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1、单片机应用技术,主讲教师：苏晓龙,全校公共选修课,计算机学院信息科学系,办公室：计A315-1,答疑地点：计A315-1,E-mail：,第7章 串行通信及其接口,7.1串行通信的基本概念7.2 MCS-51的串行口7.3 串行口的控制7.4 串行口的应用,7.1 串行通信的基本概念,返回本章首页,计算机与外部的信息交换称为通信,基本的通信方式有两种: 并行通信(parallel communication)和串行通信(serial communication)。,并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收。串行通信：所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。,并行通信: 速度快,但成本高,传
2、输距离受限;串行通信: 通信线少,传输距离远,但速度较慢,7.1 串行通信的基本概念,返回本章首页,图7.1 并行通信与串行通信(a) 并行通信； (b) 串行通信,7.1 串行通信的基本概念,一、串行通信按数据流传输方向分,1 、单工(Simplex) 两个传输站点之间一方只能发送,另一方只能接收,2 、半双工(Half Duplex),两个传输站点之间任何一方都能发送数据，但由于设备之间只有一条通信线路，在同一时刻只能在一个方向上传输数据，如对讲机。,串行通信的基本概念,一、串行通信按数据流传输方向分,两个传输站点之间双方使用不同的通信线路,同时发送和接收数据.如电话。,3 、全双工(Fu
3、ll Duplex),串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,异步方式、同步方式。,所有串行通信都需要一个时钟信号来作为数据的定时参考。发送器和接收器用时钟来决定何时发送和读取每一位数据。,根据采用统一时钟还是本地局部时钟，分为同步传输和异步传输两种。,同步传输用一个时钟确定一个数据位。 异步传输用多个时钟确定一个数据位。,串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK状态)。,1 、异步方式(Asynchronous),采用不同的编码方案,发送字符可为5,6,7,或8位;,采用奇校验,保证“1”的个数为奇数；采用偶校验,保证1的个数为
4、偶数;,异步串行通信数据格式:,串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,1 、异步方式(Asynchronous),例: 发送一个由8位数据位构成的字符45H，奇校 验、1位停止位。,停止位可以是1, 1.5或2位。,异步传输先发送低位(LSB),异步传输的时钟定时方法:,数据(61H),1,0,0,0,1,1,停止位,发送方利用内部时钟来决定什么时候发送每个位,接收方检测开始信号的下降沿，然后利用它的内部时钟从每一位的中间接收该位,0,0,起始位,LSB,MSB,串行通信的基本概念,串行通信的基本概念,不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK状态)。,同步字符可以为1个或2个。,
5、根据双方约定，接收方监测到同步字符后，接收被发送的字符流；将接收到的字符转换成并行数据。,内同步、外同步。,同步传输的时钟定时方法 :,数据（61H）,1位,1,1,0,0,0,0,1,先发送高位(MSB),发送方在时钟信号的下降沿发送字节,接收方在时钟信号的上升沿接收字节,时钟,串行通信的基本概念,0,同步通信的帧格式：同步传输需要定义一个帧的开始和结束。通常用1个同步字符(标志符)来表示。,串行通信的基本概念,三、串行传送速率,在串行通信中，常用波特率来表示数据传输的速率。,波特率：每秒传送的二进制位数。,单位：波特 Bd,如串行通信规定：一个串行字符包括1个起始位，7个数据位，1个奇偶校
6、验位和1个停止位，共10个数据位构成，每秒传送120个字符，则波特率为： 10位/字符120字符/秒=1200位/秒 传送每一位占用的时间为： 1秒/1200=0.833毫秒,波特率因子：发送/接收时钟与波特率之比。,7.2 MCS-51的串行口,7.2.1 串行口的结构7.2.2 串行口的工作方式7.2.3 波特率的计算,返回本章首页,MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步接收/发送器(UART- Universal Asychronous Receiver/Transmitter)，也可作为同步移位寄存器。其帧格式可为8位、10位、11位，并可设置多种不同的波特率。它
7、通过引脚RXD和TXD与外界进行通信。,7.2.1 串行口的结构,MCS-51内部有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器。一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器共用一个地址99H，通过对SBUF的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是对发送缓冲器进行操作。CPU在写SBUF时，就是修改发送缓冲器；读SBUF，就是读接收缓冲器的内容。接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线RXD(P3.0)、TXD(P3.1)来实现的，因此可以同时发送、接收数据。串行口的结构如图7.3所示。,7.2.1 串行口的结构,图7.
