第5章80C51单片机的串行口

2020/2/251第5章80C51单片机的串行口计算机串行通信基础5.180C51单片机的串行口5.280C51单片机的串行口应用5.32020/2/2525.1计算机串行通信基础通信：并行通信与串行通信并行通信T0T1T2T3T4T5T6时钟D0D1D5D6D7:::10110T7接收设备发送设备选通状态0110110101101101特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。2020/2/253串行通信T0T1T2T3T4T5T6时钟D71T71111000D6D5D4D3D2D1D0数据线发送设备接收设备D7D6D5D4D3D2D1D001D0D1D2(1)01101101TXDRXD特点：传送控制复杂、速度慢，传输线少，成本低2020/2/254异步通信与同步通信收、发设备时钟独立，以字符(帧)为单位传输5.1.1串行通信的基本概念11100110110100100010100100101110011010以“0”作为起始以“1”作为停止各帧间隔时间任意发送设备接收设备TXDRXD异步通信2020/2/255异步通信帧格式停止位数据位校验位起始位D0D7空闲下一字符起始位空闲一个字符帧起始位（１位）；数据位（８位）；奇偶校验位（１位，可无校验位）；停止位（１位）。特点易于实现效率不高同步通信（发、收时钟直接连接，效率高。板内元件间的SPI接口）2020/2/256串行通信的传输方向单工接收发送半双工时间1时间2发送接收发送接收全双工发送接收发送接收80C51有1个全双工串行口2020/2/257信号的调制与解调DCEDTE电话网DCEDTERS-232CRS-232CDTE：数据终端设备DCE：数据通信设备调制解调器调制解调2020/2/258串行通信的错误校验奇偶校验发送字符时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或0）。奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。2020/2/259代码和校验发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生的校验和字节附加到数据块的末尾。接收方在接收数据时要对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与收到的“校验和”进行比较，相符则无差错，否则就认为传送过程出现了差错。2020/2/2510传输速率与传输距离传输速率比特率：每秒钟传送的信息量。单位：位／秒（bps）波特率：每秒钟传送码元数目，单位：波特（Baud）基带传输（每个码元带有“1”或“0”这1bit信息，传码率与传信率相同），波特率和比特率是相同的。常用波特率为：2400、4800、9600、14.4K、19.2K等传输距离与传输速率的关系传输距离随波特率的增加而减小。2020/2/25115.1.2串行通信接口标准RS-232C定义的是DTE与DCE间的接口标准。机械特性96512514131DB-25（阳头）连接器DB-9（阳头）连接器阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧2020/2/2512功能特性插针序号信号名称功能信号方向1PGND保护接地2（3）TXD发送数据（串行输出）DTE→DCE3（2）RXD接收数据（串行输入）DTE←DCE4（7）RTS请求发送DTE→DCE5（8）CTS允许发送DTE←DCE6（6）DSRDCE就绪（数据建立就绪）DTE←DCE7（5）SGND信号接地8（1）DCD载波检测DTE←DCE20（4）DTRDTE就绪（数据终端准备就绪）DTE→DCE22（9）RI振铃指示DTE←DCE2020/2/2513电气特性RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3～-15V）为逻辑“1”，（+3～+15V）为逻辑“0”。-3V～+3V是未定义的过渡区。试比较：+25+3-3-25Vt010101+520.80Vt101010RS232电平TTL电平电平转换电路（如MAX232）。2020/2/2514过程特性远程通信，需要调制解调器计算机MODEMMODEMTXDRXDRTSTXDRTSDSR电话线DSRRXD计算机2020/2/2515近程通信，不需要调制解调器计算机乙计算机甲TXDTXDRXDRXD计算机乙计算机甲TXDTXDRXDRXD4562045620无联络线方式联络线短接（伪连接）方式2020/2/2516RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路早期常用MC1488、MC1489近期常用MAXM232：片内带有自升压电路仅需+5V电源内含2个发送器，2个接收器2020/2/2517采用RS-232C接口存在的问题传输距离短、速率低通常不超过15米，速率20Kbps有电平偏移RS-232收发共地，地电流会使电平偏移出现逻辑错误。抗干扰能力差RS-232常用单端输入，易混入干扰。（故用大摆幅）新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛！2020/2/25185.280C51单片机的串行口5.2.180C51串行口的结构1个全双工串口：通信或接口扩展≥1SBUF发送控制器接收控制器移位寄存器控制门TIRITXDRXD去中断逻辑SMOD01TH1TL1÷2÷16SBUFT1溢出率写SBUF读SBUF99H99H接收发送缓冲器逻辑同名、物理分开；接收双缓冲。2020/2/25195.2.280C51串行口的控制寄存器串行口控制寄存器SCONSM0和SM1：工作方式选择位76543210SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI字节地址：98HSM0SM1方式说明波特率000移位寄存器fosc/1201110位UART（8位数据）可变10211位UART（9位数据）fosc/64或fosc/3211311位UART（9位数据）可变2020/2/2520SM2：多机通信控制位SM2=1时,接收机处于地址帧筛选状态。若RB8＝1，该地址帧信息可进入SBUF，并使RI为1，进而在中断服务中再进行地址号比较;若RB8＝0，该帧不是地址帧，应丢掉，且保持RI=0。