CH7-单片机的串行口.ppt

1、第7章 MCS-51串行通信,教学目的 了解串行通信基本概念。 了解UART的特点及应用。 掌握用串行口特殊功能寄存器的应用。 学会设计典型的串口通讯程序。 学习重点和难点 工作方式的选择。 波特率计算,第7章 MCS-51串行通信,7.1 串行通信的基本概念 7.2 串行口结构及特殊功能寄存器 7.3 串行口的 4 种工作模式 7.4 波特率 7.5 串行口的应用,7.1 串行通信的基本概念,计算机与外界信息交换称为通信。 通信的基本方式可分为并行通信和串行通信： 并行通信是数据的各位同时发送或同时接收； 优点:传送速度快 缺点:不便长距离传送 串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。 优点

2、:便于长距离传送 缺点:传送速度较慢,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。 格式及约定内容包括：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平等。常见的协议与接口标准有： 通用异步收发器(UART)MCS51内置通信接口 通用串行总线（USB） I2C总线 CAN总线 SPI总线 RS-485，RS-232C，RS422标准等等,7.1 串行通信的基本概念,串行异步通信是单片机中常用的通信方式： 数据按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。 依靠起始位、停止位保持通信同步。 因每帧传输都要建立一次同步，即需要额外两个附加位，适用于工作速度较低的场合。,一、串行异步通信,二、串行同

3、步通信,串行同步通信由12个同步字符和多字节数据位组成 依靠同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据； 多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等； 空闲位需发送同步字符。 同步通信传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求较高，适用于成批数据传送。,波特率的倒数即为每位传输所需的时间。 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率，否则无法成功地完成串行数据通信。,三、串行通信波特率,波特率:每秒传输数据的位数，即：,1波特 = 1位/秒（1bps）,四、串行通信的制式单工制式（Simplex）,单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传送数据，发送方和接收方固定

4、。,半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收器，既可发送也可接收，但不能同时接收和发送，发送时不能接收，接收时不能发送。,四、串行通信的制式半双工制式（Half Duplex）,全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收器，并且信道划分为发送信道和接收信道，因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据，发送时能接收，接收时也能发送。,四、串行通信的制式全双工制式（Full Duplex）,7.2 MCS-51串行口结构,1、SFR串行数据缓冲器SBUF,在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。 在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器

5、，另一个是接收缓冲寄存器。 发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的发送； 接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只需从SBUF中读出接收数据。接收寄存器是双缓冲的, 以避免两帧数据重叠。 MOV SBUF，A 启动一次数据发送 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,2、SFR串行控制寄存器SCON, SM0 SM1 串行口工作方式选择位。 SM2 多机通信控制位。 REN 允许接收控制位。REN=1，允许接收。 TB8 方式2和方式3中要发送的第9位数据。 RB8 方式2和方式3中要接收的第9位数据。 TI 发送中断标志。 RI 接收中断标志。,

6、SM0 SM1串行口工作方式选择位, SM2多机通信控制位。在方式2和方式3中，若SM2=1，且RB8(接收到的第9位数据)=1时，将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断请求；否则，将接收到的8位数据丢弃。而当SM2=0时，则不论第9位数据为0还是为1，都将前8位数据装入 SBUF中，并产生中断请求。 在方式0时，SM2必须为0。,REN 允许接收控制位。REN位用于对串行数据的接收进行控制：REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。该位由软件置位或复位。 TB8 方式2和方式3中要发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=0表示数据

7、，TB8=1表示地址。该位由软件置位或复位。 TB8还可用于奇偶校验位。 RB8方式2或方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。 TI 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1。在其他方式下，遇发送停止位时，该位由硬件置1，表示帧发送结束。 RI 接收中断标志。当方式0时，接收完第8位数据后，该位由硬件置1。在其他方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置1，表示帧接收结束。 接收/发送数据,无论是否采用中断方式工作,每接收/发送一个数据都必须用指令对 RI/TI 清0，以备下一次收/发。,3、 SFR电源控制寄存器PCON,SMOD=1，串行口波特率加倍。PCON寄存器不能进

