第7章 串行通信接口(SST89E58)HZW-V10 (1)

1、单片机原理与应用第第7 7章章 串行通信接口串行通信接口电子信息工程学院目录CONTENTS串行串行数据通信数据通信基本原理基本原理7.1串行串行通信总线标准及其通信总线标准及其接口接口7.2SST89E58SST89E58的串行接口的串行接口7.3异步单工通信应用举例异步单工通信应用举例7.4串行数据通信基本原理串行数据通信基本原理 计算机的两种方式数据传送：计算机的两种方式数据传送：并行并行和和串行串行 并行传送的特点：并行传送的特点： 同时传送，传送速度快、效率高同时传送，传送速度快、效率高 数据线多，成本高数据线多，成本高 距离通常小于距离通常小于3030米米 串行传送的特点是：串行传

2、送的特点是： 数据传送按位顺序进行数据传送按位顺序进行 一根传输线，成本低一根传输线，成本低, ,速度慢速度慢 距离可以从几米到几千公里距离可以从几米到几千公里数据通信基本原理串行通信：串行通信：异步传送异步传送和和同步传送同步传送两种方式两种方式 1. 1. 异步串行通信的字符格式异步串行通信的字符格式D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0111100第n帧数据第n+1帧数据第n-1帧数据1起始位空闲位校验位停止位5 8位数据位空闲位起始位1 1位起始位（为低电平）；位起始位（为低电平）； 5 58 8位数据位（紧跟着起始位），表示要传送的有效数据（低位在前）；位数据位（紧跟着起始位），

3、表示要传送的有效数据（低位在前）； 1 1位奇偶校验位（可有可无）；位奇偶校验位（可有可无）； 1 1、1.51.5或或2 2位停止位（为高电平）。位停止位（为高电平）。 从起始位开始到停止位结束的时间间隔称为从起始位开始到停止位结束的时间间隔称为一帧一帧。就是一个字符的完整通。就是一个字符的完整通信格式。信格式。 因此因此也把串行通信的字符格式称为也把串行通信的字符格式称为帧格式帧格式6【例例】采用采用串行异步通信方式传送串行异步通信方式传送ASCIIASCII码字符码字符55，规定为规定为7 7位数据位，位数据位，1 1位偶校验位，位偶校验位，1 1位停止位，无空闲位停止位，无空闲位。位。

4、 由于由于55的的ASCIIASCII码为码为35H35H，7 7位数据位为位数据位为01101010110101 传送的字符格式为传送的字符格式为01010110010101011001，其对应的波形如图所，其对应的波形如图所示示低位在前低位在前高位在后高位在后起始起始停止停止偶偶校校验验72.2.串行通信的数据通路串行通信的数据通路形式形式数据线发送端A接收端B（ ） a 单工通信数据线发送端A接收端（ ） b 半双工通信TXD数据线发送端A接收端接收端B发送端（ ） c 全双工通信接收端B发送端RXD数据线n单工形式单工形式: A: A发发,B,B接接n半双工形式半双工形式: : A A

5、发或接发或接,B,B接或接或发发n全双工形式全双工形式: A: A发、接，发、接，B B接、发接、发83 3. .串行通信的传送速率串行通信的传送速率 传送传送速率速率 ： 用于说明数据传送的快慢。用于说明数据传送的快慢。 波特率波特率（BaudBaud）：每秒传送二进制代码位数，即每秒传：每秒传送二进制代码位数，即每秒传送一个数据位就是一波特：送一个数据位就是一波特：1 1波特波特=1bps(=1bps(位位/ /秒）秒）【例例】数据传送的速率每秒为数据传送的速率每秒为120120个字符，每个字符包含个字符，每个字符包含1010个代码位（个代码位（1 1个起始位，个起始位，1 1个停止位，个

