6_MCS-51单片机的串行通信接口.ppt

1、第六章 MCS-51单片机的串行通信接口,6.1 串行通信概述 6.2 MCS-51单片机的串行通信接口 6.3 串行口编程举例,6.1 串行通信概述 6.1.1 并行通信与串行通信 计算机与计算机或外设之间的数据交换称为通信。,计算机与外部设备的通信有两种基本方式：并行通信和串行通信。 一个信息的各位数据被同时传送的通信方法称为并行通信。并行通信依靠并行I/O接口实现。并行通信速度快，但传输线根数多，成本高，适合近距离通信，通常传送距离小于30米。 一条信息的各位数据被逐位顺序传输的通信方式称为串行通信。串行通信通过串行接口实现。串行通信速度慢，但传输线少，适宜长距离传输。,6.1.2 串行

2、通信的两种基本方式 串行通信的两种基本方式：根据信息传送的格式分为：异步通信和同步通信。 异步通信是以字符为单位传送的，数据传送可靠性高，适合低速通信的场合。 同步通信方式是以多个字符组成的数据块为单位的方式传送的，数据传输率高，适合高速率、大容量的数据通信。,1.异步通信,异步通信用起始位“0”表示字符的开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位“1”(长度可以是一位、一位半或两位)表示字符的结束。一个字符又称为一帧信息。 在MCS-51单片机系统中，第九位数据D8可以用作奇偶效验位，也可以用作地址/数据帧标志，D8=1表示该帧信息传送的是地址，D8=0表示传送的是数据。 两帧信息之间

3、可以有间隔，也可以无间隔，且间隔时间可以任意改变，间隔用空闲位“1”(长度不固定)填充。,异步通信方式： 异步通信中计算机与外设间必须约定（通信协议）： (1)字符格式约定好字符的编码形式、奇偶效验位形式以及起始位和停止位的规定。 每秒数据传输的位数： 波特率(Baud rate) 或比特率(bit rate)。 1波特 = 1bps (位/秒） 异步通信要求发送与接收以相同的波特率进行。,波特率或比特率有效数据位的传送速率,同步通信方式： 同步通信在数据开始处用12个同步字符来指示。 同步通信中，由同步时钟来实现发送和接收的同步。在发送时要插入同步字符，接收端在检测到同步字符后，就开始接收串

4、行数据。可见，同步通信具有较高的传输速率，通常在几十至几百千波特，但在硬件上要求较高。,6.1.3 串行通信中数据的传送方向,全双工异步串行接口(UART),数据通信的几个术语： 并行：数据各位同时进行传送 串行：数据逐位顺序进行传送,全双工:(串行通信)收/发可同时进行 半双工:(串行通信)收/发不可同时进行,异步串行通信:以字符为单位进行传送 同步串行通信:以数据块为单位进行传送 波特率(bps.):单位时间传送的位数,6.2 MCS-51单片机的串行通信接口 6.2.1 串行口结构及工作原理,串行口工作原理： 串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的当向SBUF发

5、“写”命令时(执行“MOV SBUF,A”指令)，即是向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志位TI=1。 在满足串行口接收中断标志位RI=0的条件下,置允许接收位REN=1就会接收一帧数据进入移位寄存器,并装载到SBUF中,同时使RI=1.当89C51发出读SBUF命令时(MOV A,SBUF),便由接收缓冲器SBUF取出数据送入A。,6.2.2 串行通信接口的控制寄存器 1.串行口控制寄存器SCON (98H) 可位寻址（98H9FH）,SM0，SM1：串行口4种工作方式的选择位。 0 0 方式0：8位移位寄存器I/O，波特率固定为 fosc/12

6、 0 1 方式1：8位UART（1+8+1位)，波特率可变，(T1溢出率控制) 1 0 方式2：9位UART（1+8+1+1位)，波特率固定=fosc /32或1/64 1 1 方式3：9位UART（1+8+1+1位)，波特率可变，(T1溢出率控制),SM2：串行口多机通信控制位 (方式2、3的附加控制位) 在方式0时：SM2必须为0。 在方式1时： 若SM2=1，则只有接收到有效的停止位时，才能置位RI。 若SM2=0，则接收一帧信息的第九位数据不管是0还是1，都由软件置位RI。 在方式2或方式3时： 若SM2=1，当接收到的第9位数据RB8=0时，不能置位RI，接收数据无效。 若SM2=0

