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1、教学基本要求：（1）、了解串行通信的基础知识；（2）、熟悉单片机串行口的结构及工作原理；（3）、掌握单片机串行通信控制寄存器的功能；（4）、掌握单片机串行通信的工作方式；教学重点：（1）、串行控制寄存器SCON的功能；（2）、串行工作方式0、1；教学难点： （1）、串行工作方式1的程序设计；,第8章 80C51单片机串行通信,8.1 串行通信基础知识,8.1.1 异步通信和同步通信 在计算机系统中， CPU和外部通信有以下两种方式：（a）并行通信：各数据位同时传送，速度快、效率高；（b）串行通信：数据传送按位顺序进行，成本低、速度慢； 串行通信又分为异步和同步方式，单片机中常使用异步通信方式。
2、,（1）异步串行通信的字符格式 异步串行通信以字符为单位，即一次传送一个字符。 异步串行通信的字符格式如下：,（a）信息两种状态分别以mark和space标志，“mark”译为“标号”对应逻辑“1”状态，在发送器空闲时，数据线应保持在mark状态；“space”译为“空格”，对应逻辑“0”状态。 （b）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“SPACE”状态。 （c）数据位：起始位之后就传送数据。 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。 （d）奇偶校验位：用于对字符传送作正确性检查，3种可能：奇、偶或无校验。 （e）停止位：处
3、于最后，用以标志一个字符传送的结束，它对应于mark状态，停止位可能是1，1.5或2位。,（f）位时间：一个数据位的时间宽度。 （g）帧（frame）：从起始位到停止位结束的时间。 （2）异步串行通信的信号形式 （a）近程通信：采用数字信号直接传送形式，即在传送过程中不改变原数据代码的波形频率。 （b）远程通信：采用频率调制法，即以不同频率的载波信号代表数字信号的两种不同电平状态，也称频带传送方式，因此，应采用调制解调器（modem）。（3）串行通信的数据通路形式 （a）单工形式 （b）半双工形式 （c）全双工形式,（4）串行通信的传送速率 波特率：每秒传送数据位的数目（bps）位/秒 1波特
4、=1bps(位/秒),（5）串行接口电路 串行接口电路也称之为通用异步接收发送器（UART）。 电路组成：（1）接收器； （2）发送器； （3）控制器；主要功能：（1）数据串行化/反串行化，并行数据串行数据； （2）格式信息的插入，滤除； 格式信息：启始位，奇偶位，停止位。 （3）错误检验 用于检验数据通信过程是否正确。,8.2 80C51串行口,8.2.1 80C51串行口硬件结构 80C51串行口硬件结构如图所示,SBUF：串行口寄存器，专用寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器，具有同一地址（99H）。 串行发送时：向SBUF写入数据； 串行接收时：从SBUF读出数据； 移位寄存器：与接收寄
5、存器构成双缓冲结构。 在接收方式下，串行数据通过引脚RXD（P3.0）进入，由于接收SBUF和移位寄存器构成了双缓冲结构，所以，在数据接收过程中，可以避免出现帧重叠错误。 在发送方式下，串行数据通过引脚TXD（P3.1）送出。在发送数据时，CPU处于主动状态，不会发生帧重叠错误，因此，发送电路不需要双缓冲结构。,MCS-51单片机串行口结构如图所示,8.2.2 串行口控制机制 与串行通信有关的控制寄存器共有3个：（1）串行控制寄存器SCON（字节地址：98H；位地址：9FH98H） SCON的格式如下：,各位功能说明如下：（a）SM0，SM1：串行口工作方式选择位,（b）SM2：多机通信控制位
6、 多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3处于接收方式时，若SM2=1, 且接收到的第9位数据RB8为0时，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1时，则置RI=1。在方式2、3处于接收或发送方式时，若SM2=0，不论接收到的第9位RB8为0还是为1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1处于接收时，若SM2=1，则只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2应为0。,（c）REN：允许接收位 它由软件置位或清零。REN=1时，允许接收；REN=0时，禁止接收。（d）TB8：发送数据位8 在方式2和方式3中， TB8的内容是要发送的第9位数据，其值由用户通过软件置位或复位。
7、 在双机通信时，TB8可做奇偶校验位使用； 在多机通信时，常以TB8位的状态表示主机发送的是地址帧还是数据帧（TB8=0，数据帧；TB8=1，地址帧）。（e）RB8：接收数据位8 在方式2和方式3中，RB8的内容是接收到的第9位数据，代表着接收数据的某种特征（与TB8功能类似）。,（f）TI发送中断标志位 在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之前由硬件置位。因此，TI=1，表示帧发送结束。可用指令JBC TI，rel来查询是否发送结束。TI=1时，也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除TI（TI=0）。 （g）RI：接收中断标志位 在方式0中，接收完8
