C51串行通信及应用.ppt

1、1,7 串行口,通信的基本方式有两种：并行通信与串行通信 （1）并行通信:数据的各位同时传送,特点： 传送速度快、效率高。但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高。 在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同一机箱内各插件板之间等的数据传送都是并行的。 并行通信的距离通常小于30米。,2,7 串行口,（2）串行通信：数据一位一位顺序传送,特点： 数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢，在图中可以看到，并行传送8位数只需串行发送一位的时间1T。 计算机与远程终端或终端与终端之间的数据传送通常都是串行的。 串行通信的距离可以从几米到几千公里。,3,4,9.3

2、串行口,按照串行数据的同步方式，串行通信又分为两种方式: 异步通信和同步通信。8051中，使用异步通信方式.,异步通信： 数据通常是以字符（字节）为单位组成字符帧传送的。 字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线由接收设备一帧 一帧地接收。 发送端和接收端可以有各自的时钟来控制数据的发送和接收， 这两个时钟源彼此独立，互不同步。 在异步通信中，发送端和接收端依靠字符帧格式规定和波特率 来协调数据的发送和接收。字符帧格式和波特率由用户根据实际 情况选定。,5,9.3 串行口,字符帧格式 字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止 位四部分组成。,6,异步通信数据格式,7,9.3 串行口

3、,在这种格式标准中，信息的两种状态： “mark”：译为“标记”或“传号”，对应逻辑状态。 在发送器空闲时，数据线应保持在mark状态； “space”：译为“空白”或“空号”，对应逻辑状态。 起始位：位于字符帧开头，占一位，使数据线处于“space”（ 逻辑） 状态，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。 数据位：紧跟起始位之后就传送数据位。在数据位中，低位在前（左），高位在后（右）。根据字符编码方式的不同，数据位可取5位、6位、7位或8 位。若传送数据为ASCII码，则常取7位。 奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用于对字符传送作正确性检查。奇偶校验位有3种可能的选择：奇、偶或无校

4、验，由用户根据需要选定。 停止位：位于字符帧末尾，它对应于“mark”（逻辑1）状态，用于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕。停止位可以是1、1.5或2位的高电平，在实际应用中由用户根据需要确定。,8,9.3 串行口,波特率（baud rate） 波特率的定义：是每秒钟传送二进制数码的位数，（ 亦称比特数），单位是bps（bit per second），即位/秒。 字符的实际传送速率：是指每秒钟内所传字符帧的帧数，与字符帧格式有关。字符的实际传送速率与波特率不同。波特率是串行通信的重要指标，用于表征数据传送的速率 波特率越高，数据传输速度越快。 位时间：每位的传送时间定义为波特率的倒数。 例如

5、：波特率为2400bps的通信系统，其位时间Td为： Td=1/2400bps=0.417ms,9,9.3 串行口,同步通信 同步通信是以一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。 这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符，如下图所示。 分为单同步信息帧结构和双同步信息帧结构。它们都是由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成,10,9.3 串行口,同步字符: 位于帧结构的开头，用于确认数据字符的开始。 由于接收端不断对传输线采样，并把采样到的字符与双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的字符数据加以存储。 数据字符:在同步字符之后，个数不受限制

6、，由所传送的数据块长度决定。 校验字符CRC:位于帧结构末尾，有12个，用于接收端对接收到的数据字符的正确性校验。 关于同步字符：在单同步信息帧结构中，常采用ASCII码中规定的SYN（即16H），在双同步信息帧结构中，一般采用国际通用标准代码EB90H。除了可以采用统一的标准格式外，还可以由用户约定。,11,9.3 串行口,在串行通信中，数据是在两个不同的站之间传送的 。按照数据传送的方向，串行通信可分为3种制式： 单工 半双工 全双工 8051的串行口采用全双工制式,12,串行通信中的数据传送方式,13,串行口内部结构示意简图,14,7.1 与串行口有关的特殊功能寄存器,（1）数据缓冲器S

7、BUF（99H） 8051单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界通讯。 SBUF是串行口缓冲寄存器，在物理上, 它对应着两个独立的寄存器, 一个发送寄存器, 一个接收寄存器。 它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据 MOV SBUF,A ；发送 MOV A,SBUF ；读入,15,7.1 与串行口有关的特殊功能寄存器,（2）串行口控制寄存器SCON （98H） 它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制,SM0、SM1：串行口工作方式选择位,16,串行口控制寄存器SCO

