AT89S52串行通信

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1、 1AT89S52串行通信 学习目标： 了解串行通信的基本知识 掌握串行口的工作方式 掌握波特率的设计 掌握串行口工作方式的应用 掌握程序调试的基本方法和技巧。 技能目标： 会对串行口进行初始化。 会计算串行口通信波特率。 能够实现单片机与单片机之间、单片机和 PC 机之间的通信。 项目一 单片机点对点通信 第一部分 项目要求 利用 AT89S52 实现单片机点对点通信。要求将存放在甲机的数据存储器 20H27H 单元中数据，首先在甲机上显示，然后发送到 PC 机，进而再发送到乙机，以实现单片机与PC 机和单片机与单片机之间的通信。 第二部分 相关知识 一、 串行通信基本知识 （一） 串行通信

2、基本概念 串行通信的特点是：数据是按位的顺序进行传送，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢。计算机与外界的数据传送大多数是串行的，其传送的距离可以从几米到几千公里。并行通信的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少数据位，就需多少根数据线，因此传送成本高。 串行数据通信共有以下几种数据通路形式。 1单工 (Simplex)形式 单工形式的数据传送是单向的。通信双方中一方固定为发送端，另一方则固定为接 2 收端。单工形式的串行通信，只需要一条数据线。如图 5.1(a)所示。例如计算机与打印机之间的串行通信就是单工形式，因为只能是计算机向打印机传送数据，而不可能有相

3、反方向的数据传送。 2半双工 (Half-duplex)形式 半双工形式的数据传送也是双向的。但任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。 因此半双工形式既可以使用一条数据线， 也可以使用两条数据线。 如图 5.1(b)所示。 3全双工 (Full-duplex)形式 全双工形式的数据传送是双向的，且可以同时发送和接收数据，因此全双工形式的串行通信需要两条数据线。如图 5.1 (c)所示。 图 5.1 串行通信的数据通路形式 （二） 串行通信基本通信方式 按照串行数据的同步方式，串行通信可分为异步通信方式和同步通信方式。 1异步通信方式 异步通信用起始位 “0”表示字符的开始，然后由低

4、位到高位逐位传送数据，最后用停止位 “1”表示字符结束，见图 8.2。异步通信数据传送按帧传送。图 5.2（ a）中一帧信息包括 1 位起始位、 8 位数据位和 1 位停止位。图 5.2（ b）中数据位增加到 9 位。在 AT89S52中，第九位数据 D8 既可以用作奇偶校验位，也可以用作地址 /数据帧标志， D8 1 表示该帧信息传送的是地址， D8=0 表示传送的是数据。两帧信息之间可以无间隔，也可以有间隔，且间隔时间可任意改变，间隔用空闲位 “1”来填充。 帧（ frame） ：从起始位开始到停止位结束的全部内容称之为一帧，帧是一个字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式称之为帧

5、格式。 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逻辑 “0”状态。 数据位：起始位之后就传送数据位。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。 奇偶校验位：用于对字符传送作为正确性检查。共有 3 种可能，即奇校验、偶校验和无 3校验。 停止位：停止位在最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于逻辑 “1”状态。停止位可能是 1、 1. 5 或 2 位。 在实际应用中通信的双方根据需要，在通信发生之前确定上述内容。 图 5.2 异步通信的数据格式 2同步通信方式 在同步通信中，每一数据块开头时发送一个或两个同步字符，使

6、发送与接收双方取得同步。数据块的各个字符间，取消了每一个字符的起始位和停止位，所以通信速度得以提高，见图 5.3。同步通信时，如果发送的数据块之间有间隔时间，则发送同步字符填充。 图 5.3 同步通信的数据格式 二、 串行通信总线标准及其接口 在设计通信接口时，根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、电平转换等问题。根据传输距离不同，可以选择不同的总线标准。如果是短距离传送，只需要 TX、 RX 和 4 GND 三根线，见图 5.4（ a） ；如果距离在 15 米左右，采用 RS-232 标准接口，可提高信号幅度加大传送距离，见图 5.4（ b） 。如果是长距离传送，可采用 RS-485 标准。

7、 图 5.4 两种串行通信连接示意图 （一） RS-232C 标准 RS-232C 标准是美国 EIA（电子工业联合会）与 BELL 等公司一起开发的于 1969 年公布的通信协议，它规定了串行数据传送的连接电缆、机械特性、电气特性、信号功能及传送过程的标准。 1电气特性 RS-232 标准对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在数据线上，逻辑 “1”的电平界于 -3-15V 之间，逻辑 “0”的电平界于 +3+15V 之间；对于控制信号，接通状态（ ON）即信号有效的电平界于 +3V+15V 之间，断开状态（ OFF）即信号无效的电平界于 -3-15V 之间。介于 -3V 和 +3

8、V 之间的电压无意义，低于 -15V 或高于 +15V 的电压也无意义。实际工作时，电平应保证在正负 315V 之间。 EIA-RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的 TTL 器件连接，必须在 EIA-RS-232C 与TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的转换。目前广泛使用集成电路转换器件，如MC1489、 SN75154 芯片可实现 EIA 电平到TTL 电平的转换，而MC1488、 SN75150 可完成 TTL 到 EIA 电平的转换。 MAX232 芯片可完成 TTL 到 EIA 双向电平的转换。见图

