单片机串行口课件

第六章MCS-51的串行口6.1串行通信基础知识6.2串行口的结构6.3串行口的4种工作方式6.4多机通讯6.5串行口的编程和应用异步通信方式01停止位起始位低位高位7位数据位奇偶校验停止位第N个字符第N-1个字符同步通信方式（SynchronousDataCommunication）同步字符1同步字符2起始数据块（若干字节）校验符1校验符2结束串行通信的波特率波特率（bandrate）是异步通信中每秒钟传送的二进制数码的位数（比特数），单位是位/秒。作用：1、反映串行通信的速率；2、反映对传输通道的要求：波特率越高，要求的传输通道的频带宽度就越宽。异步通信：波特率为每秒传送的字符数和每个字符位数的乘积。6.2MCS-51串行口的结构MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步收发器（UART），也可作为同步移位寄存器。它的帧格式有8位、10位和11位，可以设置为固定波特率和可变波特率，给使用者带来很大的灵活性。发送SBUF(99H)门发送控制器接收控制器＋输入移位寄存器串行控制寄存器(98H)SCON定时器T1接收SBUF(99H)888TIRI内部总线TXD(P3.1)RXD(P3.0)串行口中断串行口内部结构示意简图串行口控制寄存器SCON（1）SCON（98H）（2）PCON（87H）电源控制寄存器PCON中只有SMOD位与串行口工作有关，如下图所示。电源控制寄存器PCON6.3串行口的4种工作方式•方式的选择由SM0、SM1实现。•四种方式的比较：工作方式功能说明波特率方式08位同步移位寄存器常用于扩展I/O口fosc/12方式110位UART起始位0、8位数据、结束位1可变（取决于定时器1溢出率）方式211位UART起始位0、8位数据、奇偶校验位和结束位1fosc/64或fosc/32方式311位UART同上可变（取决于定时器1溢出率）1.串行口方式0—同步移位寄存器方式方式0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。其帧格式如下：•串行数据通过RXD输入或输出，而TXD用于输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。•这种方式不适用于两个8051之间的串行通信，但可以通过外接移位寄存器来实现单片机的I/O接口扩展。串行口方式0的应用（P150，P169）•串行口扩展显示器•【例1】用8位串入并出移位寄存器74HC164扩展显示器。8051TXDRXD+5V74HC164Q7Q1Q0D74HC164Q7Q1Q0D74HC164Q7Q1Q0D(0)(0)(1)(1)(7)(7)功能：把数据从显示缓冲区送到数码管。入口；要显示的数放在以DIS0为首的8个单元中。出口：把预置的数输出以更新原有的显示。编写程序实现：MOVR7，＃08H；显示8个数码管MOVR0，＃DIS0；显示缓冲区未地址送入R0DL0：MOVA，＠R0；取要显示数作查表偏移量MOVDPTR，＃TAB；指向字形表首MOVCA，＠A＋DPTR；查表得字形码MOVSBUF，A；发送显示DL1：JNBT1，DL1；等待发送完一帧CLRTI；清中断标志，准备继续发送DECR0；更新显示单元DJNZR7，DL0；重复显示所有数码管RETTAB：DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4，DB92H，82H，0F8H，80H，90H；5，6，7，8，9，DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；A，B，C，D，E，DB8EH，0BFH，8CH，0FFH；F，－，P，暗74LS165其中A,B,C,D,E,F,G,H并行输入端。QH串行输出端。CLOCK：时钟输入端。CLOCKINHIBIT：时钟禁止端。当时钟禁止端CLK2为低电平时，允许时钟输入。SHIFT/LOAD：移位与置位控制端。SER：扩展多个74LS165的首尾连接端。74LS165是一个并行输入串行输出的移位寄存器。RI图(b)方式0接收电路及时序串行口方式0的应用（P150，P169）•串行口扩展的键盘8051RXDTXD74HC1659vcc2D0D1D2D3D4D5D6D7vcc1•ORG0100H•START：CLRP1.0•;载入数据•NOP;•NOP;•SETBP1.0;数据输出•CLRP1.1;允许时钟输入•RCVI：MOVSCON，＃10H•JNBRI，$•CLRRI•MOVA，SBUF•…；判断键值，散转•OPR0：…LJMPSTARTTAB:AJMPOPR0AJMPOPR1…AJMPOPR72.串行口方式1—10位UART方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位（0），8个数据位和1个停止位（1）。其帧格式为：•方式1真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD（P3.1）引脚发送数据，RXD（P3.0）引脚接收数据。•数据传输波特率由T1的溢出率决定，可用程序设定。•在接收时，停止位进入SCON的RB8。•串行口方式1的发送和接收时序如图（a）和（b）所示。方式1发送和接收时序只有当REN=1时，才能对RXD进行检测。①RI=0。即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被响应，SBUF中数据已被取走。由软件使RI=0，以便提供“接收SBUF已空”的信息。②SM2=0或收到的停止位为1（方式1时，停止位进入RB8）。满足上述两个条件，将接收到的数据装入串行口的SBUF和RB8（RB8装入停止位），并置位RI，通知CPU取数据；如果不满足，接收到的数据不能装入SBUF，这意味着该帧信息将会丢失。接收有效的两个条件：两个单片机之间的通信•通信协议：数据格式、校验方式•波特率•硬件连接8051应用系统（甲）TXDRXDGND8051应用系统（乙）TXDRXDGND2.串行口方式1的应用例:通过MCS-51串行口发送带存放在片内RAM20H～3FH中的数据，要求传送的波特率为1200bps。编写有关的通信程序。fosc=11.0592MHz。分析:取SMOD＝0∴(TH1)＝232＝0E8H设串行口为方式1，定时器/计数器T1为方式2作为串行口的波特率发生器。可以避免计数溢出后用软件重装定时初值的工作。