单片机原理第7章.ppt

1、第 7 章 单片机串行口及其应用,本章介绍 串行通讯原理、 MCS51串行口的结构、 串行口工作原理、 串行口工作方式， 重点 各有关特殊功能寄存器的设置、 波特率计算、 发送、接收中断服务程序编写。,7.1 串行通讯基本概念,并行通讯 并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送， 并行通讯传输速度快，且控制简单； 但传输线较多，线间存在电耦合，长距离传送时成本高且容易出错。,串行通讯所需电缆线少，且可以利用电话网等现成的设备，长距离传送时成本低。 但传输速度较并行通信低； 收发控制比并行通讯复杂,串行通讯,串行通讯的基本概念,一、串行通信的传输方式 包括单工、半双工和双工3种方式

2、 单工方式,半双工方式,双工方式,二、同步与异步传输,同步通信 该方式将要传输的数据按约定分成数据块，数据块之间用同步字符隔离。传输数据的二进制位之间没有间隔，因此传输时数据位是同步的，而且字符间也是同步的。,同步通信传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。 同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。 发送方对接收方的同步可以通过“外同步 ”和“自同步”两种方法实现。,异步通信,异步通信用起始位“0”表示一次串行通信的开始，然后从低到高逐位传送数据，最后用停止位“1”表示一次串行通信结束 一次通信

3、一般传送一个字符 为传送一个字符需要起始位和停止位的配合，将起始位、字符（数据）和停止位组成的数据流称为一帧信息,异步通信原理,在不同的异步通信协议中，起始位、数据位和停止位的长度不同 由于帧中加入起始位和停止位，将增大数据传输量,MCS51单片机的一帧信息包括一位起始位，8位或9位数据位和1位停止位,异步通信特点,异步通信以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的 每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间是异步的（字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系） 但同一字符内的各位是同步的（各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍）。,三.比特率和波特率,比特率

4、用来表示串行通讯的传输速率。含义是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位/秒(bps)。 如每秒钟传送360帧，而每帧包含10位(1个起始位、8个数据位和1个停止位)，则比特率为： 10位360帧/秒 = 3600 bps,波特率是指调制信号每秒钟变化的次数，单位是波特(Baud)。 在基带传输中，数字信号“1”和“0”直接用高低两种电压表示的，这种情况下比特率和波特率是相同的。 所以，波特率也经常用来表示串行通讯的传输速率。,四.信号的调制与解调,当异步通讯的距离在30米以内时，计算机之间可直接通讯； 当传输距离更远时，为了减小信号畸变，保证通讯的正确率，发送时需先用调制器(Modulato

5、r)把数字信号转换成模拟信号(调制)，放大后发送，而接收端再由解调器(Demodulator)把收到的模拟信号转换成数字信号(解调)再送入计算机或接收设备； 由于通信是双向的，调制器和解调器一般合并在一个装置中，称为调制解调器(MODEM)。,调制与解调通讯模型,7.2 MCS51串行口基本原理,单片机有一个全双工串行接口，通过P3口的两个引脚与外部设备进行串行通讯： P3.1为串行数据发送端TXD P3.0为串行数据接收端RXD 与串行口操作有关的特殊功能寄存器有SCON、PCON和SBUF； 内部还有发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器等不可访问寄存器共同实现串行数据的输入输出。,MCS

6、51单片机串行口组成原理,不论是同步还是异步传输，收发双方的波特率应该一致，MCS51单片机的波特率发生器由T1构成，对于52子系列，也可用T2构成波特率发生器。,7.2.1与串口操作有关的特殊功能寄存器,1.串口控制寄存器SCON 串口控制寄存器SCON的字节地址98H，可位寻址，系统复位时，SCON清零。各位名称及位地址如下：,串行口工作方式,REN，允许串行接收位。如果软件对REN置“1”，则启动串行口接收数据；若清零REN位，则禁止接收。 TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。 RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据的第九位。其作用视发送方TB8的作用