8、N,17,7.1 与串行口有关的特殊功能寄存器,SM2：多机通讯控制位（主要用于方式2和3）。在方式0时，SM2一定要等于0。在方式1中，当（SM2）=1则只有接收到有效停止位时，RI才置1。在方式2或方式3中，当（SM2）=1且接收到的第九位数据RB8=0时，RI才置1。 REN：接收允许控制位。由软件置位以允许接收，又由软件清0来禁止接收。REN=1允许接收；REN0禁止接收。 TB8: 是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如，可约定作为奇偶校验位，或在多机通讯中作为区别地址帧或数据帧的标志位。 RB8：接收到的数据的第9位。在方式0中

9、不使用RB8。在方式1中，若（SM2）=0，RB8为接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8为接收到的第9位数据。,18,7.1 与串行口有关的特殊功能寄存器,TI： 发送中断标志。在方式0中，第8位发送结束时，由硬件置位。在其它方式的发送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一帧信息发送结束，同时也是申请中断，可根据需要，用软件查询的方法获得数据已发送完毕的信息，或用中断的方式来发送下一个数据。TI必须用软件清0。 RI： 接收中断标志位。在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中间时刻由硬件置位（例外情况见于SM2的说明）。RI置位表示一帧数据接收完毕，可

10、用查询的方法获知或者用中断的方法获知。RI也必须用软件清0。,19,7.1 与串行口有关的特殊功能寄存器,(3)电源控制寄存器PCON (87H) 特殊功能寄存器PCON中, 只有一位（最高位）SMOD与串行口的工作有关, 该位是串行口波特率系数的控制位: SMOD=1 时, 波特率加倍, 否则不加倍。 不可位寻址, 因此初始化时需要字节传送。,20,7.2 串行口的工作方式,方式0移位寄存器输入/输出方式 方式1波特率可变的10位UART方式 方式2固定波特率的11位UART方式 方式3波特率可变的11位UART方式,21,方式0 :移位寄存器输入/输出方式(同步) 可外接移位寄存器以扩展I

11、/O口，也可以外接同步输入/输出设备。8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。 输出串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。 输入串行数据从RXD引脚输入，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。,7.2 串行口的工作方式,22,7.2 串行口的工作

12、方式,(2)方式1 :波特率可变的10位UART方式 发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。 输出：当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。 输入：在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。只有当（RI）=0且停止位为1或者（SM2）=0时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。,23,7.2 串行口的工作方式,(3)方式2 :固定波特率的11位UART方式 它比方式1增加了一

13、位可程控为1或0的第9位数据。 输出: 发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址/数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。 输入: 在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当（RI）=0或者（SM2）=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。且不置位RI。再过一位

14、时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD上从1到0的跳变。,24,7.2 串行口的工作方式,(4)方式3 :波特率可变的11位UART方式 除波特率外，其余与方式2相同。,25,7.3 串行口初始化,（1）波特率选择 在串行通讯中，收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。 方式0 ： 固定波特率fosc/12 方式2 ： 方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可由下式表示： 固定波特率=(2SMOD/64)fosc 当SMOD=1时，波

15、特率为1/32fosc， 当SMOD=0时，波特率为1/64fosc,26,7.3 串行口初始化,方式1和方式3 ： 定时器T1作为波特率发生器，方式1、3的的波特率其公式如下： 波特率=(2SMOD/32)定时器T1的溢出率。 定时器采用模式1时：(2SMOD/32)(focs/12)/(216 -初值） 式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时，T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。 定时器T1工作于方式0：溢出所需周期数=8192-

16、x 定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-x 定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-x 因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。当时钟频率选用11.0592MHZ时，最易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理,27,7.3 串行口初始化,初值计算举例： 89C51单片机时钟振荡频率为11.0592MHz，选定定 时器T1工作模式2作为波特率发生器，波特率为 2400b/s，设SMOD=0，求初值。,解：2400(1/32)(11.05921000000/12)/(256-x) X=244=F

17、4H,28,7.3 串行口初始化,（2）初始化步骤 在使用串行口之前，应对其进行编程初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：,29,7.4 串行通信应用,除了前面的初始化，还要编写发送子程序和接收子 程序。 例1： 直接将8031的发送端TXD与接收端相连接，并采用方式3进行串行数据传送，共发送16个数据000F，接收端接收数据置于404FH单元内。,30,7.4 串行通信应用,汇编程序：,31,9.3.4 串行通信应用,例3：点对点通信 主方：发一个，收一个 从方：收一个，发一个 设置1200波特，串行口方式1，fosc=11.0592MHz,32,9.3