7、，不管接收到的第9位数据为0或1，前8位数据都送入SBUF，并使RI=1。,REN：串行口接收允许控制位，由软件置位或清0。 = 1 表示允许接收； = 0 禁止接收 TB8：方式2、3中，是要发送的第9位数据。 多机通信中，TB8=0 表示发送的是数据；TB8=1 表示发送的是地址。 (奇偶校验) RB8：在方式2、3中，是收到的第9位数据。 多机通信中，用作区别地址帧/数据帧的标志。(奇偶校验) RI,TI：串行口接收 / 发送数据申请中断标志位 1 申请中断； 0 不申请中断,2. 电源控制寄存器PCON (87H) PCON不可位寻址,SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特

8、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) 单片机复位时，SMOD=0。,6.2.3 串行口的工作方式 1.方式0：8位移位寄存器I/O方式 工作方式0时，移位脉冲由机器周期的第6个状态周期S6给出，每个机器周期产生一个移位脉冲，发送或接收一位数据。因此，波特率是固定的，为振荡频率的1/12，不受PCON寄存器中SMOD的影响。,发送：SBUF中的串行数据由RxD逐位移出； TxD输出移位时钟，频率=fosc/12； 每送出8位数据 TI就自动置1； 需要用软件清零 TI。 接收：串行数据由RxD逐位移入SBUF中； TxD输出移位时钟，频

9、率=fosc/12； 每接收 8位数据RI就自动置1； 需要用软件清零 RI。,经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口。,复位时,SCON 已经被清零,缺省值: 方式0。,接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。,.串行工作方式1：8位UART 方式1为10位为一帧的异步串行通信方式。其帧格式为1个起始位、8个数据位和1个停止位。如下图所示。 数据发送 数据写入SBUF后，开始发送，此时由硬件加入起始位和停止位，构成一帧数据，由TXD串行输出。输出一帧数据后，TXD保持在高电平状态下，并将TI置位，通知CPU可以进行下一个字符的发送。,数据接收 当REN=1且接收到

10、起始位后，在移位脉冲的控制下，把接收到的数据移入接收缓冲寄存器（SBUF）中，停止位到来后，把停止位送入RB8中，并置位RI，通知CPU接收到一个字符。 波特率的设定 串行通信方式1的波特率是可变的，计算公式为： 其中，SMOD为PCON寄存器最高位的值，其值为1 或0。,3. 串行工作方式2 方式2为11位为一帧的异步串行通信方式。其帧格式为1个起始位、9个数据位和1个停止位。如下图所示。 由于方式2下的波特率固定为2SMODfosc/64，因而常用于单片机间多机通讯。 D0D7为8位数据(1B)，D8为SCON中的TB8，可由用户编程软件置位或清零，用作多机通信中的地址、数据标志或作为数据

11、的奇偶校验位。 SETB TB8 ；TB8位置“1” CLR TB8 ；TB8位置“0”,4.串行工作方式3 方式3为波特率可变的9位异步通信接口，除波特率外，方式3与方式2类似。方式3下波特率可变，其确定方式同方式1，即,5. 串行口工作方式对比,6.2.4 波特率的设定,方式0：波特率固定不变，为fosc/12 方式2：波特率为波特率 = 2SMOD fosc /64 方式1、3时，波特率是可变的，,考虑到重装时间常数（X）会带来定时误差，定时器T1用作波特率发生器时采用8位自动装载方式（方式2）。,方式1、方式3下常用波特率和定时器T1各参数的关系,6.3 串行口编程举例 6.3.1.

12、工作方式0的应用 串行口工作方式0主要用于扩展并行I/O接口。扩展成并行输出口时，需要外接一片8位串行输入并行输出的同步移位寄存器74LS164或CD4094。扩展成并行输入口时，需要外接一片并行输入串行输出的同步移位寄存器74LS165或CD4014。,例: 利用串行口工作在方式0，外扩一片74LS164构成一个3位LED动态显示器，并将片内RAM显示单元65H、66H和67H单元中的段码输出显示。,利用串行口工作在方式0，外扩一片74LS164构成一个3位LED动态显示器，并将片内RAM显示单元65H、66H和67H单元中的段码输出显示，其硬件电路如图所示：,ORG 0100H STPRT