7、而定。 TI，发送中断标志位 RI，接收中断标志位,SM2为多机通信控制位，主要用于方式2和3,方式0时，SM2必须是0； 方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才置1； 方式2、3时，如果接收机的SM2=1，当收到的RB8位为“1”时，收到的数据进入SBUF，并激活RI，通知CPU将数据从SBUF读走；反之则不激活RI，收到的信息丢弃； 当SM2=0时，不论收到的RB8为“0”还是“1”，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI。 通过设置SM2，可以实现多机通信(后续介绍),2.电源控制寄存器 PCON,PCON字节地址位87H，不能位寻址，只有最高位SMOD位与串口工作

8、有关： SMOD1时，波特率加倍； SMOD0时，波特率不加倍。 SMOD称为波特率倍增位，复位时SMOD=0,3.数据缓冲器SBUF,单片机内部，有两个物理上独立的缓冲器，分别负责接收和发送数据，它们占用同一地址99H，编程时使用同样的寄存器名称SBUF 写SBUFMOV SBUF ，A时，硬件自动将数据送入发送缓冲器，开始串行发送 执行读SBUF指令MOV A ，SBUF时，硬件自动将接收缓冲器的内容送入A累加器，完成串行接收,7.2.2 串行口的工作方式,通过对SM0和SM1两个方式位的设置，串行口可工作于4种不同方式 方式0 同步移位寄存器输入输出方式。 数据由RXD(P3.0)引脚输

9、入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。 发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。 工作方式0可用于扩展并行输入/输出口。,1）用方式0发送,数据写入SBUF后，开始从RXD端发送，低位在前，高位在后； 同时同步移位脉冲从TXD端输出 一字节发送完后，TI标志置“1”，发出中断请求； 如果要继续发送下一字节，必须用软件清除TI中断标志。,2）用方式0接收,REN为“1”，且RI0的条件下，将启动一个接收过程。 RXD为串行输入端，TXD为同步脉冲。 当接收完一帧数据后，各控制信号复位，RI变为高电平，请求中断。 要再次接收，也必须用软件清零RI。,2

10、.方式1,方式1是异步传输方式。 一帧数据为10位，包括数据1位起始位(0)，8位数据位，1位停止位(1)， TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。,1）用方式1发送,CPU执行写SBUF的指令后，便开始一次发送过程，数据逐位从TXD端送出， 发送所用移位脉冲是定时器1溢出信号经16或32分频信号，即波特率是可变的， 方式1的波特率为2SMOD / 32T1溢出率。 一帧数据发送完后，TI置“1”，请求中断。TI标志也只能用软件清除。,2）用方式1接收,REN被软件置“1”后，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，当检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将

11、其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位， 接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。,9位数据收完以后，如果满足下列条件则将接收到的前8位数据装入接收SBUF，第9位(停止位)进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。 RI=0； SM2=0，或SM2=1但接收到的停止位为1,3. 方式2和方式3,方式2和方式3均为异步传输方式， 一帧数据由11位构成，即1位起始位（0），8位数据位，1位可编程位和1位停止位（1）， TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚， 方式2的波特率仅受波特率倍增位的影响，为2SMODfosc

12、/64； 方式3的波特率可变，为2SMOD/32T1溢出率。,1）用方式2或3发送,方式2或3一帧数据包括9位有效位，发送前必须将要发送的第9位数据装入SCON寄存器的TB8中，常用方法是使用指令STEB 或CLR TB8置“1”或清零。 第9位数据的作用完全由用户程序决定，通常可作为奇偶校验位或多机通讯中的地址/数据标识位 第9位数据准备好后，执行写SBUF寄存器的指令即开始发送,2）用方式2或3接收,REN置“1”后，开始接收，接收过程与方式1相同， 8位数据接收完后，如果RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的8位数据装入接收缓冲器SBUF，第9位装入RB8，置位R

