第八章串行口(改)

1、单片机微型计算机与单片机微型计算机与接口技术接口技术第第8 8章章 串行接口串行接口李群芳主编李群芳主编本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容串行通信的基本概念串行通信的基本概念串行通信接口串行通信接口串行通信串行通信寄存器寄存器串行通信串行通信 数据通信方式有两种：数据通信方式有两种：所传送数据的：所传送数据的， 数据有多少位就需要多少根数据线。数据有多少位就需要多少根数据线。 特点：速度快，成本高，适合特点：速度快，成本高，适合传输传输 如计算机并口，打印机，如计算机并口，打印机，8255 。 ：所传送数据的：所传送数据的。 只需一根数据，一根地线，共只需一根数据，一根地线，共2 根。根。

2、（如双向通信发送和接收各需（如双向通信发送和接收各需1根数据线。）根数据线。） 特点：成本低，特点：成本低，适合，适合通信，通信， 。 通信的双方应该有一个通信的双方应该有一个，什么时候开，什么时候开始发送，什么时候发送完毕；接收方收到的信始发送，什么时候发送完毕；接收方收到的信息是否正确等，这就是息是否正确等，这就是通信协议通信协议。 异步串行通信一帧数据格式：异步串行通信一帧数据格式：l “0”,表示字符的开始，然后是表示字符的开始，然后是5即该字符的代码，规定即该字符的代码，规定，高位在后，接下来是高位在后，接下来是(可省略可省略)，最，最后以后以“1”表示字符的结束。表示字符的结束。l

3、优点：硬件结构简单。优点：硬件结构简单。l缺点：传输速度慢。缺点：传输速度慢。P1D0 D1D2 D3 D4 D5 D6 D7P10第第n个字符（一帧）个字符（一帧）n-1n+10D0起起始始位位数据位（数据位（58位）位）校校验验位位停停止止位位二、同步通信二、同步通信 在同步通信中，发送方在数据或字符开始在同步通信中，发送方在数据或字符开始处用处用(常约定常约定12个字节个字节)指示一帧的指示一帧的开始开始 ，由时钟来实现发送端和接收端同步，由时钟来实现发送端和接收端同步，接收方一旦检测到与规定的同步字符符合，接收方一旦检测到与规定的同步字符符合，下面就连续按顺序传送若干个数据下面就连续按

4、顺序传送若干个数据 ，最后发，最后发校校验字节。见下图：验字节。见下图：SYN字符字符1SYN字符字符2数据数据1数据数据2.数据数据n连续传送连续传送n 个数据个数据校验校验按按：单工、半双工、全双工通信方式：单工、半双工、全双工通信方式 : 一端是发送端，另外一端是接收端：一端是发送端，另外一端是接收端： 每端口有一个发送器和一个接收器，通过开每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，数据可以双向传送，但不能同关连接在线路上，数据可以双向传送，但不能同时发送和接收时发送和接收. 要通过换向器转换方向。要通过换向器转换方向。 通信双方用两个独立的收发器单独连接通信双方用两个独立的

5、收发器单独连接,可以可以同时发送和接收数据同时发送和接收数据,因而提高了速度。因而提高了速度。2.进行串、并转换进行串、并转换 在发送端，接口将在发送端，接口将CPU送来的并行信号转换成串行送来的并行信号转换成串行数据进行传送；而在接收端，接口要将接收到串行数数据进行传送；而在接收端，接口要将接收到串行数据变成并行数据送往据变成并行数据送往CPU，由，由CPU进行处理。进行处理。3.控制数据的传输速率控制数据的传输速率 接口应具备对数据传输率接口应具备对数据传输率波特率的控制选择能力，波特率的控制选择能力，即具有即具有。4.进行传送错误检测进行传送错误检测 在发送时，对传送的数据自动生成校验位

6、或校验码，在发送时，对传送的数据自动生成校验位或校验码，在接收端能检查校验位或校验码，以确定传送中是否在接收端能检查校验位或校验码，以确定传送中是否有误码。有误码。 单位时间内传送的信息量。单位时间内传送的信息量。 在计算机中，以在计算机中，以为单位。为单位。例如：例如：100字符字符/秒，秒，1个字符个字符11位，位， 波特率为：波特率为：10011=1100（波特）（波特）平均每位传送占用时间平均每位传送占用时间 Td = 1/1100=0.909ms RXD TXD GNDRXDTXDGNDRXDTXDGND电电平平转转换换RXDTXDGNDRXDTXDGND电电平平转转换换RXDTXD