13、:MOV SCON, #00H ；串口工作方式0 SETB P1.2 ；消去最高显示位 SETB P1.1 ；消去次高显示位 MOV SBUF, 65H ；传送最低显示位 JNB TI, $ ；等待发送 CLR P1.0 ；最低位显示 CLR TI ；清中断标志位 LCALL DSSJ ；调延时子程序 SETB P1.0 ；消去最低显示位 MOV SBUF, 66H ；传送中间显示位 JNB TI, $ ；等待传送结束 CLR P1.1 ；显示中间位 CLR TI ；清中断标志位,LCALL DSSJ ；调延时子程序 SETB P1.1 ；消去中间显示位 MOV SBUF, 67H ；传送最高

14、显示位 JNB TI, $ ；等待传送结束 CLR P1.2 ；显示最高位 CLR TI ；清中断标志位 LCALL DSSJ SETB P1.2; 消显 RET DSSJ:-; 延时子程序, LED显示时间 RET END,例：甲机为发送，乙机为接收。编写双机通信程序。 串行口都工作在方式1，波特率为9600，fosc=11.0592MHz。甲机将内部RAM的203FH的32个字节的ASCII码数据，在最高位加上奇校验，后由串行口送出。乙机接收到32个字节数据后，存放在内部RAM203FH单元中，波特率和时钟频率和甲机相同。若接收到的数据奇校验出错，则置相应单元为0FFH。,6.3.2 串行

15、口在方式1下的应用,分析： 波特率选用T1方式2，查表7-4知初值为0FDH。,ASCII码奇校验用下面程序设置： MOV A, #DATA MOV C, P CPL C MOV ACC.7, C ; 使A中1个数总为奇数,甲机发送程序清单：,ORG2000H START:MOV TMOD, #20H; T1方式2 MOVTL1, #0FDH MOVTH1, #0FDH; 9600 bps (11.0592MHz) SETBTR1; 启动T1 MOV SCON, #40H; 串口方式1, REN=0 MOVR0, #20H; 起始地址 MOVR7, #20H; 数据个数 LOOP:MOVA,

16、R0 MOVC, P CPLC MOVACC.7, C; 添加奇校验 MOVSBUF, A NEXT: JNB TI, NEXT; 发送完一帧数？ CLRTI INCR0 DJNZR7, LOOP; 数据全部发送完？ AJMPSTART; 重新发送数据,乙机接收程序清单：,ORG 2000H START:MOVTMOD, #20H; T1方式2 MOVTL1, #0FDH MOVTH1, #0FDH; 9600 bps (11.0592MHz) SETBTR1; 启动T1 MOVR0, #20H; 数据单元起始地址 MOVR7, #20H; 接收数据 LOOP:MOVSCON, #50H; 串

17、口方式1, REN=1 NEXT:JNB RI, NEXT; 等待接收完整一帧数据 CLR RI MOV A, SBUF; 接收数据 MOV C, P JNC ERROR; 奇检验, A中1个数应为奇数 ANL A, #7FH; 去掉检验位 MOV R0, A; 保存数据,INCR0; 修改存储单元地址指针 DJNZR7, LOOP ; 全部接收完数据？ AJMPSTART ERROR: MOVR0, #0FFH; 接收数据错误处理 SJMPLOOP,例: 利用串行口方式2编制一发送程序，将片内RAM中60H6FH单元的数据串行发送出去，第9数据位TB8作偶校验位。 根据要求，将串行口设置为方

18、式2、单工发送，则SCON控制字为80H。波特率选为fosc/64。,6.3.3 串行口在方式2下的应用,采用中断方式发送的主程序和中断程序如下： ORG0000H AJMPMAIN ; 转主程序 ORG0023H ; 串口中断服务程序 INCR0; 发送数据地址增1 MOVA, R0 ; 取出待发数据 MOVC, P ; 将奇偶位送TB8 MOVTB8, C MOVSBUF, A ; 发送数据 DJNZR7, SSJS ; 判断数据是否发送完 CLR ES; 发送完关中断 SSJS:CLR TI ; 清中断标志 RETI,MAIN:ORG 0100H ; 主程序 MOV SP, #20H ;

19、 置堆栈指针 MOV SCON, #80H ; 串口设置为方式2 MOV PCON, #00H ; 波特率选为fosc/64 MOV R0, #60H ; 数据块首址送R0 MOV R7, #10H ; 数据块长度送R7 SETB EA ; 开总中断 SETB ES ; 开串行口中断 MOV A, R0 ; 取出待发数据 MOV C, PSW.0 ; 将奇偶位送TB8 MOV TB8, C MOV SBUF, A ; 发送数据 SJMP $ ; 等待中断发下个数据 END,例: 试编制串行口在方式3下接收数据块的程序。设单片机晶振为11.0592MHz，波特率为2400 b/s，接收的数据存在

