第7章_哈工大-MCS-51的串行口

1、第第7 7章章 MCS-51MCS-51的串行口的串行口全双工全双工的的异步异步通讯串行口通讯串行口4 4种工作方式种工作方式 , ,波特率由片内定时器波特率由片内定时器/ /计数器控制。计数器控制。每发送或接收一帧数据，均可发出中断请求。每发送或接收一帧数据，均可发出中断请求。除用于串行通讯，除用于串行通讯，还可用来扩展并行还可用来扩展并行I/OI/O口。口。7.1 7.1 串行口的结构串行口的结构串行口内部结构如下图，串行口内部结构如下图，两个物理上独立地接收和两个物理上独立地接收和发送缓冲器发送缓冲器，可同时收、发数据。，可同时收、发数据。两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址：两个缓

2、冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址：SBUFSBUF（99H99H）。）。 控制寄存器共两个：控制寄存器共两个：特殊功能寄存器特殊功能寄存器SCONSCON和和PCONPCON。 7.1.1 7.1.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON 字节地址字节地址9898H H，可位寻址，格式如图所示可位寻址，格式如图所示。 （1 1）SM0SM0、SM1SM1串行口串行口4种工作方式的选择位种工作方式的选择位 表表 串行口的串行口的4 4种工作方式种工作方式SM0 SM1 SM0 SM1 方式方式 功功 能能 说说 明明 0 0 0 0 0 0 同步移位寄存器方式（用于扩展同步移位寄存

3、器方式（用于扩展I/OI/O口）口） 0 1 0 1 1 1 8 8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）位异步收发，波特率可变（由定时器控制） 1 0 1 0 2 2 9 9位异步收发，波特率为位异步收发，波特率为fosc/64fosc/64或或fosc/32fosc/32 1 1 1 1 3 3 9 9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）位异步收发，波特率可变（由定时器控制）（2 2）SM2 SM2 多机通信控制位多机通信控制位 用于方式用于方式2 2或方式或方式3 3中。中。 当串行口以当串行口以方式方式2 2或方式或方式3 3接收接收时，时，如果如果SM2=1SM2=1，只有当接收到

4、的第只有当接收到的第9 9位数据（位数据（RB8RB8）为为“1 1”时，才将接收到的前时，才将接收到的前8 8位数据送入位数据送入SBUFSBUF，并置并置“1 1” RIRI，产生中断请求；当接收到的第产生中断请求；当接收到的第9 9位数据（位数据（RB8RB8）为为“0 0”时，则将接收到的前时，则将接收到的前8 8位数据丢弃。位数据丢弃。如果如果SM2=0SM2=0，则不论第，则不论第9 9位数据是位数据是“1 1”还是还是“0 0”，都，都将将 前前8 8位数据送入位数据送入SBUFSBUF中，并置中，并置“1 1” RIRI，产生产生中断请求。中断请求。在在方式方式1 1时，如果时

5、，如果SM2=1SM2=1，则只有收到停止位时才会激则只有收到停止位时才会激活活RIRI。在在方式方式0 0时，时，SM2SM2必须为必须为0 0。 （3 3）RENREN允许串行接收位允许串行接收位 由软件置由软件置“1 1”或清或清“0 0”。 REN=1 REN=1 允许串行口接收数据。允许串行口接收数据。 REN=0 REN=0 禁止串行口接收数据。禁止串行口接收数据。 （4 4）TB8TB8发送的第发送的第9 9位数据位数据方式方式2 2和和3 3时，时，TB8TB8是要发送的第是要发送的第9 9位数据，可作为位数据，可作为奇偶奇偶校验位校验位使用，也可作为使用，也可作为地址帧地址帧

6、或或数据帧数据帧的标志。的标志。 =1=1为地址帧为地址帧, , =0=0为数据帧为数据帧 （5 5）RB8RB8接收到的第接收到的第9 9位数据位数据方式方式2 2和和3 3时，时，RB8RB8存放接收到的第存放接收到的第9 9位数据。在方式位数据。在方式1 1，如果如果SM2=0SM2=0，RB8RB8是接收到的停止位。在方式是接收到的停止位。在方式0 0，不，不使用使用RB8RB8。 （6 6）TITI发送中断标志位发送中断标志位方式方式0 0时时，串行发送第，串行发送第8 8位数据结束时由硬件置位数据结束时由硬件置“1 1”，其它工作方式其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置，串行口

7、发送停止位的开始时置“1 1”。TI=1TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。可申请中断。CPUCPU响应中断后响应中断后, , 向向SBUFSBUF写入要发送的写入要发送的下一帧数据。下一帧数据。TITI必须由软件清必须由软件清0 0。（7 7）RIRI接收中断标志位接收中断标志位 方式方式0 0时时，接收完第，接收完第8 8位数据时，位数据时，RIRI由硬件置由硬件置1 1。其它工作方式其它工作方式，串行接收到停止位时，该位置，串行接收到停止位时，该位置“1 1”。RI=1RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断表示一帧数据接收

