MCS-51单片机内部资源及应用-串行通信

1、第第3章章 MCS-51单片机的内部资源及应用单片机的内部资源及应用3.1 MCS-51单片机的并行单片机的并行I/O口应用口应用3.2 MCS-51单片机的中断系统单片机的中断系统 3.3 MCS-51单片机的定时器单片机的定时器/计数器计数器3.4 MCS-51 MCS-51 单片机的串行通信单片机的串行通信3.4 MCS-51 单片机的串行通信1.1.串行通信概述串行通信概述2.MCS-512.MCS-51的串行口的串行口3.3.串行口的工作方式串行口的工作方式4.4.串行口的通信波特率串行口的通信波特率5.5.串行口的应用串行口的应用(1)(1)通信通信 通信：通信：单片机与外界进行信

2、息交换统称为单片机与外界进行信息交换统称为通信通信。并行通信：并行通信：多位多位数据数据同时同时发送或接收。发送或接收。 传送速度传送速度快快、效率、效率高高，但成本高。，但成本高。 短距离传送数据，计算机内部，以并行方式为主。短距离传送数据，计算机内部，以并行方式为主。串行通信：串行通信：一位一位一位一位顺序发送或接收。顺序发送或接收。 传送速度传送速度慢慢，但成本，但成本低低。 长距离传送数据，与外界的数据交换以串行方式为主长距离传送数据，与外界的数据交换以串行方式为主1串行通信-概述概述(2)(2)通信的制式通信的制式单工方式：单工方式：数据仅按一个固定方向传送；数据仅按一个固定方向传送

3、；半双工方式：半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行；数据可实现双向传送，但不能同时进行；全双工方式：全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送；允许双方同时进行数据双向传送；多工方式：多工方式：在同一线路上实现资源共享。在同一线路上实现资源共享。 (3)(3)串行通信的分类串行通信的分类按数据传送方式：按数据传送方式：分为分为异步通信异步通信和和同步通信同步通信1串行通信-概述同步方式：同步方式：以以数据块数据块为单位为单位进行数据传送进行数据传送，包括同步字符、数，包括同步字符、数据块和校验字符据块和校验字符CRC。优点优点是数据传输是数据传输速率较高速率较高，缺点缺点是要求是要求发

4、送时钟和接收时钟保持发送时钟和接收时钟保持严格同步严格同步。数据格式如下图所示。数据格式如下图所示。 1串行通信-概述异步方式：异步方式：以以字符为单位字符为单位进行数据传送，进行数据传送，每一个字符均按固定的每一个字符均按固定的字符格式传送，又被称为字符格式传送，又被称为帧帧。优点优点是不需要传送同步脉冲，可靠是不需要传送同步脉冲，可靠性高，所需设备简单；性高，所需设备简单；缺点缺点是字符帧中因包含有起始位和停止位是字符帧中因包含有起始位和停止位而降低了有效数据的传输速率。而降低了有效数据的传输速率。数据格式如下图所示：数据格式如下图所示：1串行通信-概述(4)(4)串行通信的波特率串行通信

5、的波特率 波特率波特率是指每秒钟传送是指每秒钟传送信号的数量信号的数量，单位为，单位为波特波特（Baud）。）。而每秒钟传送二进制数的信号数（即而每秒钟传送二进制数的信号数（即二进制数的位数二进制数的位数）定义为）定义为比比特率特率，单位是，单位是bps（bit per second）或写成）或写成b/s（位（位/秒）。秒）。 在单片机串行通信中，传送的信号是二进制信号，波特率与在单片机串行通信中，传送的信号是二进制信号，波特率与比特率数值上相等。单位采用比特率数值上相等。单位采用bps。例如：例如：异步串行通信的数据传送的速率是异步串行通信的数据传送的速率是120字符字符/秒，而每个字秒，而

6、每个字符规定包含符规定包含10位数字，则传输波特率为：位数字，则传输波特率为： 120字符字符/秒秒 10位位/字符字符=1200位位/秒秒= 1200bps1串行通信-概述全双工的异步串行通信口（全双工的异步串行通信口（P3.0、P3.1）一个一个UART（通用异步接收（通用异步接收/发送器）发送器）同步移位寄存器同步移位寄存器帧格式可有帧格式可有10位和位和11位位可设置各种波特率可设置各种波特率 2 MCS-51串行口MCS51的串行口SBUF（发）（发）SBUF（收）（收）发送控制器发送控制器 TI接收控制器接收控制器 RI移位寄存器移位寄存器波波特特率率发发生生器器T1 1A累累加加

