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1、单片机原理及应用,第8章 串行接口与应用 佘勇 办公：科教楼110 课件密码 ： kys2006 Tel:13980905197 Email:,本节教学内容重点,内容： 串行通信的基本概念 51单片机的串行口结构与寄存器结构 4种工作方式的收发原理和波特率计算 多机通信 重点： 串行口结构 波特率计算 方式1、3的收发原理 难点： 方式1、3的收发原理与多机通信,8.1 串行通信的基本知识,通信方式 并行通信：一个信息单元的所有位被同时传送；特点：通信速度快，传输线数目多，仅适用于近距离通信 串行通信：一个信息单元的各位被逐位按顺序传送；特点：通信速度慢，传输线数目少，适用于长距离通信 串行通
2、信的传送方向 单工：仅能单向传送 半双工：分时双向传送 全双工：同时双向传送,串行通信的基本通信方式,异步通信 异步串行通信以字符作为传送的单位，字符可以随机出现在数据流中，字符与字符之间没有严格的定时要求，是异步的，但是字符内部位与位之间有严格而精准的定时，是同步的 传送速度较慢，但传输距离较长 同步通信 同步串行通信是以数据块（字符块）为传送单位的，每帧信息包含成百上千个字符，字符与字符之间是同步的，字符的位与位之间也是同步的 数据块前必须有同步字符，有时甚至要求收发双方用同一个时钟源来控制发送和接收 传送速度较异步快，但硬件复杂，传输距离较短,同步通信与异步通信的数据格式,异步通信的帧数
3、据格式,特点和格式 在异步通信中，为了使收发双方在随机传送的字符和字符间实现同步，需要在字符数据格式中设置起始位（1个0）和停止位（1个或几个1） 接收端在检测到起始位时，开始接收字符，检测到停止位时，字符结束 起止式异步通信的帧数据格式由4个部分构成：1位起始位，58位数据位（低位在前，高位在后），1位校验位（可能没有），1位或1.5位或2位停止位 停止位后，下一个字符的起始位前是空闲位（逻辑高电平）,异步通信的数据帧格式示意图,8.2 MCS-51单片机的串行口的结构和工作方式,MCS-51单片机串行口 可编程、全双工 串行口核心 UART通用异步接收/发送器 MCS-51单片机可以利用串
4、行接口与其它计算机或串行外围设备进行双机或多机通信 串行口有4种工作方式,串行口结构,串行口的硬件结构（UART） 硬件组成：发送数据缓冲器、发送控制器、接收数据缓冲器、接收控制器、输入移位寄存器及附加电路等 波特率发生器：可编程设定为定时器/计数器T1或T2（计数溢出信号） 串行口的寄存器 发送/接收数据缓冲器：SBUF 串行口控制寄存器：SCON 电源控制寄存器：PCON,上页,下页,1、数据缓冲器SBUF,包括物理上独立的发送缓冲器、接收缓冲器,发送缓冲器：只能写入不能读出,接收缓冲器：只能读出不能写入,二者共用一个地址99H,2、串行口控制寄存器,字节地址为98H，可位寻址，位地址为9
5、8H9FH,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON (98H),串行口关联寄存器,SM0、SM1：串行口工作方式选择位，如下表所示,0 0 0 移位寄存器方式（用于I/O扩展）,0 1 1 8位UART，波特率由定时器提供,1 0 2 9位UART，波特率为fosc/32或fosc/64,1 1 3 9位UART，波特率由定时器提供,表 串行口工作方式,REN,上页,下页,TB8：,在方式2和方式3中要发送的第9位数据，需要时由软件置位或复位,RB8：,在方式2和方式3中要接收的第9位数据，在方式1时，如SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0中，不使用RB8
6、,TI：,发送中断标志。在方式0串行发送第8位结束时由硬件置“1”，或在其他方式中串行发送停止位的开始时置“1”，必须由软件清“0”,RI：,接收中断标志。在方式0串行接收第8位结束时由硬件置“1”，或在其他方式中串行接收停止位的开始时置“1”，必须由软件清“0”,上页,下页,SM2控制位的作用,方式0：必须SM2=0 方式1： 当SM2=1时，接收器必须接收到有效停止位才能置RI=1，接收数据装入SBUF；如果停止位为0，则接收数据丢失 当SM2=0时，RB8是接收到的停止位，置RI=1，接收数据装入SBUF 方式2、3： SM2为多机通信控制位 当SM2=1，接收到的数据帧第9位为=1时，
7、硬件才能置RI=1，如果为0，接收数据将丢失 当SM2=0，不论接收到的数据帧第9位为0为1， RI=1，数据被正常接收,多机通信,方式2、3可以用于双机通信和多机通信 双机通信：置SM2=0，保证可靠接收 多机通信：1.主机发送的地址帧第9位为1，数据第9位为0 2.从机接收地址帧时，SM2=1；接收数据帧时，SM2=0 多机通信实例（工作流程见下页图）：,SM2=0,SM2在不同工作方式中的作用,3、特殊功能寄存器PCON,其字节地址87H，没有位寻址功能。,PCON（87H）,SMOD：波特率选择位。SMOD=1时，波特率加倍,上页,下页,波特率的计算,方式0的波特率计算： BPSfOS
8、C12 方式2的波特率计算： BPS2SMODfOSC64 方式1、3的波特率计算（波特率时钟由T1提供）： BPS(2SMOD/32)(fOSC(12(256TH1),定时器T1的溢出率,串行口的波特率产生器,波特率计算实例,现要求串行口工作于方式3，由定时器T1提供波特率时钟，波特率为1200bps（bit per second），设fOSC=11.059MHz，SMOD位为0，定时器T1工作于方式2，请计算计数器初值 BPS(2SMOD/32)(fOSC(12(256TH1) 即：1200=(20/32)(fOSC/(12(256-TH1) 1200=11.059106/(3212(25