8、完毕，并申请中断, , CPUCPU从从接收接收SBUFSBUF取走数据。该位状态也可软件查询。取走数据。该位状态也可软件查询。RIRI必必须由软件清须由软件清“0 0”。7.1.2 7.1.2 特殊功能寄存器特殊功能寄存器PCONPCON 字节地址为字节地址为8787H H，没有位寻址功能没有位寻址功能。 SMODSMOD：波特率选择位波特率选择位。 例如：方式例如：方式1 1的波特率的计算公式为：的波特率的计算公式为： 方式方式1 1波特率波特率= =（2 2SMODSMOD/32/32）定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率也称也称SMODSMOD位为位为波特率倍增位波特率倍增位。7.2

9、7.2 串行口的串行口的4 4种工作方式种工作方式7.2.1 7.2.1 方式方式0 0 同步移位寄存器输入同步移位寄存器输入/ /输出方式输出方式，常用于外接移位寄，常用于外接移位寄存器，以扩展并行存器，以扩展并行I/OI/O口。口。 8 8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。收最低位。波特率固定为波特率固定为fosc/12fosc/12。帧格式如下：帧格式如下：1 1方式方式0 0发送发送 当当CPUCPU执行一条将数据写入发送缓冲器执行一条将数据写入发送缓冲器SBUFSBUF的指令时，的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把产生一

10、个正脉冲，串行口即把SBUFSBUF中的中的8 8位数据以位数据以fosc/12fosc/12的固定波特率从的固定波特率从RXDRXD引脚串行输出引脚串行输出，低位在，低位在先先, ,TXDTXD引脚输出同步移位脉冲引脚输出同步移位脉冲，发送完，发送完8 8位数据置位数据置“1 1”中断标志位中断标志位TITI。时序如图时序如图7-57-5所示。所示。2 2方式方式0 0接收接收 REN=1REN=1，接收数据，接收数据，REN=0REN=0，禁止接收禁止接收。 REN=1REN=1，允许接收允许接收。向串口的。向串口的SCONSCON写入控制字（置为方写入控制字（置为方式式0 0，并置，并置

11、“1 1”RENREN位，同时位，同时RI=0RI=0）时，产生一个正时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。脉冲，串行口即开始接收数据。RXDRXD为数据输入端，为数据输入端，TXDTXD为移位脉冲信号输出端为移位脉冲信号输出端，接收器也以接收器也以fosc/12fosc/12的固的固定波特率定波特率采样采样RXDRXD引脚的数据信息，当收到引脚的数据信息，当收到8 8位数据时位数据时置置“1 1” RIRI。表示一帧数据接收完，时序如下：表示一帧数据接收完，时序如下：方式方式0 0下，下，SCONSCON中的中的TB8TB8、RB8RB8位没有用到，发送或接收位没有用到，发送或接收完完8

12、 8位数据由硬件置位数据由硬件置“1 1”TITI或或RIRI，CPUCPU响应中断。响应中断。TITI或或RIRI须由用户软件清须由用户软件清“0 0”，可用如下指令：，可用如下指令：CLR TICLR TI；TITI位清位清“0 0”CLR RI CLR RI ；RIRI位清位清“0 0”方式方式0 0时，时，SM2SM2位必须为位必须为0 0。 7.2.2 7.2.2 方式方式1 1 SM0SM0、SM1SM1=01=01方式方式1 1一帧数据一帧数据为为1010位，位，1 1个起始位（个起始位（0 0），），8 8个数据位，个数据位，1 1个停止位（个停止位（1 1），先发送或接收最低

13、位。帧格式如），先发送或接收最低位。帧格式如下：下：方式方式1 1波特率波特率= =（2 2SMOD/32SMOD/32）定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率 SMOD SMOD为为PCONPCON寄存器的最高位的值（寄存器的最高位的值（0 0或或1 1）。）。 1 1方式方式1 1发送发送 方式方式1 1输出时，数据由输出时，数据由TXDTXD输出，输出，一帧信息为一帧信息为1010位位，1 1位起始位位起始位0 0，8 8位数据位（先低位）位数据位（先低位）和和1 1位停止位位停止位1 1。当执行一条数据写发送缓冲器当执行一条数据写发送缓冲器SBUFSBUF的指令，就启动发的指令，就启动发

14、送。图中送。图中TXTX时钟的频率就是发送的波特率。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。将起始位发送开始时，内部发送控制信号变为有效。将起始位向向TXDTXD输出，此后，每经过一个输出，此后，每经过一个TXTX时钟周期，便产时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由生一个移位脉冲，并由TXDTXD输出一个数据位。输出一个数据位。8 8位数位数据位全部发送完毕后，置据位全部发送完毕后，置“1 1” TITI。方式。方式1 1发送数发送数据的时序，如图据的时序，如图7-87-8所示。所示。 2 2方式方式1 1接收接收 数据从数据从RXDRXD（P3.0P3.0）脚输入。当检