18、.4 串行通信应用,SLAVE:MOVTMOD,#20H ; T/C1方式2 MOVTH1,#0E8H; 1200波特初值 MOVTL1,#0E8H SETBTR1 MOVPCON,#0; 不加倍 MOVSCON,#50H; 方式1，允许接收 SLP:JNBRI,$; 判接收到否 CLR RI MOV A，SBUF ; 取回 MOV SBUF, A ; 发送 JNB TI,$ ; 判发送完否 CLR TI SJMPSLP,33,9.3.4 串行通信应用,MASTER：MOVTMOD,#20H MOV TH1,#0E8H MOV TL1,#0E8H SETBTR1 MOVPCON, #0 MOV

19、 SCON, #50H MOV A, #DATA MOV SBUF,A JNB TI, $;发送出去 CLR TI JNB RI,$ CLR RI MOVA,SBUF SJMP$,34,例7-4：89C51串行口按双工方式收发ASCII字符，最高位用来作奇偶校验位，采用可校验方式，要求传送的波特率为1200b/s。编写有关的通信程序。 解：7位ASCII码加1位奇校验共8位数据，故可采用串行口方式1。 89C51单片机的奇偶校验位P是当累加器A中1的数目为奇数时，P=1。如果直接把P的值放入ASCII码的最高位，恰好成了奇偶校验，与要求不符。因此，要把P的值取反以后放入ASCII码最高位，才是

20、要求的奇校验。,35,双工通信要求收、发能同时进行。实际上，收、发操作主要是在串行接口进行，CPU只是把数据从接收缓冲器读出和把数据写入发送缓冲器。数据传送用中断方式进行，响应中断以后，通过检测是RI置位还是TI置位来决定CPU是进行发送操作还是接收操作。发送和接收都通过调用子程序来完成，设发送数据区的首地址为20H，接收数据区的首地址为40H，fosc为6MHz，通过查波特率初值（表7-2）可知定时器的初装值为F3H。定时器T1采用工作模式2，可以避免计数溢出后用软件重装定时初值的工作。,36,程序清单： 主程序 MOV TMOD ,#20H ;定时器1设为模式2 MOV TL1 , #0F

21、3H ;定时器初值 MOV TH1 ,#0F3H ;8位重装值 SETB TR1 ;启动定时器1 MOV SCON ,#50H ;设置为方式1， ；REN=1 MOV R0 ,#20H ;发送数据区首址 MOV R1 ,#40H ;接收数据取首址 ACALL SOUT ;先输出一个字符 SETB ES SETB EA SJMP $ ;等待中断,中断服务 ORG 0023H ;串行口中断入口 AJMP SBR1 ;转至中断服务程序 ORG 0100H SBR1: JNB RI ,SEND ;TI=1,为发送中断 ACALL SIN ;RI=1,为接收中断 SJMP NEXT ;转至统一的出口 S

22、END: ACALL SOUT ;调用发送子程序 NEXT: RETI ;中断返回,37,发送子程序 SOUT: CLR TI MOV A ,R0 ;取发送数据到A MOV C ,P ;奇偶标识赋予C CPL C ;奇校验 INC R0 ;修改发送数据指针 MOV SBUF ,A ;发送ASCII码 RET ;返回,接收子程序 SIN: CLR RI MOV A ,SBUF ;读出接收缓冲区内容 MOV C ,P ;取出校验位 CPL C ;奇校验 ANL A ,#7FH ;删去校验位 MOV R1 ,A ;读入接收缓冲区 INC RI ;修改接收数据指针 RET ;返回,38,例7-5：采用

23、查询方式由串行口发送带奇偶校验位的数据块。 解：由内部RAM单元20H-3FH取出ASCII码数据，在最高位上加奇偶校验位后由串行口发出。采用8位异步通信方式，波特率为1200b/s，fosc=11.059MHz。 由要求可知，应把串行口设置为方式1，采用定时器1模式2作为波特率发生器，预置值（TH1）=0E8H。,39,程序清单： 主程序； MOV TMOD ,#20H ;设置定时器1为模式2 MOV TL1 ,#0E8H ;初值，波特率为1200b/s MOV TH1 ,#0E8H SETB TR1 ;启动T1运行 MOV SCON ,#01000000B ;设置串行口为方式1 MOV R0 ,#20H MOV R7 ,