7、器器(门门)移位寄存器移位寄存器RxD(P3.0)TxD(P3.1)去申请中断去申请中断引脚引脚引脚引脚CPU内部内部 MCS-51串行口的结构如下图所示：串行口的结构如下图所示：同名的接收同名的接收/发送发送缓冲寄存器缓冲寄存器SBUF输入和输出移位输入和输出移位寄存器和控制器寄存器和控制器1串行口寄存器结构串行口寄存器结构MCS-51串行口串行口MCS-51串行口串行口l（1）独立的同名接收）独立的同名接收/发送缓冲寄存器发送缓冲寄存器SBUFl 指令指令 MOV SBUF，A ：数据发送数据发送l 指令指令 MOV A，SBUF ：数据接收数据接收。l 向向SBUF写入数据即发送数据写入

8、数据即发送数据l 从从SBUF读出数据即接收数据读出数据即接收数据l（2）输入和输出移位寄存器和控制器）输入和输出移位寄存器和控制器l（3）2个个SFR寄存器，寄存器，SCON和和PCON，用于串行口，用于串行口的初始化编程。的初始化编程。l（4）接收）接收/发送一个数据，发送一个数据，必须用指令对必须用指令对 RI/TI 清清0，以备下一次收以备下一次收/发。发。2. 串行通信控制寄存器串行通信控制寄存器SCON （98H）SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0，SM1：串行口串行口4种工作方式控制位。种工作方式控制位。 =00：方式方式0，8位同步移位寄存器，其波

9、特率为位同步移位寄存器，其波特率为fosc/12； =01：方式方式1，10位位UART，其波特率为可变，其波特率为可变（T1溢出率）溢出率）； =10：方式方式2，11位位UART，其波特率为，其波特率为fosc/64或或fosc/32； =11：方式方式3，11位位UART，其波特率为可变，其波特率为可变（T1溢出率）。溢出率）。 其中：其中：fosc为系统晶振频率。为系统晶振频率。RI,TI：串行口收串行口收/发数据申请中断标志位发数据申请中断标志位 1：申请中断；申请中断； 0： 不申请中断。不申请中断。RB8： 方式方式2、3中，存放中，存放收到收到的第的第9位数据；位数据；双机通信

10、中，作奇偶校验位；双机通信中，作奇偶校验位；多机通信中，作地址帧多机通信中，作地址帧/数据帧的标志：数据帧的标志：0数据，数据，1地址。地址。TB8： 方式方式2、3中，要中，要发送发送的第的第9位数据；位数据；双机通信中，数据进行奇偶校验；双机通信中，数据进行奇偶校验；多机通信中，作地址帧多机通信中，作地址帧/数据帧标志：数据帧标志：0数据，数据，1地址。地址。REN：串行口串行口接收允许接收允许控制位控制位 1： 表示允许接收，表示允许接收， 0： 禁止接收。禁止接收。SM2： 方式方式2、方式、方式3中，多机通信的附加控制位。中，多机通信的附加控制位。主机置为主机置为0所有从机的所有从机

11、的SM2位置位置1，处于接收地址帧状态。，处于接收地址帧状态。地址相符的从机，置为地址相符的从机，置为0，以接收主机发来的数据帧。，以接收主机发来的数据帧。2. 串行通信控制寄存器串行通信控制寄存器SCON （98H）SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI3. 中断允许寄存器中断允许寄存器IE（0A8H） EA=1 ：总中断允许；：总中断允许； ES=1：允许串行中断；：允许串行中断； ES=0：禁止串行中断：禁止串行中断。 4. 电源管理寄存器电源管理寄存器PCON（87H） 不可位寻址。不可位寻址。 PCON主要用于实现电源控制而设置的专用主要用于实现电源控制而设置的专

12、用寄存器。寄存器。SMOD GF1 GF0 PD 1DLSMOD：串行口波特率倍增位串行口波特率倍增位 =1：串行口波特率加倍。：串行口波特率加倍。 =0：串行口波特率不变，系统复位时默认为：串行口波特率不变，系统复位时默认为SMOD=0。3.4.3 串行口的工作方式 1. 方式方式0: 8位移位寄存器位移位寄存器I/O方式方式,用于用于 扩展并行口扩展并行口2. 方式方式1:波特率可变的波特率可变的10位异步通信方式位异步通信方式3. 方式方式2:固定波特率的固定波特率的11位异步通信方式位异步通信方式1. 方式方式0（ 8位移位寄存器位移位寄存器I/O方式）方式）发送发送/ /接收过程：接

13、收过程：SBUF中的串行数据由中的串行数据由RXD逐位移出逐位移出/移入（低移入（低位在先，高位在后）；位在先，高位在后）；TXD输出移位时钟，频率输出移位时钟，频率=fosc1/12；每送；每送出出/接收接收8位数据位数据 TI/ RI自动置自动置1；需要用软件清零；需要用软件清零 TI/ RI 。注意：注意：串行口在方式串行口在方式0下的工作并非是一种同步通信方式，下的工作并非是一种同步通信方式，经常经常配合配合“串入并出串入并出”“”“并入串出并入串出”移位寄存器一起使用移位寄存器一起使用，以达到扩以达到扩展一个并行口的目的。展一个并行口的目的。 扩展电路如下页图所示。扩展电路如下页图所

