位为0。当主机向各从机发送地址时，各从机的串行口接收到的第9位信息RB8为1，且由于SM2=1，则置“1”中断标志位RI，各从机响应中断执行中断服务程序。在中断服务子程序中，判断主机送来的地址是否与本机地址相符合，若为本机地址，则该从机清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若于本机地址不相符，则保持SM2=1状态。 (3)接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到的RB8=0，只有与前面地址相符合的从机（即已清“0”SM2位的从机）才能激活中断标志位RI，从而产生中断，进入中断服务程序，在中断服务程序中接收主机的数据（或命令）；其它的从机因SM2保持为1，而RB8=0不激活中断标志RI，不能进入中断，将所接收的数据丢弃不作处理，从而保证主机和从机间通讯的正确性。图7-22所示的多机系统是主从式，由主机控制多机之间的通讯，从机和从机的通讯只能经主机才能实现。,多机通信系统示意图,第7章 MCS-51单片机串行通信,7.4 MCS-51串行通信的波特率,串行口的波特率用于表示数据传输的速率。波特率的选取不仅与所选通信设备、通信距离有关