6、停止位，8 8个数据位）个数据位） 波特率波特率=10 x120b/s=1200bps=10 x120b/s=1200bps9串行串行数据通信中数据通信中主要主要有两有两个技术个技术问题：问题： 数据传送数据传送: :标准格式及标准格式及工作方式等工作方式等 数据转换数据转换: :数据转换是数据转换是指数据的指数据的串并转换串并转换4.4.串行通信接口电路串行通信接口电路10串行串行通信总线标准及其接口通信总线标准及其接口TTLTTL电平直接连接电平直接连接RS-232C:RS-232C: 传输速度为传输速度为20kbit/s20kbit/s，传输距离，传输距离1515英尺英尺RS-422RS

7、-422、RS-485RS-485： 传输速度为传输速度为10Mbit/s10Mbit/s，传输距离，传输距离300m1200m300m1200m并并能抑制共模信号干扰能抑制共模信号干扰20mA20mA电流环：电流环： 能降低对噪声敏感程度能降低对噪声敏感程度光纤光纤: : 光纤介质可减少噪声干扰，光电隔离提高安全性光纤介质可减少噪声干扰，光电隔离提高安全性11SST89E58SST89E58的串行接口的串行接口 片内有一个片内有一个全双工全双工串行口（串行口（P3.0P3.0接收、接收、P3.1P3.1发送）发送） 功能：功能：异步串行通信异步串行通信 其中：发送和接收的速率与其中：发送和接

8、收的速率与移位时钟同步移位时钟同步 说明：定时器说明：定时器T1T1作为串行通信作为串行通信波特率发生器，波特率发生器，移位脉冲的速率为波特率移位脉冲的速率为波特率。12TI发送中断标志发送中断标志RI接收中断，允许接收接收中断，允许接收REN串行口中断串行口中断1.1.串行口寄存器结构串行口寄存器结构发送寄存器发送寄存器（只能写只能写）接收寄存器接收寄存器（只能读只能读）(P3.1)(P3.0)SBUF全双工方式进全双工方式进行通信，这两个寄行通信，这两个寄存器共用一个地址存器共用一个地址（99H）。）。双缓冲结构，防止双缓冲结构，防止产生重叠错误产生重叠错误MOV SBUF，AMOV A，

9、SBUF14例如：说明：说明： 接收采用双缓冲结构，以避免在数据接收过程中出现接收采用双缓冲结构，以避免在数据接收过程中出现帧重叠帧重叠错误错误, , 数据发送数据发送CPUCPU主动发送，不会发生帧重叠错误主动发送，不会发生帧重叠错误, ,不需双缓冲结构不需双缓冲结构。 启动发送启动发送 ：MOV MOV SBUFSBUF，A A ；SBUF SBUF （A A）启动接收启动接收 ：MOV AMOV A，SBUFSBUF ；A A （SBUFSBUF）2.2.串行通信控制有关的寄存器串行通信控制有关的寄存器n SCONSCON：串行控制，用来设定串行口的工作方式串行控制，用来设定串行口的工作

10、方式n PCONPCON：电源控制，可控制波特率。：电源控制，可控制波特率。n IEIE： 设置串行中断允许。设置串行中断允许。15（1 1）串行控制寄存器）串行控制寄存器SCONSCON SCON格式如下：工作工作方式方式选择选择位位多多机机通通信信控控制制位位允允许许接接收收控控制制位位发发送送数数据据第第九九位位接接收收数数据据第第九九位位发发送送中中断断标标志志接接收收中中断断标标志志16各位功能说明如下：各位功能说明如下：SM0 SM1SM0 SM1：串口工作方式选择位：串口工作方式选择位 00 00 方式方式0: 0: 同步移位寄存器同步移位寄存器 波特率波特率= =主振频率主振频