14、示。3.4.3 串行口的工作方式 如要发送数据，查询方式的程序如下：如要发送数据，查询方式的程序如下： MOV SCON,#00H ；串行口方式；串行口方式0 MOV SBUF,A ；将数据送出；将数据送出 JNB TI,$ ；等待数据发送完毕；等待数据发送完毕 CLR TI ；为下次发送作准备；为下次发送作准备注意：注意：复位时，复位时，SCON 已经被清零，缺省值为方式已经被清零，缺省值为方式0。发送条件：发送条件：TI=0。接收条件接收条件：RI=0，置位，置位 REN=1 （允许接收数据）。（允许接收数据）。1. 方式方式0（ 8位移位寄存器位移位寄存器I/O方式）方式）发送发送/ /

15、接收数据的格式：接收数据的格式：一帧信息包括一帧信息包括1个个起始位起始位(0)，8个个数据位数据位和和1个个停止位停止位(1)。发送发送/ /接收过程：接收过程：SBUF中的串行数据由中的串行数据由TXD/RXD逐位移出逐位移出/移入；移入；每发送每发送/接收接收8位数据位数据 TI/ RI自动置自动置1；用软件清零；用软件清零 TI/ RI 。发送端自动添加一个起始位和一个停止位；接收端自动去掉一个发送端自动添加一个起始位和一个停止位；接收端自动去掉一个起始位和一个停止位。起始位和一个停止位。波特率波特率= （2SMOD/32） T1的溢出率，的溢出率，波特率可变。波特率可变。发送发送/

16、/接收条件接收条件： TI=0/TI=0/RI=0，置位，置位 REN=1 （允许接收数据）（允许接收数据）2. 方式方式1 （波特率可变的（波特率可变的10位异步通信方式位异步通信方式 ）3. 3. 方式方式2 2（固定波特率的（固定波特率的1111位异步接收位异步接收/ /发送方式）发送方式）发送发送/ /接收过程：接收过程：类似于方式类似于方式1，比方式，比方式1增加了一位增加了一位“第第9位位”数据数据(TB8/RB8)，常用于，常用于“奇偶校验奇偶校验”。方式方式2常用于单片机间通信。波特率常用于单片机间通信。波特率 = fosc 2SMOD/64 。发送发送/ /接收条件接收条件：

17、 TI=0/RI=0，置位，置位 REN=1 （允许接收数据）（允许接收数据）4. 方式方式3（可变波特率的可变波特率的11位异步接收位异步接收/发送方式发送方式） 方式方式3和方式和方式2唯一的区别是波特率机制不同唯一的区别是波特率机制不同方式方式3的波特率的波特率=(2SMOD/32) T1的溢出率。的溢出率。奇偶校验：奇偶校验：是检验串行通信双方传输的数据正确与否的一是检验串行通信双方传输的数据正确与否的一个措施，并不能保证通信数据的传输一定正确。即个措施，并不能保证通信数据的传输一定正确。即如果如果奇奇偶校验发生错误，表明数据传输一定出错了；如果奇偶校偶校验发生错误，表明数据传输一定出

18、错了；如果奇偶校验没有出错，绝不等于数据传输完全正确。验没有出错，绝不等于数据传输完全正确。奇校验规定：奇校验规定：8位有效数据连同位有效数据连同1位奇偶校验附加位中，二位奇偶校验附加位中，二进制进制“1”的个数为奇数。的个数为奇数。偶校验规定：偶校验规定：8位有效数据连同位有效数据连同1位奇偶校验附加位中，二位奇偶校验附加位中，二进制进制“1”的个数为偶数。的个数为偶数。校验方式：校验方式：3.4.4 3.4.4 串行口的通信波特率串行口的通信波特率 波特率：每秒钟传送数据的位数，反映串行传输数据的速率。波特率：每秒钟传送数据的位数，反映串行传输数据的速率。串行口四种工作方式中：串行口四种工

19、作方式中：方式方式0：波特率固定：波特率波特率固定：波特率 = fosc/12。方式方式2：波特率固定：波特率波特率固定：波特率 =（2SMOD/64）fosc ， SMOD是是PCON的最高位的最高位方式方式1和方式和方式3： 波特率可变，由定时器波特率可变，由定时器T1控制。控制。 波特率波特率 =（2SMOD/32）T1溢出率溢出率 T1溢出率溢出率 =（fosc/12）/（2K TC） 其中：其中：K定时器定时器T1的位数，定时器的位数，定时器T1用作波特率发生器用作波特率发生器时，通常工作在时，通常工作在方式方式2，8位定时器，位定时器，T1的溢出所需的周期数的溢出所需的周期数 =