8、行位寻址。 在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特率加倍位 =1 时，波特率加倍 =0 时，波特率不加倍。 (在PCON中只有这一个位与串口有关),RXD（P3.0）端为数据线，TXD（P3.1）输出时钟线。 移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输出，均低位在前高位在后。 波特率为单片机晶振频率的十二分之一。即一个机器周期进行一次移位。 其帧格式为：,方式0可将串行输入输出数据转换成并行输入输出数据。,7.3 串行口工作方式方式0，同步移位寄存器工作方式, 数据发送,在移位时钟脉冲（TXD）的控制下，数据从串行口RXD端逐位移入74LS164的A、B端。当8位数据

9、全部移出后，SCON寄存器的TI位被自动置1。其后74HC164的内容即可并行输出。 74LS164 CLR为清0端，输出时CLR必须为1，否则74LS164 Q0Q7输出为0。,(2) 数据接收,74LS165 S/L端为移位/置入端，当S/L=0时，从Q0Q7并行置入数据，当S/L=1时，允许从QH端移出数据。在80C51串行控制寄存器SCON中的REN=1时，TXD端发出移位时钟脉冲，从RXD端串行输入8位数据。当接收到第8位数据D7后，置位中断标志RI，表示一帧数据接收完成。,波特率可变, 它取决于定时器 T1 的溢出速率及SMOD的状态。 数据位由 P3.0 (RXD)端接收, 由P

10、3.1(TXD)端发送。 （1） 发送过程。用软件清除 TI后, CPU执行任何一条以 SBUF为目标寄存器的指令, 就启动发送过程。 一帧信号发送完时, 将置位发送中断标志TI=1, 向CPU申请中断, 完成一次发送过程。 （2） 接收过程。 用软件清除 RI后, 允许接收位REN被置 1。当检测到有从“1”到“0”的负跳变时, 则启动接收过程, 在接收移位脉冲的控制下, 接收完一帧信息。 当最后一次移位脉冲产生时能满足下列两个条件则RI置1: RI=0; 接收到的停止位为1 或SM2=0。,7.3 串行口工作方式方式1，异步串行通信方式,方式 2 和 3时, 被定义为9 位异步通信接口。其

11、中可编程位TB8/RB8既可作奇偶校验位用，也可作控制位（多机通信）用，其功能由用户确定。 模式2 和模式3 工作原理相似, 唯一的差别是模式2 的波特率是固定的, 即为 fosc / 32或 fosc / 64; 而模式 3的波特率是可变的, 与定时器 T1的溢出率有关。 SM2=1时，只接收地址帧（第9位为1,即RB8=1）,而拒绝接收数据帧（第9位为0,即RB8=0）。 SM2=0时，接收所有信息。,7.3 串行口工作方式方式2/3，异步串行通信方式,7.3 串行口工作方式方式2/3，异步串行通信方式,（1）发送过程：执行任何一条 SBUF为目的寄存器的指令启动。 TB8由软件置位或清零

12、, 作为多机通信中的地址、数据标志位。或作为数据的奇偶校验位, 在数据写入 SBUF之前, 先将数据位写入TB8。 （2） 接收过程。 UART把 8 位数据装入接收缓冲器 SBUF, 第 9 位数据装入SCON中的 RB8, 并置中断标志RI=1。 上述接收需满足下列两个条件, 才会产生: RI=0; SM2 =0 或SM2=1，接收到的第 9 位数据为“1”。,7.4 波特率设置,（1）方式 0 的波特率等于晶振频率的1/12, 即每个机器周期接收或发送一位数据。 （2）方式 2 的波特率与电源控制器PCON的最高位SMOD的写入值有关: SMOD=0, 波特率为（1/64）fosc; S

13、MOD=1, 波特率为（1/32）fosc。 （3） 方式 1 和方式 3 的波特率除了与SMOD位有关之外, 还与定时器 T1 的溢出率有关。,定时器 T1 作为波特率发生器, 常选用定时方式2（8 位重装载初值方式）, 并且禁止T1中断。此时 TL1 从初值(TH1)计数到产生溢出, 它每秒钟溢出的次数称为溢出率。 于是,7.4 波特率设置,假设某MCS - 51 单片机系统, 串行口工作于方式 1或3, 要求波特率为1200bps, 作为波特率发生器的定时器T1工作在方式 2 时, 请求出计数初值,并分析误差。 设单片机的振荡频率为6 MHz。 根据波特率公式,知,7.4 波特率设置,当