11、率/12/1201 01 方式方式1: 81: 8位异步，波特率可变位异步，波特率可变10 10 方式方式2 2：9 9位异步位异步 波特率波特率= =主振频率主振频率/32 /32 或主振频率或主振频率/64/6411 11 方式方式3 3：9 9位异步，波特率可变位异步，波特率可变FEFE：设置设置PCONPCON中的中的SMOD0=1SMOD0=1则选择则选择FEFE位有效。位有效。FEFE是帧错误标志是帧错误标志位，接收器收到无效的停止位时将其置位，位，接收器收到无效的停止位时将其置位，0 0表示无帧错误。此表示无帧错误。此位需要软件来清位需要软件来清0 0。SM2SM2：方式方式2

12、2和方式和方式3 3的多机通信自动地址识别使能位，设置的多机通信自动地址识别使能位，设置SM2=1SM2=1，当接收到第当接收到第9 9位数据（位数据（RB8RB8）为）为1 1时，时，RI=1RI=1，表示接收到的是，表示接收到的是“给定给定”地址或地址或“广播广播”地址。在方式地址。在方式1 1下，当下，当SM2=1SM2=1时时，RIRI只有在接收到只有在接收到有效的停止位时才置有效的停止位时才置1 1。在方式。在方式0 0下，下，SM2SM2必须为必须为0 0。18REN=1REN=1：允许串行接收允许串行接收, ,用软件置位或清除。用软件置位或清除。 TB8TB8：发送数据位发送数据

13、位8 8 D0 D7 D8 TB8/RB8在工作方式、在工作方式、3 3中，中，TB8TB8是发送的第位数据是发送的第位数据 由软件置位（由软件置位（SETB TB8SETB TB8）或复位（）或复位（CLR TB8CLR TB8）在双机通信中，该位作为奇偶校验位；在双机通信中，该位作为奇偶校验位；在多机通信中用来表示在多机通信中用来表示D7-D0D7-D0是地址帧或数据帧是地址帧或数据帧 D8 D80 0：表示数据帧；：表示数据帧； D8D81 1：表示地址帧：表示地址帧 RB8RB8：接收数据位：接收数据位8 8 TI TI：发送中断标志：发送中断标志。 在工作方式在工作方式, ,，该位是

14、接收到的第位数据，该位是接收到的第位数据 方式方式1 1，SM2=0SM2=0（双机），停止位（双机），停止位 方式方式0 0，不用，不用在多机通信中用来表示在多机通信中用来表示D7-D0D7-D0是地址帧或数据帧是地址帧或数据帧 RB8=1 RB8=1地址帧和地址帧和RB8=0RB8=0数据帧数据帧 在方式中，发送完第在方式中，发送完第8 8位数据后，该位由硬件置位；位数据后，该位由硬件置位；在方式在方式1,2,31,2,3中，在发送停止位之前，该位由中，在发送停止位之前，该位由硬件置位硬件置位，申请中断，申请中断，CPUCPU响应中断后，可以发送下一帧数据。响应中断后，可以发送下一帧数据。

15、注：该位必须由注：该位必须由软件清零软件清零。20 RIRI：接收中断标志。：接收中断标志。在方式中，接收完第在方式中，接收完第8 8位数据后，该位由硬件置位位数据后，该位由硬件置位在方式在方式1,2,31,2,3中，在接收到停止位的一半时，该位由中，在接收到停止位的一半时，该位由硬件硬件置位置位（还需考虑（还需考虑SM2SM2的设定），申请中断，的设定），申请中断，CPUCPU响应中断后，响应中断后，可以接收下一帧数据。可以接收下一帧数据。注：该位也必须由注：该位也必须由软件清零软件清零。21 SM2SM2：多机通信控制位，主要用于方式：多机通信控制位，主要用于方式2 2、3 3中中。 在方

16、式在方式0 0中中：SM2SM2设置为设置为0 0，不用，不用TB8TB8和和RB8RB8 在方式在方式1 1中中： 当当SM2SM20 0，则，则RB8RB8是接收到的停止位；是接收到的停止位； 当当SM2SM21 1，则只有接收到有效的停止位时，则只有接收到有效的停止位时，RIRI才被激活。才被激活。在方式在方式2 2、3 3中中： TB8TB8和和RB8RB8为发送和接收的第九位数据为发送和接收的第九位数据 当当SM2SM21 1时，接收到的第九位数据时，接收到的第九位数据RB8=1RB8=1时时, , 接收到的前接收到的前8 8位数据送入位数据送入SBUFSBUF，表示接收到，表示接收

