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1、第七讲 串行通讯电气工程系 赵志衡 E-mail:1本讲课程主要内容（1）串行通讯的基本概念及MCS-51串行口的SFR （2）串行口的工作方式 （3）串行口波特率的制定 （4）串行口的编程方法 （5）多机通讯2串行通讯的基本概念通讯的基本方式：n串行通讯与并行通讯n串行同步通讯、串行异步通讯 n单工、半双工和全双工串行通讯 3并行通讯、串行通讯并行通讯：数据各位同时传送串行通讯：数据一位一位顺序传送4串行异步通讯、串行同步通讯 异步通讯，每个数据都要用起始位和停止位作为传送数 据开始和结束标志。同步通讯，具有数据端和时钟端，双方依靠时钟同步。5单工、半双工、全双工串行通讯n单工：仅能发送或接
2、收n半双工：能发送、接收，但发送与接收 不能同时进行n全双工：能够同时进行发送与接受。nMCS-51可以进行全双工的串行通讯6MCS-51串行口的基本结构n发送器：将CPU送来的并行数据，通过 发送移位寄存器变为串行数据逐位发送 ，并自动添加起始位、停止位和第9位 数据。n接收器：将接收到的串行数据，经接收 移位寄存器变为并行数据，去掉起始位 、停止位后，将正确数据送到接收数据 缓冲器，供CPU读取。n控制器：接收CPU送来的编程命令，按 选定方式实现对串行接口的控制。主要 控制参数有：传送波特率的选择、数据 格式的选择等。另外还与CPU交换状态 信号和中断信号。 串行接口逻辑部件 框图7串行
3、口的基本结构nSCON为串行口控制/状态寄 存器，通过编程写入SCON的 控制位可选择串行口的工作方 式，读出SCON的状态位可查 询串行口的工作状态。n定时/计数器T1可被用做串行 口的波特率发生器。n有可控分频电路影响数据传送 波特率。n串行口信息的发送/接收是通 过写/读数据缓冲器SBUF来 实现的。8串行口的SFRn串行数据缓冲器SBUF(99H)串行口有两个8位数据缓冲器，一个是发送数据 缓冲器SBUF，一个是接收数据缓冲器SBUF。它们共 用一个地址99H，发送SBUF只能写入，而接收SBUF 只能读出。 通过指令区分：MOV SBUF,A MOV A,SBUFn控制寄存器SCON
4、 (98H) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RIn节电控制寄存器PCON(87H)SMOD (D7)n复位后状态均为00H 9串行口控制寄存器SCONSM0、SM1：串行口4种工作方式选择位SM2：方式2和方式3中的多机通信控制位。在方式2 和方式3中，如SM2=1，则当接收到的第9位数据 (RB8)为0时，不激活接收中断标志RI(RI=1)。在方 式1中，如SM2=1，则只有当接收到有效停止位时才 激活RI，若没有接收到有效停止位，则RI清0。在方 式0中，SM2必须为0。 REN：允许串行接收位。REN=1允许接收；REN=0禁止接收，由软件置位或清零。TB8：是工
5、作在方式2和3时，要发送的第9位数据。 可由软件置1或清0。在许多的通讯协议中该位是奇偶 校验位。在多机通讯中用来表示是地址帧还是数据帧 ，TB8=1为地址帧，TB80为数据帧。10串行口控制寄存器SCONnRB8：当工作在方式2和3时，为接收到的第9位数据 。nTI：发送中断标志位，在方式0串行发送第8位数据结 束时由硬件置1，或在其它方式串行发送停止位后置1 ，并申请中断。CPU响应中断后，可发送下一帧数据 ，TI必须由软件清0。nRI：为接收结束中断标志。在方式0中，当接收到一 帧数据的第8位结束时，RI=1。在其他方式中，接收 到停止位后，RI=1，表示可读取接收SBUF中的内容 。R
