第8章 80C51单片机串行通信

课程：单片机技术教材：单片机基础教学基本要求：（1）、了解串行通信的基础知识；（2）、熟悉单片机串行口的结构及工作原理；（3）、掌握单片机串行通信控制寄存器的功能；（4）、掌握单片机串行通信的工作方式；教学重点：（1）、串行控制寄存器SCON的功能；（2）、串行工作方式0、1；教学难点：（1）、串行工作方式1的程序设计；第8章80C51单片机串行通信课程：单片机技术教材：单片机基础8.1串行通信基础知识8.1.1异步通信和同步通信在计算机系统中，CPU和外部通信有以下两种方式：（a）并行通信：各数据位同时传送，速度快、效率高；（b）串行通信：数据传送按位顺序进行，成本低、速度慢；串行通信又分为异步和同步方式，单片机中常使用异步通信方式。计算机1计算机2或外设GNDGND计算机1计算机2或外设GNDGND发送接受(a)(b)...课程：单片机技术教材：单片机基础（1）异步串行通信的字符格式异步串行通信以字符为单位，即一次传送一个字符。异步串行通信的字符格式如下：D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D110/1......100第n+1字符帧第n字符帧8位数据起始位停止位奇偶校验(a)D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D111......100第n+1字符帧第n字符帧8位数据起始位停止位奇偶校验111空闲位(b)课程：单片机技术教材：单片机基础（a）信息两种状态分别以mark和space标志，“mark”译为“标号”对应逻辑“1”状态，在发送器空闲时，数据线应保持在mark状态；“space”译为“空格”，对应逻辑“0”状态。（b）起始位：发送器是通过发送起始位而开始一个字符的传送，起始位使数据线处于“SPACE”状态。（c）数据位：起始位之后就传送数据。在数据位中、低位在前（左）、高位在后（右）。数据位可以是5、6、7或8位。（d）奇偶校验位：用于对字符传送作正确性检查，3种可能：奇、偶或无校验。（e）停止位：处于最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于mark状态，停止位可能是1，1.5或2位。课程：单片机技术教材：单片机基础（f）位时间：一个数据位的时间宽度。（g）帧（frame）：从起始位到停止位结束的时间。（2）异步串行通信的信号形式（a）近程通信：采用数字信号直接传送形式，即在传送过程中不改变原数据代码的波形频率。（b）远程通信：采用频率调制法，即以不同频率的载波信号代表数字信号的两种不同电平状态，也称频带传送方式，因此，应采用调制解调器（modem）。（3）串行通信的数据通路形式（a）单工形式（b）半双工形式（c）全双工形式课程：单片机技术教材：单片机基础发送器A站接受器Ｂ站单工通信(a)发收Ａ站发收Ｂ站发收Ａ站发收Ｂ站(b)(c)半双工通信全双工通信（4）串行通信的传送速率波特率：每秒传送数据位的数目（bps）位/秒1波特=1bps(位/秒)课程：单片机技术教材：单片机基础（5）串行接口电路串行接口电路也称之为通用异步接收发送器（UART）。电路组成：（1）接收器；（2）发送器；（3）控制器；主要功能：（1）数据串行化/反串行化，并行数据串行数据；（2）格式信息的插入，滤除；格式信息：启始位，奇偶位，停止位。（3）错误检验用于检验数据通信过程是否正确。课程：单片机技术教材：单片机基础8.280C51串行口8.2.180C51串行口硬件结构80C51串行口硬件结构如图所示TI(发送中断)发送SBUF(99H)接收SBUF(99H)输入移位寄存器TXD串行输出RXD串行输出RI(接收中断)80C51内部总线移位时钟课程：单片机技术教材：单片机基础SBUF：串行口寄存器，专用寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器，具有同一地址（99H）。串行发送时：向SBUF写入数据；串行接收时：从SBUF读出数据；移位寄存器：与接收寄存器构成双缓冲结构。在接收方式下，串行数据通过引脚RXD（P3.0）进入，由于接收SBUF和移位寄存器构成了双缓冲结构，所以，在数据接收过程中，可以避免出现帧重叠错误。在发送方式下，串行数据通过引脚TXD（P3.1）送出。在发送数据时，CPU处于主动状态，不会发生帧重叠错误，因此，发送电路不需要双缓冲结构。TI(发送中断)发送SBUF(99H)接收SBUF(99H)输入移位寄存器TXD串行输出RXD串行输出RI(接收中断)80C51内部总线移位时钟课程：单片机技术教材：单片机基础MCS-51单片机串行口结构如图所示课程：单片机技术教材：单片机基础8.2.2串行口控制机制与串行通信有关的控制寄存器共有3个：（1）串行控制寄存器SCON（字节地址：98H；位地址：9FH～98H）SCON的格式如下：位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI各位功能说明如下：（a）SM0，SM1：串行口工作方式选择位课程：单片机技术教材：单片机基础SM0SM1工作方式000011102113（b）SM2：多机通信控制位多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3处于接收方式时，若SM2=1,且接收到的第9位数据RB8为0时，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1时，则置RI=1。在方式2、3处于接收或发送方式时，若SM2=0，不论接收到的第9位RB8为0还是为1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1处于接收时，若SM2=1，则只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2应为0。课程：单片机技术教材：单片机基础（c）REN：允许接收位它由软件置位或清零。REN=1时，允许接收；REN=0时，禁止接收。（d）TB8：发送数据位8在方式2和方式3中，TB8的内容是要发送的第9位数据，其值由用户通过软件置位或复位。在双机通信时，TB8可做奇偶校验位使用；在多机通信时，常以TB8位的状态表示主机发送的是地址帧还是数据帧（TB8=0，数据帧；TB8=1，地址帧）。（e）RB8：接收数据位8在方式2和方式3中，RB8的内容是接收到的第9位数据，代表着接收数据的某种特征（与TB8功能类似）。