7、GND微机微机微机其微机其他设备他设备较远距离传送电路较远距离传送电路近距离传送电路近距离传送电路微机接口调制解调器调制解调器接口微机电话分机电话分机远距离传送电路远距离传送电路 数字信号通过调制器变成模拟信号通过电话线传数字信号通过调制器变成模拟信号通过电话线传送到对方，接收方通过解调器将模拟信号转换成数字送到对方，接收方通过解调器将模拟信号转换成数字信号接收。信号接收。 测控系统中，计算机通信主要采用异步串行通测控系统中，计算机通信主要采用异步串行通信方式，常用的异步总线标准有三种：信方式，常用的异步总线标准有三种：RS-232（RS-232A RS-232B ）RS-449 （RS422

8、 RS423 ）20mA电流环电流环 这里重点介绍这里重点介绍RS-232 RS422： 10Mbit/s， : 300m 90Kbit/s， ：1200m1 2. 抗干扰能力抗干扰能力 采用标准的通信接口，本身具有一定的抗采用标准的通信接口，本身具有一定的抗干扰能力，但是工业现场的情况往往很恶干扰能力，但是工业现场的情况往往很恶劣，因而要根据具体情况进行选择。劣，因而要根据具体情况进行选择。 RS232C：一般场合：一般场合 RS422： 共模信号比较强共模信号比较强 光纤：光纤： 电磁干扰较强电磁干扰较强 美国电子工业协会美国电子工业协会(EIA),异步通信标准。异步通信标准。设备之间通信

9、的距离不大于设备之间通信的距离不大于15米米最大传输速率最大传输速率20KB/S采用负逻辑：采用负逻辑：“1” 5V 15V “0” +5V + 15V不带负载时输出电平：不带负载时输出电平：25V +25V输出短路电流：输出短路电流： 0.5A最大负载电容最大负载电容: 2500pF 当计算机采用当计算机采用RS232标准时必须通过电平，标准时必须通过电平，。内部具有电压。内部具有电压提升电路，并有两路接收器和发送器。其连线和引脚提升电路，并有两路接收器和发送器。其连线和引脚如图如图C1C1C C2 2C C2 2T1INT2INR1OUTR2OUTV+V-T1OUTT2OUTR1INR2I

10、N+5V1.0FFFFF1.01.0 1.01.0+10V-10VTTL/CMOSTTL/CMOSRS-232RS-232VCCC1V+C1C2C2V-T2OUTT1OUTR2INVCCR1INR1OUTT1INT2INR2OUTGNDMAX232MAX232 连线图连线图MAX232 引脚图引脚图 TTL电平可以由专用集成电路转换成电平可以由专用集成电路转换成RS232C标准标准; 如如: TTL RS232C RS232C TTL 由于由于MC1488需要采用需要采用12V电源，一般在单片机通信中电源，一般在单片机通信中大量使用的是只需要大量使用的是只需要+5V电源、具有发送和接收的一体化

11、芯电源、具有发送和接收的一体化芯片，如：片，如：等。等。 RXD TXD GNDTXDGND8xx518xx51RXDVCCEAC1C2RSTXTAL1XTAL2TXDRXD89C51C1C2T1INR1OUTC2R1INT1OUTV-V+VCCC1C3C4C5GNDGNDC1=C2=C3=C4=C5=1FMAX23215PC机机COM1或或COM212346789+5V+5V 51单片机有一个可编程的全双工异串单片机有一个可编程的全双工异串行通信接口，它可作行通信接口，它可作用，也可作同用，也可作同步步，其帧格式可有，其帧格式可有8位、位、10位位或或l l位，并能设置各种波特率，给使用者位