17、到地址帧地址帧; ; 当当RB8RB80 0时时, ,将接收到的前将接收到的前8 8位数据丢弃。位数据丢弃。 当当SM2SM20 0时时, , 则不论则不论RB8RB8为还是为还是1, 1,都将前都将前8 8位位数据数据装入装入SBUFSBUF中中, , 表示接收到命令或数据，并产生中断请求。表示接收到命令或数据，并产生中断请求。总结：总结：SM2SM21 1，RB8=1RB8=1时，时，表示接收到表示接收到地址帧地址帧; ; RB8=0 RB8=0时，时，数据丢弃数据丢弃 SM2 SM20 0时，时， RB8=1 RB8=1（0 0）接收到命令或数据，并产生中断请求接收到命令或数据，并产生中

18、断请求22 说明说明：用软件可以改变设置用软件可以改变设置SCONSCON内容，并在下一条指令的内容，并在下一条指令的第一个周期的第一个周期的S1P1S1P1期间才锁存到期间才锁存到SCONSCON中。中。一帧发送完，发送中断标志置位（一帧发送完，发送中断标志置位（TITI），向），向CPUCPU请请求中断。求中断。一帧接收完，接收中断标志置位（一帧接收完，接收中断标志置位（RIRI），向），向CPUCPU请请求中断。求中断。23 功能：功能：CHMOSCHMOS型单片机的电源控制而设置型单片机的电源控制而设置 HMOS HMOS型单片机，型单片机，SMOD1SMOD1是是串行口波特率的倍增位

19、串行口波特率的倍增位, ,其它位无意义其它位无意义 PD PD ：PD=lPD=l，系统进入掉电保护方式；，系统进入掉电保护方式； IDL:IDL=1 IDL:IDL=1，系统进入待机方式，系统进入待机方式 当：当：SMOD1SMOD11 1时，串行口波特率加倍（时，串行口波特率加倍（x2x2） 系统复位时，系统复位时，SMOD1SMOD10 0可可由下列指令设置：由下列指令设置： MOV PCONMOV PCON，#80H #80H ；SMODSMOD1 1 1 1 MOV PCON MOV PCON，#00H #00H ；SMODSMOD1 1 0 0（2 2）电源控制寄存器）电源控制寄存

20、器PCONPCON3.串行口的工作方式SM0SM0SM1SM1工作方式工作方式方式简单描述方式简单描述波特率波特率0 000移位寄存器I/O主振频率主振频率/12/120 0118位UART可变可变1 1029位UART主振频率主振频率/32/32或主振频率或主振频率/64/641 11 13 39 9位位UARTUART可变可变 (1)方式0：同步移位寄存器方式 RXDRXD端作为数据移位的入口或出口端作为数据移位的入口或出口 TXDTXD端提供移位时钟脉冲端提供移位时钟脉冲, ,移位数据的发送和接收以移位数据的发送和接收以8 8位为一帧位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前高位在后，不设起

21、始位和停止位，低位在前高位在后，波特率是固定的波特波特率是固定的波特率率 即一个机器周期移位一次。即一个机器周期移位一次。RXDTXDDATACLK并行输出8051CD4096P1.0STBRXDTXDDATACLK并行输入8051CD4014P1.0STBfOSC/1226 数据发送工作原理 1.1.数据发送是由一条写发送寄存器（数据发送是由一条写发送寄存器（MOV SBUFMOV SBUF，A A）指令开始的。）指令开始的。 2.2.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。格式。 3.3.然后在移位脉冲的作用下，由然