8、位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位时由硬件置位。因此，RI=1，表示帧接收结束。同TI一样，也可以通过JBC RI，rel来查询是否接收完一帧数据。RI=1时，也可申请中断，响应中断后，必须由软件清除RI。,（2）电源控制寄存器PCON（字节地址87H） 电源控制寄存器PCON是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的。SMOD：串行口波特率的倍增位。SMOD= 1：串行口波特率加倍，系统复位后SMOD=0。,（3）中断允许寄存器IE（字节地址0A8H，位地址0AFH0A8H） ES：串行中断允许位；（a）ES=0：禁止串行中断 （b）ES=1：允许串行中断,8.3 80C51串行
9、口工作方式,MCS-51单片机的串行口有4种工作方式，基本情况如下：,从表中可以看出，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，其值由定时器T1的溢出率控制。,8.3.1 串行工作方式0 在方式0下,串行口作为同步移位寄存器使用，波特率固定为fosc/12 ，RXD（P3.0）：数据移位的出入口；TXD（P3.1）：提供移位时钟脉冲。 移位数据发送,接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前，高位在后。,（1）数据发送与接收 使用方式0实现数据的移位输入输出时，实际上把串行口变成为并行口使用。 串行口作为并行口输入输出使用时，必须要有“并入串出”（CD4014、74
10、LS165）和“串入并出”（CD4094、74LS164）移位寄存器的配合。,（a）串行口作并行口实现数据输出,（b）串行口作并行口实现数据输入,（2）应用举例 例：使用CD4094的并行输出端接8支发光二极管,利用它的串入并出功能，把发光二极管从左向右依此点亮，并反复循环之。假设发光二极管为共阴极型，电路如图所示。,解：当串行口把8位状态码串行移位输出后，TI置1，如把TI作状态查询标志，则可使用查询法进行程序设计。 ORG 1000H MOV SCON， #00H；串行口方式0工作 CLR ES； MOV A， #80H；发光二极管从左亮起 DELR：CLR P1.0； 关闭（关）并行输出
11、 MOV SBUF， A； 串行输出 JNB TI， $； 状态查询 SETB P1.0； 开启并行输出 ACALL DELAY； 状态维持（DELAY延时子程序） CLR TI； 清发送中断标志 RR A； 发光右移 AJMP DELR； 继续 END思考题：如采用中断方法，应如何修改程序？,8.3.2 串行工作方式1,串行工作方式1是10位为一帧的异步串行通信方式，这种工作方式是为双机通信而准备的。帧格式包括1个起始位，8个数据位和1个停止位。 数据发送：是由一条写发送寄存器(SBUF)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加入起始位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由T
12、XD端串行输出。一个字符帧发送完后，使TXD输出线维持在1状态下，并将SCON寄存器的TI位置1，通知CPU可以接着发送下一个字符。 数据接收：SCON的REN位应处于允许接收状态，即REN1。在此前提下，串行口采样RXD端，当采样到从1到0的状态跳变时，就认为已接收到起始位。随后在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入接收寄存器中。直到停止位到来之后置位中断标志位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的一个字符。,8.3.3 串行工作方式2 和3,串行工作方式2和3都是11位为一帧的串行通信方式，即1个起始位、9个数据位和1个停止位。 在这两种工作方式下，字符还是8个数据位，只不过增加了一个第
13、9数据位(D8），它是一个可编程位，其功能由用户设定。 在发送数据时，应予先在串行口控制寄存器SCON的TB8位中把第9个数据位的内容准备好。 这两种工作方式的数据接收过程也与方式1基本类似，不同点仍在第9数据位上，串行口把接收到的前8个数据位移入SBUF，而把第9数据位送SCON的RB8。 串行工作方式2和3是为多机通信而准备的。两者的工作过程相同，差别仅在于波特率的设置，方式2的波特率是固定的，而方式3的波特率可由用户根据需要设定，设定方法与方式1相同。,8.4.2 80C51的波特率,1. 串行工作方式0的波特率串行工作方式0的波特率是固定的，其值为波特率=fosc/122. 串行工作方
14、式2的波特率串行工作方式2的波特率也是固定的，但有两个数值。计算公式为： 波特率=fosc2smod/64 其中smod是串行口波特率倍增位SMOD的值。这两种固定的波特率可根据需要选择，而选择的方法是设置PCON寄存器中SMOD位的状态。,3. 串行工作方式1和方式3的波特率,串行工作方式1和方式3的波特率不是固定的，可以根据需要设置。80C51是以定时器T1作为波特率发生器，以T1溢出脉冲产生串行口的移位脉冲。因此，在这两种工作方式中，通过计算T1的计数初值就可以实现波特率的设置。假定定时器的计数初值为X，则计数溢出周期为： (12/fosc)(256-X） 溢出率为溢出周期的倒数，则波特率计算公式为： 波特率(2smod/32)(定时器1溢出率)(2smod/32)fosc/12(256-X) 根据上述波特率计算公式，得出计数初值的计算公式为： X256-fosc(2smod)/(384波特率) 当定时器T1作波特率发生器使用时，应选择方式2(即8位自动加载方式) 。,