12、，并能设置各种波特率，给使用者带来很大的灵活性。带来很大的灵活性。 发送发送SBUF（99H）门门88 图图8.7 串行口结构框图串行口结构框图 RXD(P3.0)TXD(P3.1)中断中断接收接收SBUF（99H）定定时时器器T1fosc2分频器分频器发送控制器发送控制器接收控制器接收控制器串寄串寄行存行存控器控器制制 SCON （98H）输入移位寄存器输入移位寄存器TIRI内内 部部 总总 线线 5 l 单片机通过引脚单片机通过引脚串行数串行数据接收端和引脚据接收端和引脚串行数据发送串行数据发送端与外界进行通信。端与外界进行通信。 图中有两个物理上独立的接收、发送图中有两个物理上独立的接收

13、、发送缓冲器缓冲器SBUF，它们占用同一地址，它们占用同一地址99H，可，可同时发送、接收数据。同时发送、接收数据。 发送缓冲器只能写入，不能读出，发送缓冲器只能写入，不能读出，CPU写写SBUF，一方面修改发送寄存器，同时启动数，一方面修改发送寄存器，同时启动数据串行发送；据串行发送； 接收缓冲器只能读出、不能写入。读接收缓冲器只能读出、不能写入。读SBUF，就是读接收寄存器。就是读接收寄存器。串行控制寄存器串行控制寄存器 用以存放串行口的控制和状态信息。用以存放串行口的控制和状态信息。 8XX51串行口正是通过对上述专用寄存器的设串行口正是通过对上述专用寄存器的设置、检测与读取来管理串行通

14、信的。置、检测与读取来管理串行通信的。特特 殊功能寄存器殊功能寄存器PCON的最高位的最高位为串行为串行口波特率的倍增控制位。口波特率的倍增控制位。波特率发生器波特率发生器 可以有两种选择：可以有两种选择：1. 定时器定时器，改变计数初值就，改变计数初值就可以改变串行通信的速率，称为可变波特率。可以改变串行通信的速率，称为可变波特率。2. 以内部时钟的分频器作波特率发生器，因内部以内部时钟的分频器作波特率发生器，因内部时钟频率一定，称为固定波特率。时钟频率一定，称为固定波特率。shiftMOV A , SBUF串行数据串行数据CPUCPU SBUF SBUFshiftMOV SBUF , A并

15、行数据并行数据甲方（发送）甲方（发送）乙方（接收）乙方（接收） 甲方发送时，甲方发送时，CPU执行执行指令指令 MOV SBUF , A 启动启动了发送过程，数据并行送入了发送过程，数据并行送入SBUF ，在发送时钟，在发送时钟 shift的控制下由低位到高位一位一位发送，乙方在接收时的控制下由低位到高位一位一位发送，乙方在接收时钟钟 shift 的控制下由低位到高位的控制下由低位到高位 顺序进入移位寄存器顺序进入移位寄存器SBUF ，甲方一帧数据发送完毕，置位发送中断标志，甲方一帧数据发送完毕，置位发送中断标志TIRITI，该位可作为查询标志（或引起中断），该位可作为查询标志（或引起中断），

16、CPU可再发送下一帧数据可再发送下一帧数据 。乙方一帧数据到齐。乙方一帧数据到齐即接收缓冲器满，置位接收中断标志即接收缓冲器满，置位接收中断标志RI，该位，该位可作为查询标志（或引起接收中断），通过可作为查询标志（或引起接收中断），通过MOV A ,SBUF CPU将这帧数据并行读入。将这帧数据并行读入。由上述可知：由上述可知： 甲、乙方的移位时钟频率应相同，即应具有甲、乙方的移位时钟频率应相同，即应具有相同的波特率，否则会造成数据丢失。相同的波特率，否则会造成数据丢失。1. 发送方是先发数据再查标志，接收方是先查发送方是先发数据再查标志，接收方是先查标志再收数据。标志再收数据。 51单片机串

17、行口是一个可编程接口，对单片机串行口是一个可编程接口，对它的编程只用两个控制字分别写入特殊功能它的编程只用两个控制字分别写入特殊功能寄存器：寄存器： 3.CPU通过指令和通过指令和SBUF并行交换数据，并不并行交换数据，并不能控制数据的串行移位，它只能查询标志能控制数据的串行移位，它只能查询标志位来确定数据的移位是否完成。位来确定数据的移位是否完成。8.3.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON 8XX51串行通信的方式选择串行通信的方式选择 ,接受和发送控制及串接受和发送控制及串行口的标志均由专用寄存器行口的标志均由专用寄存器SCON控制和指示控制和指示,其格式其格式如下如下:SM0S

