计算机基础课件 第6章 串行接口

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1、第6章 串行接口v6.1 串行通信的基础知识v6.2 89C51单片机的串行接口v6.3 串行口工作模式v6.4 串行口应用举例6.1 串行通信的基础知识n计算机与外设的信息交换称为通信。 通信的基本方式：并行通信和串行通信。n并行通信：指数据的各位同时进行传送。n其优点是传送速度快，缺点是数据有多少位， 就需要多少根传输线，适合于近距离传输。n串行通信：指数据的各位按顺序一位一位传送 。其优点是只需一对传输线（如电话线），占 用硬件资源少，从而降低了传输成本，特别适 用于远距离通信，缺点是传送速度较慢。n6.1.1 串行通信的两种基本方式n串行通信基本方式：异步通信和同步通信。1、异步通信方

2、式起始位 1位 “0”有效 用一帧表示一个字符 数据位 5-8位一个字符包括4个部分 奇偶校验位 1位停止位 1位、1位半、2位 “1”有效起始位奇偶校验位DND1D0图6-1 异步通信的字符格式停止位在异步通信时，通信双方必须事先约定。n（1）字符格式。 双方要事先约定数据位的位数、 奇偶校验形式及起始位和停止位的位数。 n例如：用ASC码通信，有效数据为7位，加一个奇 偶校验位、一个起始位和一个停止位共10位。当然 停止位也可以大于1位。n（2）波特率（Baud rate）。波特率就是传送速率 ，即每秒传送的二进制位数。单位为bit/s或波特。n波特率与字符的传送速率之间的关系为：波特率=

3、 一个字符的二进制编码位数*字符数/秒.要求发送端与接收端的波特率必须一致。 假设：数据传送率是120字符/s，每个字符格式包含十 个代码位（一个起始位、一个终止位、8个数据位） ，波特率为：10120=1200bit/s=1200波特n2同步通信方式n异步通信由于要在每个数据前后附加起始位、停止 位，每发送一个字符约有20%的附加数据，占用了传 输时间，降低了传送效率。n同步通信则去掉每个数据的起始位和停止位，把要 发送的数据按顺序连接成一个数据块，在数据块的 开头附加12个同步字符，在数据块的末尾加差错 校验字符。同步通信的数据格式如图6-2所示。在数 据块内部，数据与数据之间没有间隙。同

4、步字符 数据1 数据2 数据N 校验字符1 校验字符2 同步字符要求：发送和接收双方要保持完全的同步，所以，要 求发送和接收设备必须使用同一时钟。解决办法：（1）对于近距离通信：采用在传输线中增加一根时钟 信号线来解决。（2）对于远距离通信：通过解调器从数据流中提取同 步信号，用锁相技术实现收、发频率完全相同的时 钟信号。n如上所述，异步通信技术较为简单，应用范围广； 同步通信传输速率高，适用于高速率、大容量的数 据通信，但硬件复杂。6.1.2 串行通信的数据传送方式1、单工方式：数据传送是单向的，一端为发送另一 端为接收，只需一条数据线。图6-3（a）2、半双工方式：数据传送是双向的，AB，

5、BA， 同一时间只能做一个方向传送，只需一条数据线。图6-3（b）3、全双工方式：数据传送是双向的，A、B两端可同 时发送，又可同时接收，需两根数据线。图6-3（c）ABABABn6.1.3 串并转换和串行接口 （1）串并转换实现：由串并接口电路+适当的软件配合串行接口芯片：异步接收/发送器UART同步接收/发送器USART （2） UART组成： 接收器发送器控制器 主要功能： 串行并行 （接收器完成）并行串行 （发送器完成）完成格式信息的插入，滤除及错误校验（控制器完成）格式信息指异步通信中的起始位、奇偶位、停止位 。n6.2 89C51单片机的串行接口n对于单片机来说，为了进行串行通信，

