第二章单片机串行通信概述3

PC机与单片机的通讯技术第二章单片机串行通信概述目录2.22.12.3个人计算机中的串行接口串行通信的基本概念串行通信的接口标准2.4单片机中的串行口2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制80C51内部有一个可编程全双工串行通信接口。该部件不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用。图80C51串行口结构框图发送SBUF(99H)接收SBUF(99H)同步时钟门电路发送控制器接收控制器输入移位寄存器串行口控制寄存器(98H)内部总线≥1串行口中断TIRITXD(P3.1)RXD(P3.0)2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制2.串行控制寄存器SCON串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位寻址的8位特殊功能寄存器。其格式如图所示。D1D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制ØSM0SM1：串行口工作方式选择位。其状态组合所对应的工作方式如表所示。2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制ØSM2：多机通信控制器位。在方式0中，SM2必须设成0。在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只有接收到有效的停止位“1”时，RI才能被激活成“1”(产生中断请求)。在方式2和方式3中，若SM2=0，串行口以单机发送或接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活并产生中断请求；若SM2=1，RB8=1时，RI被激活并产生中断请求。ØREN：串行接受允许控制位。该位由软件置位或复位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制ØTB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位由软件置位或复位。在方式2和方式3时，TB8是发送的第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=1表示地址，TB8=0表示数据。TB8还可用作奇偶校验位。ØRB8：接收数据第9位。在方式2和方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。RB8也可用作奇偶校验位。在方式1中，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。在方式0中，该位未用。2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制ØTI：发送中断标志位。TI=1，表示已结束一帧数据发送，可由软件查询TI位标志，也可以向CPU申请中断。注意：TI在任何工作方式下都必须由软件清0。ØRI：接收中断标志位。RI=1，表示一帧数据接收结束。可由软件查询RI位标志，也可以向CPU申请中断。注意：RI在任何工作方式下也都必须由软件清0。Ø在AT89C51中，串行发送中断TI和接收中断RI的中断入口地址是同是0023H，因此在中断程序中必须由软件查询TI和RI的状态才能确定究竟是接收还是发送中断，进而作出相应的处理。单片机复位时，SCON所有位均清0。2.4单片机中的串行口2.4.1串行口的结构和控制3、电源控制寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称SMOD－－－GF1GF0PDIDLPCON：串行口波特率倍增位。在工作方式1～工作方式3时，若SMOD=1，则串行口波特率增加一倍。若SMOD=0，波特率不加倍。系统复位时，SMOD=0。2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式80C51串行通信共有4种工作方式，它们分别是方式0、方式1、方式2和方式3，由串行控制寄存器SCON中的SM0SM1决定，如表所示。SM0SM1工作方式功能说明000同步移位寄存器输入/输出，波特率固定为fosc/1201110位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n，n=32或16)10211位异步收发，波特率固定为f0sc/n，n=64或32)11311位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n，n=32或16)2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式一、方式0方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，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。（1）发送：TI=0时，将一个数据写入串行口发送缓冲器SBUF时，8位数据由低位到高位从RXD引脚送出，TXD发送同步脉冲。发送完后，由硬件置位TI。（2）接收：RI=0，REN=1时启动接收，数据从RXD输入，TXD输出同步脉冲。8位数据接收完，由硬件置位RI。2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式REN=1RXD（数据输入）TXD（移位脉冲）RI=0D0D1D2D3D4D5D6D71、方式0发送D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUFRXD（数据）TXD（移位脉冲）TI（中断标志）2、方式0接收2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式二、方式1方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式二、方式1(1)数据发送当TI=0时，执行“MOVSBUF，A”指令后开始发送，由硬件自动加入起始位和停止位，构成一帧数据，然后由TXD端串行输出。发送完后，TXD输出线维持在“1”状态下，并将SCON中的TI置1，表示一帧数据发送完毕。D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式二、方式1(2)数据接收RI=0，REN=1时，接收电路以波特率的16倍速度采样RXD引脚，如出现由“1”变“0”跳变，认为有数据正在发送。