9、6-TH1) 256-TH1=110590/(321212) 256-TH124 TH1=256-24=232=0E8H,常见波特率,工作方式0 同步移位寄存器方式,SM0=0，SM1=0 数据从RXD引脚上发送或接收，每帧数据8位，低位在前，高位在后，TXD引脚给出移位同步脉冲 波特率固定：fOSC/12 SM2必须为0 启动条件 发送：TI=0时，指令“MOV SBUF，A”的执行引起的“写入SBUF”信号 接收：RI=0时，REN=1,74LS164,数据输出,移位脉冲,一个数据写入SBUF，串口将数据从RXD输出（波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号，发送完TI置1,D7 D
10、0,上页,下页,方式0扩展I/O口硬件逻辑图,方式0 发送,REN置1，串口将数据从RXD输入（波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号，发送完RI置1,上页,下页,方式0扩展I/O口硬件逻辑图,方式0 接收,串行口方式0发送接收时序图,发送,接收,串行口方式0发送接收过程,发送： 1、执行“MOV SBUF，A”开始发送 2、检测等待TI=1，等待发送完成 3、软件清除TI ，转向1步 接收： 1、软件置REN=1，RI清0 2、等待RI=1 3、当RI=1时，执行“MOV A，SBUF”读入数据 4、软件清除RI，转向2步,UART方式0扩展的LED显示系统,例8-3程序： ORG
11、0000H MOV R7,#8 MOV SCON,#00H DISP1:MOV A,R7 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI DJNZ R7,DISP1 SJMP $,工作方式1 10位异步方式,SM0=0，SM1=1（8位UART方式） 数据帧10位（1起始位+8数据位+1停止位） RXD为接收端，TXD为发送端 波特率可变：由定时器T1或T2的溢出速率和SMOD位决定 如果SM2=1，则必须接收到有效停止位，否则，数据将丢失 启动条件 发送：TI=0时，指令“MOV SBUF，A”的执行引起的“写入SBUF”信号 接
12、收：RI=0时，REN=1,串行口方式1发送接收时序图,发送,接收,SM2对方式1接收的影响,在方式1接收时，当8位数据和停止位全部移入后 如果RI=0，SM2=0，8位数据装入SBUF，停止位装入RB8 如果RI=0，SM2=1，如果停止位=1，8位数据装入SBUF，停止位装入RB8 如果RI=0，SM2=1，如果停止位=0，数据丢失 如果RI=1，则不论何种情况，数据都丢失,串行口方式1发送接收过程,发送： 1、执行“MOV SBUF，A”开始发送 2、检测等待TI=1，等待发送完成 3、软件清除TI ，转向1步 接收： 1、软件置REN=1，RI清0，如果要求停止位可靠接收，SM2=1，
13、否则，SM2=0 2、等待RI=1 3、当RI=1时，执行“MOV A，SBUF”读入数据 4、软件清除RI，转向2步,例8-7 甲机中断方式,ORG 0000H JMP MAIN ORG 0023H JMP TRAN MAIN:MOV SCON,#01100000B ORL PCON,#80H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#-26 SETB TR1 MOV R2,#12 MOV DPTR,#2000H SETB ES SETB EA,SETB TI JMP $ TRAN:CLR TI MOVX A,DPTR MOV SBUF,A INC DPTR DJNZ R2,EXT CL
14、R EA EXT: RETI END,例8-7 乙机中断方式,ORG 0000H JMP MAIN ORG 0023H JMP RECV MAIN:MOV SCON,#01101000B ORL PCON,#80H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#-26 SETB TR1 MOV R2,#12 MOV R0,#40H SETB ES SETB EA,JMP $ RECV:CLR RI MOV A,SBUF MOVX R0,A INC R0 DJNZ R2,EXT CLR EA EXT: RETI END,工作方式2、3 11位异步方式,方式2（SM0=1，SM1=0），方式3 （
15、SM0=1，SM1=1）， （9位UART方式） 数据帧11位（1起始位+9数据位+1停止位） RXD为接收端，TXD为发送端 方式2波特率固定： fOSC/32（SMOD=1）或fOSC/64（SMOD=0） 方式3波特率可变，由定时器T1或T2的溢出速率和SMOD位决定 如果SM2=1，则接收到的第9位数据必须为1，数据才能正常接收，否则，数据将丢失,串行口方式2、3发送接收时序图,发送,接收,串行口方式2、3发送接收过程,发送： 1、置位TB8为待发送第9位数据位 2、执行“MOV SBUF，A”开始发送 3、检测等待TI=1 4、软件清除TI ，转向1步 接收： 1、软件置REN=1，
16、RI清0，如果要求接收地址帧，SM2=1，如果要求接收数据帧，SM2=0 2、等待RI=1（在SM2=1时，收到的第9位必须为1） 3、当RI=1时，执行“MOV A，SBUF”读入数据 4、软件清除RI，转向2步,多机通信,方式2、3可以用于双机通信和多机通信 双机通信：置SM2=0，保证可靠接收 多机通信：1.主机发送的地址帧第9位为1，数据第9位为0 2.从机接收地址帧时，SM2=1；接收数据帧时，SM2=0 多机通信实例（工作流程见下页图）：,SM2=0,多机通信工作流程,置TB8=1，装载 从机地址进A，发送,软件清TI=0,TI=1？,置TB8=0，装载 待传数据进A，发送,软件清TI=0,TI=1？,各从机置REN=1，RI=0， SM2=1准备接收从机地址,RI=1？,软件清RI=0，执行 “MOV A，SBU