6、同样也 需要有相应的串行接口电路。只不过这个接口电 路不是单独的芯片，而是集成在单片机芯片的内 部，成为单片机芯片的一个组成部分。89C51单 片机有一个全双工的串行口 。n6.2.1 89C51单片机串行口的结构q6.2.2 89C51单片机串行口的控制q6.2.3 波特率设计n6.2.1 89C51单片机串行口的结构1、组成：发送数据缓冲器：只能写入，不能读出接收数据缓冲器：只能读出，不能写入发送控制器输出控制门接收控制器输入移位寄存器 两个专用寄存器 SCON：存放串行口的控制和状态信息PCON：改变串行通信波特率发送缓冲器和接收缓冲器两个用同一符号SBUF， 地址99H，用指令判断选哪

7、个MOV SBUF，A 写入；MOV A，SBUF 读出发送 SBUF （99H）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）门定 时 器 T11接收 SBUF （99H）串行口中断88 8TXD(P3.1)RXD(P3.0)TIRI内部总线图6-4 串行口结构框图n6.2.2 89C51单片机串行口的控制 n1串行口控制寄存器SCONn可设定串行口的工作模式、接收/发送控制及设置状态标 志。字节地址98H，可位寻址。 n nSM0、SM1：工作模式选择位，可选择4种工作模式。n 表6-1 串行口的工作模式SM0 SM1工作模式 功 能 说 明 波 特 率0 0模式

8、0同步移位寄存器方式fosc/12 0 1模式110位异步接收发送 可变(由定时器控制) 1 0模式211位异步接收发送 fosc/32或fosc/641 1模式311位异步接收发送 可变(由定时器控制)SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RID0D2D1D3D4D5D6D7nSM2：多机通信控制位。SM2=1，允许多机通信。n在主从式多机通信中，SM2用于从机的接收控制。 设SM2=1：从机只接收地址帧；若接收到的第9位数 据（RB8）为0时（数据帧），不启动接收中断标志 RI（即RI=0），并且将接收到的前8位数据丢弃；只 有当RB8为1时（地址帧），才将接收到的前8位数

9、据 送入SBUF中，并置位RI，以产生中断申请。n设SM2=0：从机可接收所有信息；不论第9位数据是0 还是1，都置RI=1，接收到的数据都装入到SBUF中。n在模式1：若SM2=1，则只有接收到有效停止位时， RI才置1。n在模式0：SM2必须是0。nREN：允许接收控制位。该位由软件置1或清0。nREN=1时，允许接收数据；若REN=0，则禁止接收；nTB8：在模式2和模式3中，TB8是发送数据的第9位， 根据发送数据的需要由软件置位或复位。 n它可作奇偶校验位（单机通信时）。 n在多机通信中可作为发送地址帧或数据帧的标志位 。多机通信时，一般约定：发送地址帧时，设置 TB8=1；发送数据

10、帧时，设置TB8=0。 n在模式0或模式1中，该位未用。nRB8：在模式2和模式3中，RB8是接收数据的第9位， 它即可以是约定的奇偶校验位（单机通信时）。n也可以是约定的地址/数据标志位 （多机通信时） 。可根据RB8被置位的情况对接收数据进行某种判断 ，n多机通信：，若RB8=1，说明收到的数据为地址帧； RB8=0，收到的数据为数据帧。 n在模式1时，若SM2=0（即不是多机通信情况），则 RB8是已接收到的停止位。模式0中该位未用。nTI：发送中断标志。n在一帧数据发送结束时由硬件置位。nTI=1表示“发送缓冲器已空”，通知CPU可以发送下 一帧数据。nTI位可作为查询；也可作为中断申

11、请标志位。nTI不会自动复位，必须由软件清0。nRI：接收中断标志。n在接收到一帧有效数据后由硬件置位。nRI=1表示一帧数据接收完毕，并已装入接收缓冲器 中，即表示接收缓冲器以满，通知CPU可取 走该数据。n该位可作为查询，也可作为中断申请标志位。n同样RI不会自动复位，必须由软件清0。2电源控制寄存器PCONn字节地址为87H，不可位寻址，内容如下：低4位：CHMOS器件的掉电方式控制位。SMOD：波特率倍增位，在模式1、2、3中SMOD=1，波特率提高1倍；SMOD=0，波特率不增倍；复位时，PCON=00HSMOD GF1 GF0 PD IDLD7D5D6D4D3D2D1D0n6.2.