6、I必须用软件清0。 n每次发送和接收前，要注意先将TI和RI标志位清0 。串行口作为一个中断源，中断入口地址只有一个(0023H) ，当用中断方式同时进行发送和接收时，可通过查询TI和RI状态 ，确定是发送还是接收结束引起的中断。 11节电控制寄存器PCON nPCON主要用于节电运行方式控制， PCON.7用 做串行口波特率加倍控制位。当设定SMOD=1 时，波特率加倍，当SMOD=0时，波特率不加 倍。 12串行口的工作方式nSM0、SM1工作方式选择位13方式 0 ：(SM0=0 SM1=0)n串行口方式0为8位数 据同步移位寄存器方 式。RXD引脚为同步 数据的输入/输出端 ，TXD引
7、脚为同步移 位脉冲输出端。一个 数据帧为8位，每一 个移位脉冲对应数据 帧的一个数据位。方 式0的波特率固定为 fosc/12。14方式0的说明:n写入SCON使REN=0，TI=0；然后执行写入SBUF的指令，8位数 据装入发送SBUF，硬件启动串行口发送器进行一次发送。通过发 送移位寄存器将8位数据逐位送到RXD引脚，每个机器周期内发送 一位数据。对应发送数据的每一位，由TXD引脚同步输出一个移位 脉冲。发送完一帧，自动置位TI标志，并申请串行口中断。若CPU 响应中断，则将从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。 n写入SCON使REN = 1、RI = 0，将启动串行口接收器开始
8、接收。 由TXD输出移位脉冲，每对应一个移位脉冲，采样一次RXD引脚信 号。每个机器周期采样一次RXD引脚，采到的数据位送入接收移位 寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一帧，自动置位RI标 志，申请串行口中断，并将接收下来的8位数据装入接收SBUF。若 CPU响应中断，则从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。n串行口方式0常用于扩展单片机的并行I/O口，也可外接 串行同步I/O设备。用方式0输入/输出数据皆通过RXD 端，因此方式0为半双工方式，只能分时进行发送和接 收。 15方式1（SM0=0 SM1=1）功能说明：串行口方式1为8位数据全双工异步 通信方式。TXD为发送数据端
9、，RXD为接收数 据端。一个数据帧为10位，包含8位数据位，1 个起始位“0”和1个停止位“1”。串行口用方式1 工作时，使用定时器T1作为波特率发生器，波 特率的设定以T1的溢出率为基准，波特率计算 式为：(2SMOD/32)T1溢出率。 16方式1的时序图17方式1功能说明执行写入SBUF指令，将8位数据装入发送SBUF，并启动发送 器进行一次发送：先将起始位“0”送到TXD引脚，再从低到 高逐位发送8位数据，最后发送停止位“1”。每位发送占用的 时间由设定的波特率决定。发送完一帧数据，置位TI标志， 申请串行口中断。 当REN=1时，允许接收器准备接收。开始，以16倍于波特率 的速率检测
10、RXD引脚的负跳变，当检测到负跳变后，启动一 次接收，接收完一帧信息，判断是否满足条件：RI = 0，而 且停止位为1(或SM2=0)。若同时满足这两个条件，则置位 RI标志，申请串行口中断，并将接收的8位数据装入接收 SBUF，停止位装入RB8；否则接收无效，丢失所接收的一 帧信息，且不影响RI标志。一位时间以后，接收器重新开始 检测RXD端的负跳变，以准备接收下一帧数据。18方式2、方式3串行口方式2和方式3皆为9位数据全双工异步 通信方式，比串行口方式1增加了第9位数据位。TXD 为发送数据端，RXD为接收数据端。一帧信息有11位 ，包括9位数据位，1个起始位“0”和1个停止位“1”。
11、发送数据的第9位在TB8中，接收数据的第9位存入 RB8中。第9位数据位也称为可编程位，常用做奇偶 校检位或多机通信中的地址/数据识别位。串行口的方式2与方式3的唯一差别是波特率设 定方法不同，方式2的波特率以系统时钟为基准，计 算式为：(2SMOD/64)fosc。方式3的波特率与方式1 的相同，计算式为：(2SMOD/32)T1溢出率。 19方式2、3的时序20方式2、3的功能说明n发送时，应先将发送数据的第9位送入TB8，再写入8 位数据到发送SBUF，使发送器启动一次发送，将一帧 数据逐位送到TXD引脚：发送起始位“0”之后，再发送 SBUF中的8位数据，接着发送TB8中的第9位，最后