20、28 TC。 TC定时器定时器T1的预置初值。的预置初值。 T1工作于方式工作于方式2的常用波特率及初值。的常用波特率及初值。 常用波特率（常用波特率（bps）fOSC（MHz）SMODTH1初值初值1920011.05921FDH 3960011.05920FDH 3480011.05920FAH 6240011.05920F4H 12120011.05920E8H 24串行口的通信波特率串行口的通信波特率波特率波特率 = （2SMOD/32） （fosc/12）/（2K TC） TC =2K （2SMOD fosc / 12 / 波特率波特率 / 32 ）Fosc2SMODBAUDTCTC

21、1200000011200229.9583230E61200000012400242.9792243F31200000022400229.9583230E61200000024800242.9792243F31105920011200232 E8TC =2K （2SMOD fosc / 12 / 波特率波特率 / 32 ）l接收接收/发送缓冲寄存器发送缓冲寄存器SBUF （99H）lMOV SBUF，A ; 发送发送数据数据lMOV A，SBUF ; 接收接收数据数据l串行通信控制寄存器串行通信控制寄存器SCON （98H）串行通信小结串行通信小结:SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB

22、8 TI RIl电源管理寄存器电源管理寄存器PCON（87H）SMOD GF1 GF0 PD 1DLl串行口的工作方式串行口的工作方式:串行通信小结串行通信小结:l串行口的工作方式串行口的工作方式:l方式方式0:8位移位寄存器位移位寄存器I/O方式方式l方式方式1:8位数据位数据,1位起始位起始,1位停止位位停止位,一帧一帧10位位l方式方式2:9位数据位数据,1位起始位起始,1位停止位位停止位,一帧一帧11位位l方式方式3:9位数据位数据,1位起始位起始,1位停止位位停止位,一帧一帧11位位l波特率波特率l方式方式0：波特率固定：波特率波特率固定：波特率 = fosc/12。l方式方式2：波

23、特率固定：波特率波特率固定：波特率 =（2SMOD/64）fosc ，l方式方式1和方式和方式3：l波特率可变，由定时器波特率可变，由定时器T1控制。控制。l波特率波特率 =（2SMOD/32） （fosc/12）/（2K TC）TC =2K （2SMOD / 32 ）（fosc / 12） / 波特率波特率 波特率波特率晶振频率晶振频率（MHzMHz）SMODSMOD位位Timer 1Timer 1工作在模式工作在模式2 2下载入下载入TH1TH1（=TL1=TL1）的计数初始值）的计数初始值6001200CCH12001210F6H24001200F3H48001210F3H120011.

24、059200E8H240011.059200F4H480011.059200FAH960011.059200FDH1920011.059210FDHTC =2K （2SMOD / 32 ）（fosc / 12） / 波特率波特率 3.4.5 3.4.5 串行口的应用串行口的应用 串口应用初始化步骤：串口应用初始化步骤：(1)(1)设置设置TMOD(2)(2)设置设置T1初值初值(4)(4)设置设置PCON(3)(3)启动定时器启动定时器1 1(5)(5)设置设置SCON定时器定时器T1T1溢出率溢出率波特率倍增率波特率倍增率串口工作模式串口工作模式MOV TMOD, #20H; 定时器定时器1

25、置为置为方式方式2 MOV TH1, #0F4H ; 装载定时器初值装载定时器初值 MOV TL1, #0F4H ;波特率波特率2400 (12MHz时为时为0F3h)SETB TR1 ; 启动定时器启动定时器 MOV PCON, #00H；SMOD=0， PCON=00000000 MOV SCON, #50H; 设定串行口设定串行口方式方式1SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI双机通信双机通信 双机通信的硬件连接图如下图所示。双机通信的硬件连接图如下图所示。 双机通信双机通信软件要求：软件要求：通信协议一致通信协议一致 (双方相同的约定双方相同的约定)例如：例如：采用方式采用方式1 1，1010位（起始位位（起始位1 1、数据位、数据位8 8，停止位，停止位1 1）波特率为波特率为2400bps2400bps：T1T1工作在方式工作在方式1 1，时钟频率时钟频率11.0592MHz11.0592MHzTH1=TL1=0F4HTH1=TL1=0F4H，PCONPCON寄存器的寄存器的SMODSMOD位为位为0 0。单片机与单片机与PCPC的通信的通信 单片机与单片机与PC机通信机通信: 硬件接口硬件接口:电平转换电平转换 软件设计：通