14、SMOD=0 时,7.4 波特率设置,当SMOD=1 时,7.4 波特率设置,表 定时器T1产生的常用波特率,7.5 串行口的应用,例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。当开关K合上,表示要求输入数据。输入 8 位开关量, 处理不同的程序。,程序如下: START: JB P1.0, $ ;开关K未合上, 等待 CLR P1.1 ;165并行输入数据 SETB P1.1 ;开始串行移位 MOV SCON, #10H ; 模式0并启动接收 JNB RI, $ ; 查询RI CLR RI ; 查询结束,

15、 清RI MOV A, SBUF ; 输入数据 . ; 根据A处理不同任务 SJMP START ; 准备下一次接收。,例1：电路如图所示，试编制程序按下列顺序要求每隔0.5秒循环操作。, 8个发光二极管全部点亮； 从左向右依次暗灭，每次减少一个，直至全灭； 从左向右依次点亮， 每次亮一个； 从右向左依次点亮，每次亮一个； 从左向右依次点亮，每次增加一个，直至全部点亮； 返回从不断循环。,LIGHT:MOV SCON,#00H ;串行口方式0 CLR ES ;禁止串行中断 MOV DPTR,#TAB ;置发光二极管亮暗控制字表首址 LP1: MOV R7,#0 ;置顺序编号0 LP2: MOV

16、 A,R7 ;读顺序编号 MOVC A,A+DPTR ;读控制字 CLR P1.0 ;关闭并行输出,STR=O时，关闭并行输出； MOV SBUF,A ;启动串行发送 JNB TI,$ ;等待发送完毕 CLR TI ;清发送中断标志 SETB P1.0 ;开启并行输出,STR=1时，开启并行输出； LCALL DLY500ms ;调用延时0.5秒子程序(参阅例4-13) INC R7 ;指向下一控制字 CJNE R7,#30,LP2 ;判循环操作完否?未完继续 SJMP LP1 ;顺序编号029依次操作完毕,从0开始重新循环 TAB: DB 0FFH,7FH,3FH,1FH,0FH,07H,0

17、3H,01H,00H;从左向右全亮并依次暗灭,直至全灭; DB 80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;从左向右依次点亮,每次亮一个 DB 02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;从右向左依次点亮,每次亮一个 DB 0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH ;从左向右依次点亮, 直至全部点亮;,例 3 利用串行口进行双机通信。,要求： （1）采用模式2，带奇偶校验位传输。 （2）采用模式1，波特率2400bps，8位数据传输(fosc=12MHz)。,甲机发送（采用查询方式）: MOV SCON, 80H ; 设置工作方式2 MOV P

18、CON, 00; 置SMOD=0, 波特率不加倍 MOV R0, 40H ; 数据区地址指针 MOVR2, 10H ; 数据长度 LP: MOV A, R0 ; 取发送数据 MOV C, P ; 奇偶位送TB8 MOVTB8, C MOV SBUF, A ; 送串口并开始发送数据 WT: JBCTI, NXT ; 检测是否发送结束并清TI SJMP WT NXT: INC R0; 修改发送数据地址指针 DJNZR2, LP RET,乙机接收（查询方式）: MOV SCON, 90H; 模式2, 并允许接收REN=1,SM2=0 MOV PCON,00H; 置SMOD=0 MOV R0, 60H

19、 ; 置数据区地址指针 MOV R2, 10H ; 等待接收数据长度 LP: JBC RI, RD ; 等待接收数据并清RI SJMP LP RD: MOV A, SBUF ; 读一帧数据 MOV C, P JNC LP0 ; C=0 转LP0 JNB RB8, ERR ; RB8=0, 即 RB8不为 P转ERR AJMP LP1 LP0: JB RB8, ERR ; RB8=1, 即 RB8不为 P转ERR LP1: MOV R0, A ; RB8=P, 接收一帧数据 INC R0 DJNZ R2, LOOP RET ERR: ; 出错处理程序 ,甲机发送（采用查询方式）: MOV SCON,40H ; 设置工作方式1 MOV PCON,80H ; 置SMOD=1, 波特率加倍 MOV TMOD,#20H ;T1模式2 MOV TH1,#0F3H ;2400BPS MOV TL1,#0F3H MOV R0, 40H ; 数据区地址