12、 发送停止位“1”。一帧发送结束，置位TI标志，申请串 行口中断。n方式2和方式3的接收过程和方式1的接收过程基本相 同，但RB8中装入的是接收数据的第9位，而不是停止 位。接收有效必须同时满足的两个条件改为：RI=0， 且接收的第9位数据位为1(或SM2=0)。当正确接收 到一帧数据后，前面8位数据进入接收SBUF，第9位 数据进入RB8。 21波特率的制定波特率的定义：串行口每秒钟发送或者接收的位数 。 串行口方式0的波特率是固定的，为系统时钟的12分频 (fosc/12)，即每个机器周期传送一位数据位。 串行口用方式2工作时，波特率为(2SMOD/64)fosc 。 SMOD为PCON中
13、的D7位，即波特率加倍选择位。方式2 可有两种波特率供选择，当SMOD=0时，波特率为 fosc/64；当SMOD=1时，波特率则为fosc/32 。 串行口方式1和方式3用定时器T1作为波特率发生器，其波 特率有多种选择，与T1的溢出率有关。波特率= (2SMOD32)T1溢出率 22定时器T1产生波特率的计算T1溢出率：T1溢出时间的倒数。nT1用于波特率发生器时一般工作于非门控定时器方式2，即常 数自动重装入方式。TH1 = TL1为T1的时间常数 23定时器T1产生波特率的计算n串行口用方式1和方式3工作时，当需要很低的波特率 时，也可选择T1工作于方式1，但需利用T1溢出中断 来实现
14、软件重装初值，T1用方式1工作时溢出率为：N为T1溢出后用软件重装初值所需的机器周期数。 24T1产生的常用波特率25波特率计算的几点注意事项：n1）波特率的相对误差不大于2.5%n2）注意SMOD位对波特率的影响例如：通讯波特率设为2400，晶振频率为6MHz，计算T1 的计时常数。 当SMOD=0时，计时常数约为249，相对误差 7%。 当SMOD=1时，计时常数约为243，相对误差 0.16%。26串行口的编程举例n设定波特率n设定串行口的工作方式n设计中断服务程序或查询程序注意对TI、RI的处理（硬件置位、软件清零 ）27MCS-51双机串行通讯的实现n如何进行物理连线？n波特率的选择
15、？n工作方式的选择？n如何编程实现？28双机串行通讯的实现-1正确进行物理接线29双机串行通讯的实现-2n设定一致的波特率n设定一致的串行口工作方式n分别设计中断服务程序或查询程序注意对TI、RI的处理（硬件置位、软件清零）30方式3发送50H5FH的内容n待发送的16个字节存放在片内RAM中 地址为50H5FHn串行口波特率为2400 波特率发生器T1工作于方式2， 且SMOD=0 晶振为11.0592MHz 计算得到TL1的初值为F4H。n串行口工作于方式3n第9位发送奇偶校验位31例1： 方式3发送50H5FH中内容-1ORG0000H；复位入口nAJMPMAINnORG0023H；串行
16、口中断入口nAJMPL1nORG0100H；主程序入口nMAIN：MOVSCON，#0C0H；串行口初始化，用方式3发送，TI=0n MOV PCON，#00H；SMOD=0n MOV TMOD，#20H ；T1方式2定时nMOV TL1，#0F4H ；写入T1时间常数n MOVTH1，#0F4H n SETBTR1；启动T1nSETBEAnSETBES；允许串行口中断nMOVR0，#50H ；设数据指针n MOV R7，#10H ；数据长度nLOOP： MOV A，R0；取一个字符n MOV C，P；加奇偶校验n MOV TB8，Cn MOV SBUF，A；发送一个字符nHERE：SJMPHERE；CPU原地循环，等待发送结束32例1：