课程：单片机技术教材：单片机基础（f）TI发送中断标志位在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之前由硬件置位。因此，TI=1，表示帧发送结束。可用指令JBCTI，rel来查询是否发送结束。TI=1时，也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除TI（TI=0）。（g）RI：接收中断标志位在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位时由硬件置位。因此，RI=1，表示帧接收结束。同TI一样，也可以通过JBCRI，rel来查询是否接收完一帧数据。RI=1时，也可申请中断，响应中断后，必须由软件清除RI。课程：单片机技术教材：单片机基础（2）电源控制寄存器PCON（字节地址87H）电源控制寄存器PCON是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的。SMOD：串行口波特率的倍增位。SMOD=1：串行口波特率加倍，系统复位后SMOD=0。位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号SMOD///GF1GF0PDID（3）中断允许寄存器IE（字节地址0A8H，位地址0AFH～0A8H）ES：串行中断允许位；（a）ES=0：禁止串行中断（b）ES=1：允许串行中断位地址0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8H位符号EA//ESET1EX1ET0EX0课程：单片机技术教材：单片机基础8.380C51串行口工作方式SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可变10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可变MCS-51单片机的串行口有4种工作方式，基本情况如下：从表中可以看出，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，其值由定时器T1的溢出率控制。课程：单片机技术教材：单片机基础8.3.1串行工作方式0在方式0下,串行口作为同步移位寄存器使用，波特率固定为fosc/12，RXD（P3.0）：数据移位的出入口；TXD（P3.1）：提供移位时钟脉冲。移位数据发送,接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前，高位在后。…D0D1D2D3D4D5D6D7…（1）数据发送与接收使用方式0实现数据的移位输入输出时，实际上把串行口变成为并行口使用。串行口作为并行口输入输出使用时，必须要有“并入串出”（CD4014、74LS165）和“串入并出”（CD4094、74LS164）移位寄存器的配合。课程：单片机技术教材：单片机基础（a）串行口作并行口实现数据输出80C51RXDTXDP1.０CLKDATASTBCD4094并行输出课程：单片机技术教材：单片机基础（b）串行口作并行口实现数据输入80C51RXDTXDP1.０CLKQ8P/(/S)CD4014并行输入课程：单片机技术教材：单片机基础（2）应用举例例：使用CD4094的并行输出端接8支发光二极管,利用它的串入并出功能，把发光二极管从左向右依此点亮，并反复循环之。假设发光二极管为共阴极型，电路如图所示。80C51RXDTXDP1.０CLKDATASTBCD4094课程：单片机技术教材：单片机基础解：当串行口把8位状态码串行移位输出后，TI置1，如把TI作状态查询标志，则可使用查询法进行程序设计。ORG1000HMOVSCON，#00H；串行口方式0工作CLRES；MOVA，#80H；发光二极管从左亮起DELR：CLRP1.0；关闭（关）并行输出MOVSBUF，A；串行输出JNBTI，$；状态查询SETBP1.0；开启并行输出ACALLDELAY；状态维持（DELAY延时子程序）CLRTI；清发送中断标志RRA；发光右移AJMPDELR；继续END思考题：如采用中断方法，应如何修改程序？课程：单片机技术教材：单片机基础8.3.2串行工作方式1串行工作方式1是10位为一帧的异步串行通信方式，这种工作方式是为双机通信而准备的。帧格式包括1个起始位，8个数据位和1个停止位。数据发送：是由一条写发送寄存器(SBUF)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加入起始位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发送完后，使TXD输出线维持在1状态下，并将SCON寄存器的TI位置1，通知CPU可以接着发送下一个字符。数据接收：SCON的REN位应处于允许接收状态，即REN＝1。在此前提下，串行口采样RXD端，当采样到从1到0的状态跳变时，就认为已接收到起始位。随后在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入接收寄存器中。直到停止位到来之后置位中断标志位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的一个字符。课程：单片机技术教材：单片机基础8.3.3串行工作方式2和3串行工作方式2和3都是11位为一帧的串行通信方式，即1个起始位、9个数据位和1个停止位。在这两种工作方式下，字符还是8个数据位，只不过增加了一个第9数据位(D8），它是一个可编程位，其功能由用户设定。在发送数据时，应予先在串行口控制寄存器SCON的TB8位中把第9个数据位的内容准备好。这两种工作方式的数据接收过程也与方式1基本类似，不同点仍在第9数据位上，串行口把接收到的前8个数据位移入SBUF，而把第9数据位送SCON的RB8。串行工作方式2和3是为多机通信而准备的。两者的工作过程相同，差别仅在于波特率的设置，方式2的波特率是固定的，而方式3的波特率可由用户根据需要设定，设定方法与方式1相同。课程：单片机技术教材：单片机基础8.4.280C51的波特率1.串行工作方式0的波特率串行工作方式0的波特率是固定的，其值为波特率=fosc/122.串行工作方式2的波特率串行工作方式2的波特率也是固定的，但有两个数值。计算公式为：波特率=fosc×2smod/64其中smod是串行口波特率倍增位SMOD的值。这两种固定的波特率可根据需要选择，而选择的方法是设置PCON寄存器