18、M1 SM2RENTB8RB8TIRI方式选择方式选择多机多机控制控制串行接收串行接收允许允许/ 禁止禁止欲发的欲发的第九位第九位收到的收到的第九位第九位发送中发送中断有断有/无无接收中接收中断有断有/无无:串行口串行口控制位。控制位。 0 0-方式方式0, 0 1-方式方式1 1 0-方式方式2, 1 1-方式方式3位。位。 0-禁止接收禁止接收, 1-允许接收允许接收: 在方式在方式2,3中中,TB8是发送机要发送的是发送机要发送的。:在方式在方式2,3中中,RB8是接受机收到的是接受机收到的, 该数据来自发送机的该数据来自发送机的TB8。发送前必须用软件清零，发。发送前必须用软件清零，发

19、 送过程中送过程中TI保持零电平保持零电平,发送完一帧数据后，由发送完一帧数据后，由 硬件置硬件置 “1”，如果再发送，如果再发送,必须用软件再清零。必须用软件再清零。接收前。接收前,必须用软件清零必须用软件清零,接收过接收过程中程中RI保持零电平，接收完一帧数据后由片内硬件自保持零电平，接收完一帧数据后由片内硬件自动置动置“1”。如果再接收必须用软件清零。如果再接收必须用软件清零。，。 发送机置发送机置SM2=1,以以TB8为为1作为地址帧寻找从机作为地址帧寻找从机, 以以TB8为为0作为数据帧进行通信，作为数据帧进行通信， 从机初始化时设置从机初始化时设置SM2=1, 若接收到的第九位数据

20、若接收到的第九位数据,即不引起即不引起接收中断接收中断,亦既不接收数据帧亦既不接收数据帧,继续监听继续监听, 如接收到的如接收到的引起接收中断引起接收中断,中断程序中断程序中判断所接收的地址帧和本机的地址是否符合中判断所接收的地址帧和本机的地址是否符合,若不符若不符合合,维持维持SM2=1,继续监听继续监听,若符合若符合,则清则清SM2,接收对放发接收对放发来的后续信息来的后续信息.综上所述综上所述,SM2的作用为的作用为:在方式在方式2,3中，中，(程序设置程序设置). 接收机接收机, ,引起接收中断引起接收中断. ,不引起接断不引起接断. 引起引起 接收中断。接收中断。在方式在方式1中中,

21、 当接收时当接收时SM2=1, 则只有收到有效停止位才则只有收到有效停止位才 激活激活RI，。 PCON的字节地址为的字节地址为, 只能字节只能字节寻址寻址.,初始化时初始化时SMOD=0.SMODXXXXXXXPCON87H8 .3. 2 电源控制寄存器电源控制寄存器PCON PCON的格式如下图所示的格式如下图所示,串行通信只用其中串行通信只用其中的的。在计算串行方式。在计算串行方式 1、 2、 3 的波特率时，的波特率时， SMOD 0不加倍不加倍; SMOD 1 加倍加倍 根据串行通信数据格式和波特率的不同根据串行通信数据格式和波特率的不同, 51系列单片机的串行通信有系列单片机的串行

22、通信有,通通过编程进行选择过编程进行选择,各工作方式的特点如下各工作方式的特点如下:1.方式方式0 的发送端或接收端的发送端或接收端, 。波特率固定为波特率固定为fosc/12 (fosc为晶振频率为晶振频率)方式方式0的数据格式为的数据格式为8位位,低位在前低位在前,高位在后高位在后 移位寄位器方式多移位寄位器方式多,当用单片当用单片机构成系统时机构成系统时,往往感到并行口不够用往往感到并行口不够用,此时可通过此时可通过外接外接；通过外；通过外接接，方式，方式 0 也也可应用于短距离的单片机之间的通信。可应用于短距离的单片机之间的通信。2.方式方式1 为为异步通信方式异步通信方式,几每帧数据