8、3 串行口结构示意图,7.2.1 串行口的结构,7.2.1 串行口的结构,1串行口控制寄存器SCON,图7-6 SCON格式,该寄存器的字节地址为98H，可位寻址。SCON格式如图7-6所示。,其各位的含义如下：,SM0、SM1串行口4种工作方式的选择位。串行口的4种工作方式如表7.1所示。,表8.1 串行口的4种工作方式,1串行口控制寄存器SCON,SM2多机通信控制位，用于方式2或方式3中。,1串行口控制寄存器SCON,当串行口以方式2或方式3接收时，如果SM2=1，只有当接收到的第9位数据(RB8)为“1”时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并将RI置“1”，产生中断请求；当接收到的
9、第9位数据(RB8)为“0”时，则将接收到的前8位数据丢弃。如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并将RI置“1”，产生中断请求。在方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活RI。在方式0时，SM2必须为0。,REN 允许串行接收位，由软件置“1”或清“0”。REN=1时，允许串行口接收数据；REN=0时，禁止串行口接收数据。,1串行口控制寄存器SCON,TB8 发送的第9位数据。方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作为地址帧或数据帧的标志。其中，TB8=1为地址帧，TB8=0为数据帧。,RB8 接收到的
10、第9位数据。方式2和方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。,TI 发送中断标志位。发送中，TI必须保持零电平。方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”。其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响应中断后，在中断服务程序中向SBUF写入要发送的下一帧数据，TI必须由软件再清“0”。,1串行口控制寄存器SCON,RI 接收中断标志位。接收中RI必须保持零电平。方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。其它工作方式，串行口接收到停止位时，该
11、位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断,要求CPU从接收SBUF取走数据。该位的状态也可供软件查询。如果再接收，RI必须由软件再清“0”。,2特殊功能寄存器PCON,图7-7 PCON格式,返回本节,其字节地址为87H，没有位寻址功能。PCON的格式如图7-7所示，其中与串行接口有关的只有D7位。,SMOD：波特率选择位。当SMOD=1时，比SMOD=0时的波特率加倍，因此也称SMOD位为波特率倍增位。,7.2.2 串行口的工作方式,串行口工作方式,方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最
12、低位。波特率固定为fosc/12。方式0发送 当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先，TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据后将中断标志位TI置“1”。时序如图7.8所示。,7.2.2 串行口的工作方式,1方式0,图7.8 方式0发、收时序,7.2.2 串行口的工作方式,方式0接收 方式0接收时，REN为串行口接收允许接收控制位，REN=0，禁止接收。方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件将TI或中断标志位RI置“1”，CPU响应中断。
13、TI或RI标志位须由用户软件清“0”，可采用如下指令：CLR TI；TI位清“0”CLR RI ；RI位清“0”方式0时，SM2位(多机通信控制位)必须为0。,7.2.2 串行口的工作方式,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,方式1用于数据的串行发送和接收。TXD脚和RXD脚分别用于发送和接收数据。,方式1收、发一帧的数据为10位，1位起始位(0)，8位数据位，1位停止位(1)，先发送或接收最低位。,波特率由下式确定：方式1波特率=(2SMOD/32)定时器T1的溢出率,SMOD为PCON寄存器的最高位的值(0或1)。,方式1发送 方式1输出时，数据位由TXD端输出。当CPU执行一条数据
14、写发送缓冲器SBUF的指令时，就启动发送。图7.9(a)TX时钟的频率就是发送的波特率。发送开始时，内部发送控制信号变为有效，将起始位向TXD输出。此后，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完毕后，中断标志位TI置“1”。TI必须由用户清0，以便下一次发送。,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,图7.9 方式1发、收时序(a) 发送时序；(b) 接收时序,方式1接收 接收数据的时序如图7.9(b)所示。当CPU采样到RXD端从1到0的跳变时(3次采样中至少2次有效)，开始接收数据。一帧数据接收完毕以后，必须同时满足以下两个条件，这次接收
15、才真正有效，然后RI自动置1。(1) RI=0。(2) SM2=0或收到的停止位=1。若这两个条件不满足，则收到的数据不能装入SBUF，该帧数据将丢失。中断标志RI必须由用户清0，以便下一次接收。通常情况下，串口以方式1工作时，SM2=0。,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,3 方式2,7.2.2 串行口的工作方式,方式2为9位异步通信方式。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位(先低位)，1位可程控的第9位数据和1位停止位。方式2的波特率由下式确定：方式2波特率=(2SMOD/64)fosc,方式2发送前，先根据通信协议由软件设置SCON中的TB8(例如，双机通信时的奇偶校验位或多机通信时的地址/数据的标志位)。方式2发送数据波形如图7.10所示。,图7.10 方式2发送时序,方式2接收 SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测逻辑采样到RXD引脚从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一帧信息。在接收完第9位数据后，需满足以下两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF。 (1) RI=0，意味着接收缓冲器为空。(2) SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1。,3 方式2,7.2.2 串行口的工作方式,