13、I，向CPU请求中断。 如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。,7.2.3 波特率计算,串行通信中，收发双方发送或接收数据的速率应该相同，才能保证接收。 51单片机串行口的四种工作方式中，方式0和方式2的波特率是固定的，这时要求收发双方主频一致或相差一倍； 方式1和方式3的波特率可变，必须对双方的定时器进行正确的设置才能保证波特率一致。,串行口的四种工作方式对应三种波特率，各种方式的波特率计算公式如下： 方式0的波特率 = fosc/12 方式1的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率） 方式2的波特率 =（2SMOD/64）fosc 方式3的波特率 =（2

14、SMOD/32）（T1溢出率） 定时器的溢出率即定时时间的倒数，与采用的工作方式有关，可表示为： fosc/12（2K初值）,定时器1作波特率发生器时，一般选方式2，这时溢出率取决于TH1中的基数值，即： T1 溢出率 = fosc /12256 （TH1） 如果波特率较低时，可定时器采用方式1。,常用的波特率及定时器初值,7.3.1利用串行口实现单片机之间通讯,两台计算机之间采用什么规则传送数据（通讯协议）需要由软件约定,需要约定的内容一般有波特率、数据格式、发送开始和接收完成后是否需要应答、是否需要检错以及发生通讯错误和如何处理等,例：两台单片机主频12MHZ，1#机用串口工作方式1将片内

15、数据存储器 30H50H共21H个数据发送给2#机。波特率2400波特。1#机每发送一字节，计算一次检验和，数据发送完成后，发检验和字节，最后收到2#机回送的检验和字节后，进行判断，如果相同，清20H位，本次传输完成，否则置位20H，主程序进行错误处理。,编程步骤：,计算波特率： 采用T1的工作方式2作波特率发生器，初值为： N256fosc / 波特率12（32/2SMOD ） 25612106 / 240012（32/20） 243F3H 工作单元及标志位设置： R7待发送字节数； R0发送单元地址指针； R0检验和存放单元； F0数据块发送完成标志； 20H位通讯错误标志,1#机发送主程

16、序：,OGR0000H SJMPMAIN ORG0023H LJMPSPORT ；转串口中断服务程序 MIAN：MOV TMOD，#00100000B ；定时器1工作于方式2 MOVTH1，#0F3H MOVTL1，#0F3H SETBTR1 MOVSCON，#01010000B ；串口方式1，REN1 MOVR7，#21H,MOVSCON，#01010000B ；串口方式1，REN1 MOVR7，#21H MOVR0，#50H ；首字节地址 MOVR1，#00H ；检验和清零 CLRF0 ；清发送完成标志 CLR20H ；清通讯错误标志 MOVA，R0 MOVSBUF，A ；发送第一字节 A

17、dda，R1 MOVR1，A ；存检验和 ；其它程序,1#机发送中断服务程序,SPORT：JBCRI，SP1；接收中断，转SP1 CLRTI DJNZR7，GOON；数据块未完，转GOON SETBF0；置数据块发送完成标志 MOVA，R1 MOVSBUF，A；发送检验和 SJMPSEND SP1： JNBF0，SEND ；不是检验和，转SEND，返回 MOVA，SBUF CJNEA，R1，ERR,CLR20H；清通讯错误标志 SJMPSEND ERR：STEB20H；置通讯错误标志 SJMPSEND GOON：DECR0 MOVA，R0 MOVSBUF，A ADDA，R1；计算检验和 MOV

18、R1，A SEND：RETI,7.3.2 多机通讯的实现,通过串口实现多机通讯常采用主从式结构，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机 从机要服从主机的调度、支配 构成这种主从式的多机通讯系统y一般采用串行口方式2和方式3,问题 多机系统中可能遇到哪些问题？如何解决？,通信协议：,初始时，主机SM2位清“0”，所有从机各确定一数值（00H0FFH）为其地址号，且SM2位置“1”，处于接收地址帧状态； 主机需要和哪台从机通讯时，先发送一地址帧，即8位数据为该从机地址，第9位TB8置“1”，表示该帧为地址帧； 由于TB8为1，所有从机都可接收到该地址帧，然后将接收的地址与本机的地址比较： 地址相符的从机，在串口接收中断服务程序中将SM2位清“0” ，并把本站地址发回主机作为应答； 地址不符的从机，仍保