SM2=0时，接收机处于地址帧筛选被禁止状态。不论收到的RB8为0或1，均可以使收到的信息进入SBUF，并使RI=1。此时的RB8通常为校验位。REN：串行接收使能位，软件置1时，启动接收过程2020/2/2521TB8：多机方式发送的第9位多机方式的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。RB8：多机方式接收的第9位多机方式的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。TI：发送中断标志位，要由软件清0RI：接收中断标志位，要由软件清02020/2/2522电源控制寄存器PCONSMOD：波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。76543210PCONSMOD字节地址：97H2020/2/25235.2.380C51串行口的工作方式方式0：同步移位寄存器，用于扩展并行口RXD：输入或输出引脚TXD：移位脉冲输出接收和方式都是8位波特率固定为：fosc/122020/2/2524D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUFRXD（数据）TXD（移位脉冲）TI（中断标志）TCY数据输出：74LS164RXDTXDP1.080C51CRCPABGNDCLR用于对74LS164清02020/2/2525数据输入：REN=1RXD（数据输入）TXD（移位脉冲）RI=0D0D1D2D3D4D5D6D774LS165RXDTXDP1.080C51S/LCPQGNDINHS/L负脉冲将并行数据装入，高电平时启动单片机进行数据输入。2020/2/2526方式1：10位帧，用于双机通信停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位起始位：1位数据位：8位停止位：1位2020/2/2527串行发送：（写SBUF启动发送过程）D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始串行接收：(置REN=1启动接收过程)D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXDRI（中断标志）起始位采样脉冲2020/2/2528方式2和方式3：11位帧，用于多机通信起始位：1位数据位：9位停止位：1位停止位数据位9位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共11位RB8/TB82020/2/2529串行发送：（写SBUF启动发送过程）串行接收：(置REN=1启动接收过程)D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始TB8RI（中断标志）位采样脉冲D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXD起始RB82020/2/25305.2.480C51波特率确定与初始化步骤波特率的确定波特率的计算固定波特率：方式0波特率=fosc/12方式2波特率=（2SMOD/64）*fosc可变波特率：方式1波特率=（2SMOD/32）*（T1溢出率）方式3波特率=（2SMOD/32）*（T1溢出率）T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}2020/2/2531波特率的选择波特率要选择标称值，由于TH1的初值是整数，为了减小波特率计算误差，晶振频率要选为11.0592MHz。方式1和方式3波特率与TH1初值的对应关系：波特率/（b/s）19.2k9600480024001200TH1初值FDHFDHFAHF4HE8HSMOD100002020/2/2532串行口初始化步骤确定T1的工作方式（TMOD）计算T1的初值，装载TH1、TL1启动T1（置位TR1）确定串行口工作方式（SCON）串口中断设置（IE、IP）2020/2/25335.380C51单片机的串行口应用5.3.1利用单片机串口的并行I/O扩展80C51RXD74LS164&QAQBQCQDQEQFQGQHA+5VabcdefgdpabcdefgdpTXDBCP74LS164QAQBQCQDQEQFQGQHABCPABCP74LS164P1.2P1.1P1.001234567FEDCBA98300Ω×2QAQBQCQDQEQFQGQH串口无通信需求时！2020/2/2534硬件连接近程连接（直连）5.3.2单片机与单片机间的通信TXDRXD80C51TXDRXD80C51GNDGNDR2INT2OUTTXDRXDMAX232AT1INGNDR2OUTT1OUT80C51TXDRXD80C51GNDR1INT2OUTMAX232AGNDR2INR1OUTA机B机T2IN远程连接(电平转换)2020/2/2535T1INR1OUTT1OUTR1INT2INR2OUTT2OUTR2INMAX232+13+45+2+10V+6-10V16141378910111215TXDRXD80C51235+5V电平转换器件与接线2020/2/2536通信协议串口方式1，2400Baud，T1定时方式2，晶振选11.0592MHz，查表知：TH1=TL1=F4H，SMOD=0A机发“E1”联络，B机同意接收发“E2”响应A机收到“E2”后，发数据块及校验字节。B机接收数据块及校验字节，判传输是否正确正确时向A机发送“00H”，否则发送“FFH”A机接收到“00H”则本次传输结束。否则重新传输数据2020/2/2537流程图设置波特率启动定时器T1开始设置串口工作方式B机允许发送？N发送“E1”联络信号发送数据块YB机接收正确？NY返回设置波特率启动定时器T1开始设置串口工作方式A机请求发送？N等待A机联络接收数据块Y接收正确？NY返回发送应答信号发送出错标志发送正确标志2020/2/25385.3.3单片机与PC机间的通信硬件连接TXDRXD80C51TXDRXD单片机PC机GNDGND235325直通连接MAX232直接连接TXDRXD80C51TXDRXD单片机PC机GND23525交叉连接MAX232GND3交叉连接2020/2/2539通信协议串口方式1，1200Baud，T1定时方式2，晶