22、后在移位脉冲的作用下，由TXDTXD端串行输出。端串行输出。 4.4.一个字符帧发送完后，使一个字符帧发送完后，使TXDTXD端输出线维持高电平，并将端输出线维持高电平，并将TITI置置位，通知位，通知CPUCPU可以发送下一个字符。可以发送下一个字符。起始起始 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止停止 （2）方式1帧格式：帧格式：27数据接收工作原理数据接收工作原理1.1.接收数据时，接收数据时，RENREN1 1，RI=0RI=0串行口采样串行口采样RXDRXD端，当端，当采样到从采样到从1 1到到0 0的跳变时，就认定是接收

23、到了起始位。的跳变时，就认定是接收到了起始位。2.2.在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入接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。收寄存器中。3.3.直到停止位到来之后把它送入到直到停止位到来之后把它送入到RB8RB8中，并置位中，并置位RIRI，通知通知CPUCPU从从SBUFSBUF取走接收到的一个字符。取走接收到的一个字符。发送十位信息发送十位信息启动启动发送完置发送完置1REN=“1”，SM0=0，SM1=1,RI=07，8，9共共3次采样数据次采样数据采样到采样到1变变0，启，启动接收动接收波特率波特率16倍速率倍速率条件：条件：1.RI=02.停止位停止位=1，

24、或，或SM2=0、停止位进入、停止位进入RB8，并，并RI=1 波特率的设定波特率的设定 方式方式1 1的波特率可变的波特率可变, ,由下式决定由下式决定：确定确定波特率波特率, ,计算计算T1T1的计数初值。即：的计数初值。即：mod23212(256)1=12(256)soscoscfXfTX波特率定时器的溢出率mod(2)256384soscfX波特率其中其中：smodsmod为为PCONPCON寄存器最高位的寄存器最高位的值值, ,f fOSCOSC为晶振频率为晶振频率, ,X X为当为当T1T1工作工作于方式于方式2 2（8 8位自动加载）时的计数初值位自动加载）时的计数初值30(

25、(3) 3) 方式方式2 2和方式和方式3 3 串行口串行口工作在方式工作在方式2 2、3 3时，为时，为9 9位异步通信位异步通信口，发送和接收帧信息由口，发送和接收帧信息由1111位组成位组成D0 D2 . . . D7 D8 一帧 1 1位起始位位起始位(0)(0)、 位数据位位数据位(D0-D7)(D0-D7)、 1 1位可编程位位可编程位(D8)(D8)和和1 1位停止位位停止位(1)(1)。 D8D8位既可作为奇偶校验位位既可作为奇偶校验位, ,也可作为控制位使用也可作为控制位使用, ,功能由用户确定功能由用户确定 发送时发送时, ,可编程位可编程位D8D8(TB8)(TB8)可设

26、置为可设置为0 0（CLR TB8CLR TB8）或）或1 1（SETB TB8SETB TB8） 接收时接收时, ,TB8TB8送入送入SCONSCON寄存器中寄存器中RB8RB8位。位。31方式方式2 2、3 3的区别是：的区别是：波特率设置不同波特率设置不同方式方式2 2的波特率是固定的。即：的波特率是固定的。即： 波特率波特率= =foscfosc/32/32或或foscfosc/64/64mod23212 (256)soscfX波特率mod(2)256384soscfX波特率方式方式3 3的波特率是可变的。即：的波特率是可变的。即： 定时器定时器T1T1串行口工作方式串行口工作方式波

27、特率foscSMOD1模式定时器初值定时器初值方式方式0 01MHz12MHz方式方式2 2375K187.5K12MHz12MHz10方式方式1 1、3 362.5K62.5K19.2K19.2K9.6K9.6K4.8K4.8K2.4K2.4K1.2K1.2K60060011011012MHz12MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz11.0592MHz12MHz12MHz1 11 10 00 00 00