ORG0100HMOVTMOD，#20H；设T1为方式2MOVTL1，#0E8H；T1定时常数MOVTH1，#0E8HSETBTR1；启动T1MOVSCON，#01000000B；设串行口为方式1MOVR0，#20H；设发送数据区首址MOVR7，#32；发送32个ASCII码数据LOOP:MOVA，@R0；取ASCII码数据ACALLSP_OUT；调用串行口发送子程序INCR0；未发送完，则继续DJNZR7，LOOP…主程序：SP_OUT：MOVSBUF，A；带校验位发送JNBTI，$；发送等待CLRTI；清TI标志RET串行口发送子程序：例：B机由串行口接收数据块。解：采用查询方式，本例与上例相呼应，接收器把接收到的32个数据存放在20H－3FH单元内，波特率同上。MOVSCON，#01010000B；设串口方式1，允许接收MOVTMOD，#20H；设置定时器T1为方式2MOVTL1，#0E8H；初值，波特率为1200b/sMOVTH1，#0E8HSETBTR1；启动T1运行MOVR0，#20H；数据存放首地址MOVR7，#32；数据块长度LOOP:ACALLSP_IN；调用接收一帧子程序MOV@R0，A；存放接收的数据INCR0DJNZR7，LOOP……主程序：SP_IN:JNBRI，$；RI由硬件置位CLRRI；软件清除RIMOVA，SBUFRET接收一帧子程序：3.串行口方式2和3—11位UART•方式2和方式3以11位为1帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位，1个附加第9位和1个停止位(1)。其帧格式为：•附加第9位（D8）由软件置1或清0。发送时在TB8中，接收时送RB8中。•方式2的波特率是固定的，为振荡器频率的1/32或1/64。•方式3的波特率则由T1的溢出率决定，可用程序设定。•方式2和方式3的发送、接收时序如图所示。其操作与方式1类似。方式2、方式3发送和接收时序只有当REN=1时，才能对RXD进行检测。•发送前，先根据通信协议由软件设置TB8（如作奇偶校验位或地址/数据标志位），•然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。•串行口能自动把TB8取出，并装入到第9位数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。发送过程•接收时，使SCON中的REN=1，允许接收。•当检测到RXD(P3.0)端有1→0的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。•当满足RI=0且SM2=0，或接收到的第9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，附加的第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，也不置位RI。接收过程例：编制一个发送程序，将片内RAM中50H—5FH的数据串行发送。串行口设定为工作方式2，TB8作奇偶校验位。发送波特率375kb/s，晶振为12MHz,SMOD=1。解：在数据写入发送SBUF之前，先将数据的奇偶标志P写入TB8，此时，第9位数据便可作奇偶校验用。可采用查询和中断两种方式发送。ORG0000HAJMPMAIN;上电，转向主程序ORG0100H;主程序MAIN:MOVSCON，#80H;设工作方式2MOVPCON，#80H;取波特率为fosc/32MOVR0，#50H;首址50H送R0MOVR7，#10H;数值长度送R7LOOP:MOVA，@R0;取数据MOVC，P;P→CMOVTB8，C;奇偶标志送TB8MOVSBUF，A;发送数据WAIT:JBCTI，CONTAJMPWAIT;等待中断标志TI=1CONT:INCR0DJNZR7，LOOP;数值尚未发送完，继续发送下一个数据SJMP$END例：编制一个接收程序，将接收的16B数据送入片内RAM的50H－5FH单元中。设串行口工作在方式2，波特率为375bps。解：源程序如下：MAIN:MOVSCON,#080H;串行口工作于方2;REN=1,可接收MOVPCON,#80H;设SMOD=1MOVR0，#50H;首址50H送R0MOVR7，#10H;数值长度送R7SETBREN；启动接收WAIT:JBCRI,PR1;接收完一帧数据，清RI，转PR1SJMPWAIT;否则等待PR1:MOVA,SBUF;读入数据JNBP,PNP;P=0，转PNPJNBRB8,ERR;P=1，RB8=0，转出错处理SJMPRIGHTPNP:JBRB8,ERR;P=0，RB8=1，转出错处理RIGHT:MOV@R0,A;数据送内存INCR0;修改地址指针DJNZR7,WAIT;数据未接收完，;继续接收下一个数据CLRF0;置正确接收完毕标志F0=0SJMPENDTERR:SETBF0ENDT:SJMP$4.波特率的设定•在串行通信中，要求收发双方接收和发送数据的波特率必须一致。通过软件对MCS-51串行口编程可约定四种工作方式。其中，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，由定时器T1的溢出率来决定(T1每秒溢出的次数)。•串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输入的移位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也不同。（1）方式0的波特率•由下图可见，方式0时，每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。因此，波特率固定为振荡频率的1/12，并不受PCON寄存器中SMOD位的影响。串行口方式0波特率的产生（2）方式2的波特率•方式2波特率取决于PCON中SMOD位的值：SMOD=0时，波特率为fosc的1/64；SMOD=1时，波特率为fosc的1/32。•即:方式2波特率≌(2SMOD/64)×fosc•fosc=12MHz，SMOD=0，187.5kbps•SMOD=1，375kbps（3）方式1和方式3的波特率•方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1产生，如图所示。因此，MCS-51串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD