第7章串行口

第7章89C51的串行口三峡大学理学院物理系讲授:罗志会2010.04.101、什么叫串行通信？在生活中同学们排横队行走——并行；排纵队行走——串行。计算机中在传输信息、数据时也有并行、串行的问题。0010001001P1.0P1.1P1.2P1.3RXDTXD单片机外设1外设211111101010002、同步通信、异步通信*串行通信基础知识同步——发送设备时钟与接收设备时钟严格一致,包括频率和相位,无须设置起始位。异步通信:以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符间隔不固定，只需字符传送速度基本相同。①.异步通讯常用格式：一个字符帧D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位②.异步通讯双方的两项约定（1）字符格式规定(一帧)：数据位，校验位，起始位和停止位。（2）波特率(位/秒)对传送速率的规定例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。解：B=120X10=1200波特，每位0.83ms数据位传输率=120X8=960位/秒全双工的异步通讯串行口。4种工作方式,波特率由片内定时器/计数器控制。每发送或接收一帧数据，均可发出中断请求。除用于串行通讯，还可用来扩展并行I/O口。7.1串行口的结构串行口内部结构如下图，两个物理上独立地接收和发送缓冲器，可同时收、发数据。两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址：SBUF（99H）。控制寄存器共两个：特殊功能寄存器SCON和PCON。1.发送器：并→串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。2.接收器：串→并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。3.控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：字符格式、波特率、校验方式等。（1）SM0、SM1——串行口4种工作方式的选择位SM0SM1方式功能说明000同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）0118位异步收发，波特率可变（由定时器控制）1029位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/321139位异步收发，波特率可变（由定时器控制）（2）SM2——多机通信控制位用于方式2或3中。7.1.1串行口控制寄存器SCON*当串行口以方式2或方式3接收如果SM2=1，只有当接收到的第9位数据（RB8）为“1”时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置“1”RI，产生中断请求；当接收到的第9位数据（RB8）为“0”时，则将接收到的前8位数据丢弃。如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，置“1”RI，产生中断请求。*在方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活RI。*在方式0时，SM2必须为0。（3）REN——允许串行接收位由软件置“1”或清“0”。REN=1允许串行口接收数据。REN=0禁止串行口接收数据。（4）TB8——发送的第9位数据方式2和3时，TB8存放是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作地址帧或数据帧的标志。如：=1为地址帧,=0为数据帧（5）RB8——接收到的第9位数据方式2和3时，RB8存放接收到的第9位数据。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。（6）TI——发送中断标志位方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”，其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响应中断后,向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须由软件清0。（7）RI——接收中断标志位方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。其它工作方式，串行接收到停止位时，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断,CPU从接收SBUF取走数据。该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。7.1.2特殊功能寄存器PCON字节地址为87H，没有位寻址功能。SMOD：波特率选择位。例如：方式1的波特率的计算公式为：方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率也称SMOD位为波特率倍增位。7.2串行口的4种工作方式7.2.1方式0同步移位寄存器输入/输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。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。波特率固定为fosc/12。帧格式如下：1．方式0发送当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先,TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据置“1”中断标志位TI。时序如图7-5所示。2．方式0接收REN=1，接收数据，REN=0，禁止接收。向串口的SCON写入控制字时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当收到8位数据时置“1”RI。表示一帧数据接收完，时序如图：方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”，可用如下指令：CLRTI；TI位清“0”CLRRI；RI位清“0”方式0时，SM2位必须为0。数据输入RXD9TXD移位脉冲274LS1658051654314131211数据输出RXD12TXD移位脉冲74LS16488051345610111213方式0用于扩展单片机的并行I/O接口。串行口实现：并行→串行的数据转换74LS164/74LS165实现：串入/并出;并入/串出。D0D1D2D3D4D5D6D7D7D6D5D4D3D2D1D0方式0用于扩展单片机+74LS164实现串入/并出ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSCON,#0FIRST:MOVDPTR,#TABLELOOP:CLRAMOVCA,@A+DPTRCJNEA,#3,NEXTLJMPFIRSTNEXT:CPLAMOVSBUF,ALOOP1:JBCTI,LOOP2LJMPLOOP1LOOP2:LCALLDELAYINCDPTRLJMPLOOPDELAY:MOVR4,#10HDL1:MOVR5,#40HDL2:MOVR6,#0FFHDJNZR6,$DJNZR5,DL2DJNZR4,DL1RETTABLE:DB1,2,4,8DB10H,20H,40H,80HDB1,2,4,8DB10H,20H,40H,80HDB0,0FFH,0,0FFHDB3END7.2.2方式1SM0、SM1=01方式1一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（1），先发送或接收最低位。帧格式如下：方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率SMOD为PCON寄存器的最高位的值（0或1）。1．方式1发送方式1输出时，数据由TXD输出，一帧信息为10位，1位起始位0，8位数据位（先低位）和1位停止位1。*当执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令，就启动发送。图中TX时钟的频率就是发送的波特率。*发送开始时，内部发送控制信号变为有效。将起始位向TXD输出，此后，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完毕后，置“1”TI。方式1发送数据的时序，如图7-8所示。2．方式1接收数据从RXD（P3.0）脚输入。当检测到起始位的负跳变时，开始接收数据。定时控制信号有两种）：接收移位时钟（RX时钟，频率和波特率相同）和位检测器采样脉冲（频率是RX时钟的16倍，1位数据期间，有16个采样脉冲），当采样到RXD端从1到0的跳变时就启动检测器，接收的值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲时采样）进行表决以确认是否是真正的起始位（负跳变）的开始。当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，接收才真正有效。⑴RI=0，即上一帧数据接收完成后，通过RI=1发出的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或收到的停止位=1（方式1时，停止位已进入RB8），则收到的数据装入SBUF和RB8（RB8装入停止位），且置“1”中断标志RI。若这两个条件不同时满足，收到的数据将丢失。7.2.3方式29位异步通信接口。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位（先低位），1位可程控的第9位数据和1位停止位。帧格式如下。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc1．方式2发送发送前，先根据通讯协议由软件设置TB8（例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位）。方式2发送数据波形如图所示。例7-1方式2发送在双机通讯中的应用。下面的发送中断服务程序，是在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶校验位写入TB8，以保证采用偶校验发送。PIPTI：PUSHPSW；现场保护PUSHAccSETBRS1；选择第2组工作寄存器区CLRRS0CLRTI；发送中断标志清“0”MOVA，@R0；取数据MOVC,P；校验位送TB8,采用偶校验MOVTB8,CMOVSBUF,A；启动发送INCR0；数据指针加1POPAcc；恢复现场POPPSWRETI；中断返回2．方式2接收SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测到RXD从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，开始收一帧信息。在接收器完第9位数据后，需满足两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF。（1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。（2）SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1时。当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，并置“1”RI。若不满足两个条件，接收的信息将被丢弃。方式2接收数据的时序如图所示。例7-2方式2接收在双机通讯中的应用。本例与上例相对应。若第9位数据为校验位，在接收程序中作偶校验处理，设1组寄存器区的R0为数据缓冲器指针。PIRI:PUSHPSWPUSHAccSETBRS0；选择1组寄存器区CLRRS1CLRRIMOVA,SBUF；收到数据送AMOVC,PJNCL1；C＝0。跳L1JNBRB8,ERP；ERP为出错处理程序AJMPL2L1:JBRB8,ERP；RB8＝1，跳ERPL2:MOV@R0,AINCR0POPAccPOPPSWAJMPCLOSEERP:………；出错处理程序段………CLOSE:RETI7.2.4方式3SM0、SM1=11波特率可变的9位异步通讯方式，除波特率外（与方式1同），方式3和方式2相同。方式3的时序见方式2。7.3多机通讯要保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯，必须保证串口具有识别功能。SCON中的SM2位就是满足这一条件而设置的多机通讯控制位。原理：在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，表示置多机通讯功能位，这时有两种可能：（1）接收到的第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置中断标志RI=1向CPU发出中断请求；（2）接收到的第9位数据为0时，则不产生中断标志，信息将抛弃。若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。应用上述特性，便可实现89C51的多机通讯。设多机系统中有一主机和3个8031从机，如下图。主机的RXD与从机的TXD相连，主机TXD与从机的RXD端相连。从机地址分别为00H、01H、02H。多机通讯工作过程：（1）从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。（2）主机先将从机地址（即准备接收数据的从机）发给各从机,主机发出的地址信息的第9位为1，各从机接收到的第9位信息RB8为1，且由于SM2=1，则置“1”RI，各从机响应中断，执行中断程序。在中断服务子程序中，判主机送来的地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若不符，则保持SM2=1状