在接收到第9位数据（即停止位）时，必须同时满足以下两个条件：RI=0和SM2=0或接收到的停止位为“1”，才把接收到的数据存入SBUF中，停止位送RB8，同时置位RI。若上述条件不满足，接收到的数据不装入SBUF被舍弃。在方式1下，SM2应设定为0。D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXDRI（中断标志）起始位采样脉冲2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式三、方式2和方式3方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。方式2和方式3时起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32，方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。停止位数据位9位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共11位RB8/TB82.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式1、方式2和方式3发送D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始TB8发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位（D0）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第9位上，以后每次移位，左边都移入1。当停止位移至输出位时，左边其余位全为1，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置TI=1，向CPU请求中断。2.4单片机中的串行口2.4.2串行口的工作方式2、方式2和方式3输入接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，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。RI（中断标志）位采样脉冲D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXD起始RB82.4单片机中的串行口2.4.3波特率的计算与串行口初始化1、波特率的计算⑴方式0的波特率是固定的：波特率=fosc/12⑵方式2波特率取决于SMOD波特率=2SMOD/32×T1的溢出率方式2波特率=2SMOD/64×foscSMOD=0时，波特率=fosc/64，SMOD=1时，波特率=fosc/32⑶方式1、3波特率取决于T1的溢出率SMOD=0时，波特率=T1的溢出率/32，SMOD=1时，波特率=T1的溢出率/162.4单片机中的串行口2.4.3波特率的计算与串行口初始化1、波特率的计算T1的溢出率=计数速度/（2K-初值）K为定时器T1的位数T1为定时器时：T1的溢出率=fosc/[12×（2K-初值）]工作于方式1、3时波特率：波特率=2SMOD/32×T1的溢出率=2SMOD/32×fosc/[12×（256-初值）]2.4单片机中的串行口2.4.3波特率的计算与串行口初始化1、波特率的计算在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。2.4单片机中的串行口2.4.3波特率的计算与串行口初始化2、串行口的初始化串行口工作之前，应对其进行初始化，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：确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；计算T1的初值，装载TH1、TL1；启动T1（编程TCON中的TR1位）；确定串行口控制（编程SCON寄存器）；串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。2.4单片机中的串行口4种方式比较：方式波特率传送位数发送端接收端用途01/12fosc（固定不变）8（数据）RXDRXD接移位寄存器，扩充并口12SMOD/32T1溢出率10（起始位、8位数据位、停止位）TXDRXD单机通讯22SMOD/64fosc11（第9位为1：地址；为0：数据）TXDRXD多机通讯32SMOD/32T1溢出率11位（同方式2）TXDRXD多机通讯2.4单片机中的串行口例子将89C51单片机的TXD接RXD，实现单片机串行口数据自发自收，并将接收的数据通过P1口输出到发光二极管显示。系统时钟频率为11.0592MHz，自发自收的波特率为2400bps。编写程序：要求单片机串行口工作在方式1，从TXD发送数据到0x55H，从RXD将该数据读回，并送P1口通过8个发光二极管显示。2.4单片机中的串行口#includereg51.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintmain(){uchari=0x55;uintj=0;TMOD=0x20;//设置定时器1工作在模式2TL1=0xF4;TH1=0xF4;//设置定时器1初值PCON=0x00;SCON=0x50;//选择工作方式1，使能收发功能TR1=1;//启动定时器1while(1){SBUF=i;//发送数据while(!TI);//等待发送数据返回RI=0;//软件将标志位RI清0TI=0;//将标志位TI清0i=SBUF;//读取接收数据P1=i;//送入P1口显示i=~i;//将发送数取反for(j=0;j12500;j++);}}2.4单片机中的串行口小结①用于串行口通信控制的主要寄存器是SCON，可以设定4种工作方式、接收允许、发送/接收标志、2个可编程位、1个多机通讯位。②串行通信方式0，主要用于单片机I/O接口的扩展，在数据的输入和输出控制中，RXD作为数据线，TXD输出同步时钟脉冲。而且，在方式0下，以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。③方式1的数据帧格式是10位，其中，一个起始位，8个数据位和一个停止位。发送时由SBUF=counter启动发送过程;发送完成后由硬件TI置位；接收时只要接收位REN=1即可启动接收过程，接收后由硬件TI置位，数据存入SBUF。2.4单片机中的串行口小结④