28、00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 02 22 22 22 22 22 22 21 10FFH0FFH0FDH0FDH0FDH0FDH0FAH0FAH0F4H0F4H0E8H0E8H0D0H0D0H0FEE4H0FEE4H表表1 1 波特率与时间常数波特率与时间常数33串行通信波特率串行通信波特率：方式方式0 0波特率波特率= = f fOSCOSC/12/12，f fOSCOSC 为主机频率为主机频率方式方式2 2 SMOD1=1SMOD1=1, ,波特率波特率= = f fOSCOSC/32;/32; SMOD1=0SMOD1=0, ,波特率波特率= = f fOS

29、COSC/64;/64;方式方式1,31,3mod23212(256)soscfX波 特 率T1溢出率溢出率=12 (256)oscfX34方式方式2 2发送程序：发送程序： 以以TB8TB8为偶校验位，处理方法是数据写入为偶校验位，处理方法是数据写入SBUFSBUF之前，之前，先将先将P P写入写入TB8 TB8 CLR TI ;CLR TI ;发送中断标志发送中断标志TITI清零清零MOV AMOV A，R0 ;R0 ;取数据取数据MOV CMOV C，P ;P ;奇偶校验位送奇偶校验位送TB8TB8MOV TB8MOV TB8，C CMOV SBUFMOV SBUF，A ;A ;数据写入

30、，启动发送数据写入，启动发送35方式方式2 2接收接收程序程序： 若若附加第九位数据为偶校验位，接收程序中应作校验附加第九位数据为偶校验位，接收程序中应作校验处理处理 。 CLR CLR RI ;RI ;收到一帧数据后清收到一帧数据后清RIRI MOV A MOV A，SBUF ;SBUF ;前八位数据送前八位数据送A A MOV C MOV C，P ;P ;正确正确P=0P=0，RB=0RB=0。P=1P=1，RB=1RB=1 JNC PD0 JNC PD0 ；P=0P=0，判，判RB8=0RB8=0否否 JNB RB8JNB RB8，ERROR ERROR ；P=1P=1，RB8=0RB8

31、=0出错出错 AJMP POK AJMP POK PD0PD0：JB RB8JB RB8，ERRO ERRO ；P=0P=0， RB8=1RB8=1出错出错POKPOK：MOV R0MOV R0，A AERROR: ERROR: 36【例例】 双双机通信机通信 设设: :甲机发送乙机接收，串行口工作在方甲机发送乙机接收，串行口工作在方式式1 1，波特率为，波特率为 12001200， foscfosc=11.0592MHz=11.0592MHz，smodsmod=0=0 T1T1作为波特率发生器，工作于方式作为波特率发生器，工作于方式2 2。由表。由表1 1查得时间常数查得时间常数为为X=E8

32、HX=E8H。 mod23212 (256)soscfX波特率7.4 7.4 异步异步单工通信应用举例单工通信应用举例37 甲机发送程序甲机发送程序 甲机将内部甲机将内部RAMRAM单元单元20H-3FH20H-3FH的的3232个字节的个字节的ASCIIASCII码数据码数据，在最高位上加，在最高位上加奇校验位奇校验位后，由串行口后，由串行口TXDTXD发送给乙机。发送给乙机。即可采用即可采用8 8位异步通信。位异步通信。START:MOV TMOD,#20H ;T1START:MOV TMOD,#20H ;T1为方式为方式2 2 MOV TL1,#0E8H ;MOV TL1,#0E8H ;

33、时间常数低时间常数低8 8位位 MOV TH1,#0E8H ;MOV TH1,#0E8H ; SETB TR1 ; SETB TR1 ;启动启动T1T1工作工作 MOV MOV SCON,#01000000B ;SCON,#01000000B ;串行口方式串行口方式1 1MOV PCONMOV PCON,#00H ;,#00H ;波特率不倍增波特率不倍增MOV MOV R0,#20H ;R0,#20H ;数据首地址数据首地址MOV MOV R7,#32 ;32R7,#32 ;32字节数据字节数据38LOOP: MOV A, R0 ;LOOP: MOV A, R0 ;取数据，影响取数据，影响P P标志位标志位 MOV C, P MOV C, P ; ;置奇校验位置