23、由几每帧数据由1个起始位个起始位 “0”.八个数据位八个数据位 和和1个停止位个停止位“1”共共10位构成位构成.其其 中起始位和停止位在发送时是自动插入的中起始位和停止位在发送时是自动插入的. 以以为串行数据的发送端为串行数据的发送端,T1提供位时钟提供位时钟, 为数据的接收端为数据的接收端,由由T1提供移位时钟提供移位时钟,是是方式方式波特率波特率= =根据给定的波特率根据给定的波特率,可以计算可以计算T1的计数初值的计数初值X。 异步发送异步发送/接收方式接收方式,即每帧数据由有一个起即每帧数据由有一个起 始位始位“0”,9个数据位和个数据位和1个停止位个停止位“1”组成组成.发送发送时

24、时 九个数据位九个数据位,由由SCON寄存器的寄存器的TB8位位 提供提供,接收接收 到的第九位数据存放在到的第九位数据存放在SCON寄存器的寄存器的RB8位位. ,。.3. 方式方式24. 方式方式3 数据格式同方式数据格式同方式 3，所不同的是，所不同的是算算方式同方式方式同方式 1。l串行口的波特率有两种方式：串行口的波特率有两种方式：波特率波特率波特率波特率注意：使用可变波特率时，先确定注意：使用可变波特率时，先确定TI 的计数初的计数初值，并对值，并对。l串行通信的编程方式：串行通信的编程方式：方式方式: 查查TI或或RI是否为是否为“1”。方式：如果预先开了中断，当方式：如果预先开

25、了中断，当TI、RI 为为“1”，会自动产生中断。，会自动产生中断。注意：两种方式中当发送或接受数据后都要注意注意：两种方式中当发送或接受数据后都要注意 。l查询方式发送程序：查询方式发送程序：(先发后查）先发后查） 发送一个数据发送一个数据查询查询TI 发送下一个数据发送下一个数据l查询方式接收程序：查询方式接收程序：(先查后收）先查后收） 查询查询RI读入一个数据读入一个数据查询查询RI读下一个数读下一个数据据l中断方式发送程序：中断方式发送程序： 发送一个数据发送一个数据等待中断，在中断中再发送下等待中断，在中断中再发送下一个数据。一个数据。l中断方式接收程序：中断方式接收程序： 等待中

26、断，在中断中再接收一个数据。等待中断，在中断中再接收一个数据。l查询方式发送流程图和接收流程图见下页查询方式发送流程图和接收流程图见下页T1初始化、启动初始化、启动T1工作工作设定串行通信方式设定串行通信方式置发送数据块首址置发送数据块首址数据块长度计数器数据块长度计数器清清TI发送数据发送数据TI1？修改地址指针修改地址指针和块长度计数器和块长度计数器全部数据发送完？全部数据发送完？开始开始结束结束查询方式发送流程图查询方式发送流程图YNYNT1初始化、启动初始化、启动T1工作工作设定串行通信方式设定串行通信方式,允许接收允许接收置接收缓冲区首址置接收缓冲区首址接收数据块长度接收数据块长度清

27、清RIRI1？修改地址指针修改地址指针和块长度计数器和块长度计数器全部数据接收完？全部数据接收完？开始开始结束结束接收数据接收数据Y查询方式接收流程图查询方式接收流程图YNYN 中断方式的中断方式的，不，不同的是要开中断，即置位同的是要开中断，即置位EA和和ES，编写中，编写中断服务程序。断服务程序。中断方式串行通信的程序流程见下图：中断方式串行通信的程序流程见下图：T1初始化、启动初始化、启动T1工作工作设定串行通信方式设定串行通信方式置发送数据块首址置发送数据块首址数据块长度计数器数据块长度计数器发送数据发送数据全部数据发送完？全部数据发送完？YN中断方式发送流程图中断方式发送流程图等待中

28、断等待中断1 EA, 1ES发送数据发送数据中断返回中断返回0 EA, 0ES中断服务程序中断服务程序主程序主程序修改地址指针修改地址指针和块长度计数器和块长度计数器清清TIYNT1初始化、启动初始化、启动T1工作工作设定串行通信方式设定串行通信方式置接收数据块首址置接收数据块首址数据块长度计数器数据块长度计数器全部数据接收完？全部数据接收完？YN中断方式接收流程图中断方式接收流程图等待中断等待中断1 EA, 1ES中断返回中断返回0 EA, 0ES中断服务程序中断服务程序主程序主程序修改地址指针修改地址指针和块长度计数器和块长度计数器清清RI接收数据接收数据YN. 在内部数据存贮器在内部数据