9、5.5。 图 5.5 TTL 到 EIA 电平的转换 52信号接口 与 RS-232C 相匹配的连接器有 DB-25、 DB-9，其引脚定义各不相同，下面只介绍DB-9 连接器。见图 5.6。 DB9 的引脚定义见表 5.1。 图 5.6 DB9 的引脚示意图 表 5.1 引脚定义 引脚 信号名 功 能 1 DCD 载波检测 2 RXD 接收数据 3 TXD 发送数据 4 DTR 数据终端准备就绪 5 GND 信号地线 6 DSR 数据准备完成 7 RTS 发送请求 8 CTS 发送清除 9 RI 振铃指示 （二） AT89S52 串行口结构与控制 1串行口结构 AT89S52 单片机有一个全

10、双工的串行口， 可作为通用异步接收和发送器 （ UART） 用，也可作同步移位寄存器用。 AT89S52 串行口主要由两个物理上独立的串行数据缓冲寄存器 SBUF、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门组成。见图 5.7。发送缓冲器 SBUF 只能写，不能读；接收缓冲器 SBUF 只能读，不能写。两个缓冲寄存器共用一个地址 99H，可以用读 /写指令区分。 AT89S52 单片机通过引脚 RXD（ P3.0）和引脚 TXD(P3.1)与外界进行通信。 AT89S52 串行 I/O 接口的基本工作过程是：发送时，将 CPU 送来的并行数据转换成一定格式的串行数据，从引脚 TXD（ P

11、3.1）上按规定的波特率逐位输出；接收时，要监视引脚 RXD（ P3.0） ，一旦出现起始位 “0”，就将外围设备送来的一定格式的串行数据转 6 换成并行数据，等待 CPU 读入。 接收缓冲器是双缓冲的，是为了避免在接收下一帧数据之前， CPU 未能及时响应接收器的中断把上一帧数据读走，而产生两帧数据重叠的问题而设置的双缓冲结构。对于发送缓冲器，为了保持最大传输率，一般不需要双缓冲，这是因为发送时 CPU 是主动的，不会产生写重叠的问题。 图 5.7 AT89S52 串行口结构 2串行口控制 AT89S52 串行口是可编程口，对其编程即是将控制字写入控制寄存器 SCON 和PCON。 （ 1）

12、串行口控制寄存器 SCON（ 98H） 串行口控制寄存器 SCON 是一个特殊功能寄存器，字节地址 98H，有位寻址功能。SCON 格式如下： 功能说明如下： 9 SM0、 SM1串行口工作方式选择位，其状态组合所对应的工作方式为： 79 SM2多机通信控制位 SM2 位主要用于方式 2 和方式 3。当串行口方式 2 或方式 3 接收时，如 SM2=1，则只有当接收到的第九位数据 (RB8)为 1，才将接收到的前 8 位数据送入 SBUF，并置位 RI产生中断请求；否则，将接收到的前 8 位数据丢弃。而当 SM2=0 时，则不论第九位数据为 0 还是为 1，都将前 8 位数据装入 SBUF 中

13、，并产生中断请求。 9 REN允许接收位 REN=0 禁止接收； REN=1 允许接收。该位由软件置位或复位。 9 TB8发送数据位第 9 位 在方式 2 和方式 3 时， TB8 的内容是要发送的第 9 位数据，其值由用户通过软件设置。在双机通信时， TB8 一般作为奇偶校验位使用；在多机通信中，常以 TB8 位的状态表示主机发送的是地址帧还是数据帧， 且一般约定： TB8=0 为数据帧 ， TB8=1 为地址帧。 9 RB8接收数据位第 9 位 在方式 2 或方式 3 时， RB8 存放接收到的第 9 位数据，代表着接收数据的某种特征（与 TB8 的功能类似） ，故应根据其状态对接收数据进

14、行操作。 9 TI发送中断标志 当方式 0 时，发送完第 8 位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，当发送停止位之前，由硬件置位。因此 TI=1，表示帧发送结束，其状态既可供软件查询使用，也可请求中断。 TI 位由软件清 “0”。 9 RI接收中断标志 当方式 0 时，接收完第 8 位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置位。因此 RI=1，表示帧接收结束。其状态既可供软件查询使用，也可以请求中断。 RI 位由软件清 “0”。 （ 2）电源控制寄存器 PCON（ 87H） 电源控制寄存器 PCON 主要是为 CHMOS 型单片机电源控制而设置的专用寄存器。串行口

15、只用到其最高位 SMOD。 PCON 不能位寻址。 SMOD串行口波特率的倍增位 当 SMOD=1 时，串行口波特率加倍。系统复位时， SMOD 0。 三、 AT89S52 串行口工作方式 （一） 串行口波特率设计 1波特率 每秒传送的二进制位数称为波特率： 1 波特 =lbps(位秒 ) 例如，电传打字机的传送速率每秒 10 个字符，若每个字符为 11 位，则波特率为 8 11 位字符 10 字符 /s 110 位 /s 2波特率设计 AT89S52 串行口的工作方式不同，波特率也不同。 方式 0 的波特率固定不变，仅与系统的振荡频率 fosc 有关。 波特率 = fosc / 12 方式 2 的波特率固定不变。 波特率 =2smod fosc / 64 方式 1 和方式 3 的波特率是可变的，以定时器 T1 作波特率发生器使用，其值由定时器 1 的计数溢出率来决定，其公式为： 波特率 = 2smod 32（定时器 1 溢出率） 当定时器 1 作波特率发生器使用时，选用工作方式 2(即 8 位自动加载方式） 。假定计数初值为 X，则计数溢出周期为： 12(256 X ) / fosc 溢出率为溢出周期的倒数。 则波特率计算公式为： 波特率 = 2smod fosc / 3212（ 256 X）