20、片内RAM的40H起始单元的一段区间内，数据块长度由发送方先发送过来(不超过允许值)，每接收一个数据都核对其奇偶校验位，正确则存储数据，否则给出出错标志。 解：根据要求，设置T1工作于方式2，当SMOD=0时，T1计数初值为F4H。,6.3.4 串行口在方式3下的应用,查询法源程序如下： START:MOV TMOD, #20H ; T1定时方式2 MOV TL1, #0F4H ; 置T1计数初值 MOV TH1, #0F4H; 2400bps (11.0592MHz) SETB TR1 ; 启动T1 MOV SCON, #0D0H ; 串口方式3，允许接收 MOV PCON, #00H ;

21、设SMOD=0 MOV R0, #40H ; 接收数据区首址送R0 JNB RI, $; 等待接收数据块长度 CLR RI ; 接收后清RI MOV A, SBUF ; 数据块长度存R7中 MOV R7, A,DRec:JNB RI, $ ; 等待接收数据 CLR RI ; 清RI MOV A, SBUF ; 将接收字符读入A JB P, PChk ; 进行奇偶位校验 (PSW.0) JB RB8, ERR; P=0, RB8=1 = Err SJMP DSav PChk: JNB RB8, ERR ; P=1; RB8=0 = Err DSav:MOV R0, A ; 校验正确保存数据 IN

22、C R0 ; 存储单元地址增1 CLR F0 ; 设置正确的标志 (PSW.5) DJNZ R7, DRec ; 未接收完，继续 SJMP $ ; 接收完停机 ERR: SETB P ; 置校验出错标志 SJMP $ ; 停机 END,6.3.4 多机通信 双机通信时，两台单片机地位是平等的，此时，两台单片机的串行口均可工作于方式1。 多机通信是指多台单片机间的通信。 在多机通信中，有主机和从机之分。多机通信时，主机发送的信息可以传送到各个从机，而各从机发送的信息只能被主机接收，其主要问题是怎样识别地址和维持主机与指定从机之间的通信。,在串行方式2或方式3条件下，可实现一台主机和多台从机之间的

23、通信，其连接电路如图所示。,1. 多机通信原理 多机通信时，主机向从机发送的信息分为地址帧和数据帧两类，以第9位可编程TB8作区分标志，TB8=1，表示地址；TB8=0，表示数据。,地址范围: 000FFH 串口通信中传送数据为低位在先 (D0D7) 例：上表中传送地址/数据：41H,SM2=0：接收任何信息（包括地址和数据） SM2=1：只有当接收到RB8=1时才接收信息（只收地址祯）,2、多机通信过程：,定义从机地址，000FEH，最多接入255台从机。 从机在初始化过程中，将串行口编程为方式2或3；并使SM2=1，处于只接收地址帧状态。REN=1，允许串行口接收。 主机的TB8设置为1，

24、表示发送地址，发送欲通信的从机地址。 若从机的串行口接收到主机发来的串行地址帧时，由于第9位TB8=1，置中断标志RI为1。,各从机分别响应中断，并进入各自的中断服务程序进行地址核对。 被寻址的从机确认后，将自身的SM2清0，准备和主机通信。地址不符的从机SM2保持为1，无法接收主机的数据。 主机按一定的通信协议确认无误后，进行正式通信。 主机向被寻址的从机发送命令，准备与从机进行一对一通信。,3、多机通信的协议及程序设计：,主机发送地址，从机验证地址，并把地址消息反馈回主机。 主机验证反馈地址，如相符把TB8清0，开始发送数据；如不相符把TB8置1，继续发送地址。,主机呼叫“1号从机”程序：

25、,Num EQU 01H Main: MOV SCON, #98H; 方式2，TB8=1，REN=1 AddrS:MOV SBUF, #Num ; 发送从机地址 MS1:JBC TI, MS2 SJMP MS1 MS2: JBC RI, MR1; 等待1号从机回传地址 SJMP MS2 MR1:MOV A, SBUF; 地址判断 XRL A, #Num JZ YES SJMP AddrS; 地址不匹配，重发从机地址 YES:CLR TB8 ,从机响应呼叫程序,Num EQU 01H SUB:MOVSCON，#0B0H; 方式2，SM2=1, REN=1 SR1:JBCRI，SR2; 接收地址 SJMPSR1 SR2: MOVA，SBUF XRLA，#Num ; 地址判断 JNZ