29、存贮器20H3FH单元中共有单元中共有，要求采用，要求采用出去，出去， 传送速率为传送速率为，设，设fosc12MHZ。方法：方法：T1工作于方式工作于方式 2 作波特率发生器，取作波特率发生器，取SMOD0，T1的时间常数计算如下：的时间常数计算如下： 波特率波特率 1200(1/32)1210 /12(256-x) x230E6H 2 2SMODSMOD fosc fosc12(256-x)12(256-x)326发送程序：发送程序： ORG 0000H MOV TMOD， #20H；T1方式方式2 MOV TH1， #0E6H MOV TL1， #0E6H ；T1时间常数时间常数 SET

30、B TR1 ；启动；启动T1 MOV SCON， #40H ；串行口工作于方式；串行口工作于方式1 MOV R0， #20H ；R0指发送缓冲区首指发送缓冲区首 MOV R7， #32 ；R7作发送数据计数作发送数据计数: MOV SBUF，R0 ；发送数据；发送数据 JNB TI， ；一帧未发完继续查询；一帧未发完继续查询 CLR TI ；一帧发完清；一帧发完清TI INC R0 ；数据块未发完继续；数据块未发完继续 SJMP 接收程序：接收程序： ORG 0000H MOV TMOD， #20H MOV TH1， #0E6H MOV TL1， #0E6H SETB TR1 ；初始化；初始化

31、T1， 并启动并启动T1 MOV SCON， #50H ；方式；方式1，并允许接收，并允许接收 MOV R0， #20H MOV R7， #32 ：JNB RI， ；一帧收完；一帧收完? CLR RI ；收完清；收完清RI MOV R0， SBUF ；将数据读入；将数据读入 INC R0 SJMP #include main( ) unsingned char i;char *p;TMOD=0 x20;TH1=0 xe6;TL1=0 xe6;TR1=1;SCON=0 x40;p=0 x20;for (i=0;i=32;i+) SBUF=*p p+ while (!TI); TI=0； #inc

32、lude main( ) unsingned char i;char *p;TMOD=0 x20;TH1=0 xe6;TL1=0 xe6;TR1=1;SCON=0 x50;p=0 x20;for (i=0;i=32;i+) while (!RI); RI=0; *p=SBUF； p+ ；查询方式查询方式 C 语言发送程序语言发送程序查询方式查询方式 C 语言接收程序语言接收程序#include Trs interrupt 4中断方式中断方式 C 语言发送程序语言发送程序TMOD=0 x20;TH1=0 xe6;TL1=0 xe6;TR1=1;SCON=0 x50;p=0 x20;for (i=

33、0;i32;)；#include Trs interrupt 4 RI=0； i+; *p =SBUF; p+; main( ) unsingned char i;char *p;中断方式中断方式 C 语言接收程序语言接收程序RXD89C51TXDP1.0 接线如图，编一个自发自收程序，接线如图，编一个自发自收程序，检查单片机的串行口是否完好，检查单片机的串行口是否完好，f=12MHzf=12MHz，波特率，波特率600600，取，取SMODSMOD0 0。解：依据公式解：依据公式波特率波特率 求得求得 )256(12321xo os sc cf fCCHx 204 MOV TMOD,#20H

34、 MOV TH1, #0CCH MOV TL1, #0CCH ; 设定波特率设定波特率 SETB TR1 MOV SCON, #50HABC: CLR TI MOV P1, #0FEH ; LED灭灭 ACALL DAY ; 延时延时 MOV A, #OFFH MOV SBUF, A ; 发送数据发送数据FFH JNB RI, $ ;RI = 0等待等待 CLR RI MOV A, SBUF ; 接收数据，接收数据，A=FFH MOV P1, A ; 灯亮灯亮 JNB TI, $ ;TI = 0 等待等待 ACALL DAY ; 延时延时 SJMP ABCDAY: MOV R0, #0DAL: MOV R1, #0 DJNZ R1, $ DJNZ R0, DAL RET 若发送接收正确，可观察到若发送接收正确，可观察到P1.0P1.0的的LEDLED闪亮。闪亮。 例例8-2 C语言编程语言编程in