12、3 波特率设计n串行口有4种工作模式，对应着3种波特率。n1模式0的波特率波特率固定：每个机器周期产生一个移位时钟，可 发送或接收一位数据。且不受SMOD位的影响。即模式0的波特率=fosc/12n2模式2的波特率由系统的振荡频率fosc和SMOD共同确定，即模式2的波特率=2SMODfosc /64n3模式1和模式3的波特率模式1和模式3的移位时钟由定时器T1的溢出率决 定，故波特率由T1的溢出率与SMOD值共同决定，即模式1和模式3的波特率= 2SMODT1的溢出率/32当T1做波特率发生器使用时，最典型的用法是使T1工作在模式2（初值自动加载）、定时方式，若计数 初值为X，则每经过“25

13、6X”个机器周期。定时器 T1就会产生一次溢出；溢出周期为：n （256X）n溢出率为溢出周期的倒数，所以n 波特率=n此时，定时器T1工作在模式2时的初值应为：X=（256 ）12 fosc2SMOD 32fosc 12（256-X）fosc（SMOD+1） 384波特率对于52子系列单片机，通过设置T2CON寄存器中TCLK和RCLK这两位，可选择T2做串行口的波特率发 生器。当TCLK=1时，选T2做发送波特率发生器，当 RCLK=1时，选T2做接收波特率发生器，当两者均为1 时，选T2做发送/接收波特率发生器。 n当T2做波特率发生器时，波特率取决于它的溢出率 ，而与SMOD的状态无关

14、。计数时钟可以来自内部， 也可以来自外部，决定于T2CON中的C/T2位的值，并 且T2的溢出信号要经过一个16分频计数器。当C/T2=0时，选用内部时钟，计数频率为fosc /2，波特率由下式给出：n波特率= fosc/2*1665536-（RCAP2H-RCAP2L）式中RCAP2H，RCAP2L为自动重装载值。当C/T2=1时，选用外部时钟，计数频率为外部时钟 频率，其最高频率为fosc/24。波特率=外部时钟频率/ 65536-（RCAP2H-RCAP2L）例6-1已知89C51单片机系统晶振频率为11.0592 MHz， 选用定时器T1工作模式2做波特率发生器，波特率为 2400波特

15、，求初值X。 解：设波特率选择位SMOD=0，则有：X=25611.0592*106(0+1)/(384*2400)=244=F4H所以，（TH1）=（TL1）=F4H。 系统晶振频率选为11.0592 MHz是为了使初值为 整数，从而产生精确的波特率。6.3 串行口工作模式v6.3.1 模式0v6.3.2 模式1v6.3.3 模式2v6.3.4 模式36.3.1 模式0n模式0是同步移位寄存器方式，用于扩展I/O口。n模式0以8位为一帧数据，没有起始位和停止位，低位 在前、高位在后，其帧格式为：n8位串行数据的输入或输出都是通过RXD端，而TXD端 用于送出同步移位脉冲，作为外接器件的同步移位信 号。波特率固定为fosc/12。n发送与接收工作过程：n模式0的发送是在TI=0的情况下，由一条写发送缓冲 器的指令开始。n例如: MOV SBUF ，A D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 低位高位nCPU执行完该指令，串行口即将8位数据从RXD端送出 （低位在前），同时，在TXD端发出同步移位脉冲。 8位数据发送完毕后，由硬件置位TI=1。可通过查询 TI位来确定是否发送完一组数据，TI=1表示发送缓 冲器已空；TI=1