15、测到起始位的负跳变脚输入。当检测到起始位的负跳变时，开始接收数据。时，开始接收数据。定时控制信号有两种定时控制信号有两种）：）：接收移位时钟接收移位时钟（RXRX时钟，频时钟，频率和波特率相同）和率和波特率相同）和位检测器采样脉冲位检测器采样脉冲（频率是（频率是RXRX时钟的时钟的1616倍，倍，1 1位数据期间，有位数据期间，有1616个采样脉冲），当个采样脉冲），当采样到采样到RXDRXD端从端从1 1到到0 0的跳变时就启动检测器，的跳变时就启动检测器，接收的接收的值是值是3 3次连续采样（第次连续采样（第7 7、8 8、9 9个脉冲时采样）个脉冲时采样）进行进行表表决决以以确认是否是真

16、正的起始位确认是否是真正的起始位（负跳变）的开始。（负跳变）的开始。当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，接收才真正当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，接收才真正有效。有效。 RI=0RI=0，即上一帧数据接收完成时，即上一帧数据接收完成时，RI=1RI=1发出的中断发出的中断请求已被响应，请求已被响应，SBUFSBUF中的数据已被取走，说明中的数据已被取走，说明“接收接收SBUFSBUF”已空。已空。 SM2=0SM2=0或或收到的停止位收到的停止位=1=1（方式（方式1 1时，停止位已进入时，停止位已进入RB8RB8），），则收到的数据装入则收到的数据装入SBUFSBUF和和RB8RB8

17、（RB8RB8装入停止装入停止位），且置位），且置“1 1”中断标志中断标志RIRI。若这两个条件不同时满足，收到的数据将丢失。若这两个条件不同时满足，收到的数据将丢失。 7.2.3 7.2.3 方式方式2 29 9位位异步通信接口。异步通信接口。每帧数据均为每帧数据均为1111位位，1 1位起始位位起始位0 0，8 8位数据位（先低位），位数据位（先低位），1 1位可程控的第位可程控的第9 9位数据和位数据和1 1位停止位。帧格式如下。位停止位。帧格式如下。 方式方式2 2波特率波特率= = （2 2SMODSMOD/64/64）foscfosc 1方式方式2发送发送发送前，先根据通讯协议由

18、软件发送前，先根据通讯协议由软件设置设置TB8TB8（例如，双机例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/ /数据的标数据的标志位）。志位）。方式方式2 2发送数据波形如图所示。发送数据波形如图所示。 例例7-17-1 方式方式2 2发送在双机通讯中的应用。发送在双机通讯中的应用。下面的下面的发送发送中断服务程序，是在双机通讯中，以中断服务程序，是在双机通讯中，以TB8TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUFSBUF之前，之前，先将数据的奇偶校验位写入先将数据的奇偶校验位写入TB8TB8，以保证采用偶校以保证采

19、用偶校验发送。验发送。 PIPTIPIPTI： PUSH PSW PUSH PSW ；现场保护现场保护 PUSH AccPUSH Acc SETB RS1 SETB RS1 ；选择第选择第2 2组工作寄存器区组工作寄存器区 CLR RS0CLR RS0 CLR TI CLR TI ；发送中断标志清发送中断标志清“0 0” MOV AMOV A，R0R0；取数据取数据 MOV C,P MOV C,P ；校验位送校验位送TB8,TB8,采用偶校验采用偶校验 MOV TB8 ,CMOV TB8 ,C MOV SBUF ,A MOV SBUF ,A ；启动发送启动发送 INC R0 INC R0 ；数

20、据指针加数据指针加1 1 POP Acc POP Acc ；恢复现场恢复现场 POP PSW POP PSW RETI RETI ；中断返回中断返回 2 2方式方式2 2接收接收 SM0SM0、SM1SM1=10=10，且且REN=1REN=1。数据由。数据由RXDRXD端输入，接收端输入，接收1111位位信息。当位检测到信息。当位检测到RXDRXD从从1 1到到0 0的负跳变，并判断起始的负跳变，并判断起始位有效后，开始收一帧信息。在接收器完第位有效后，开始收一帧信息。在接收器完第9 9位数据位数据后，后，需满足两个条件需满足两个条件，才能将接收到的数据送入，才能将接收到的数据送入SBUFS

21、BUF。（1 1）RI=0RI=0，意味着接收缓冲器为空。意味着接收缓冲器为空。（2 2）SM2=0SM2=0或或接收到的第接收到的第9 9位数据位位数据位RB8=1RB8=1时时。当上述两个条件满足时，接收到的数据送入当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUFSBUF（接接收缓冲器），收缓冲器），第第9 9位数据送入位数据送入RB8RB8，并置并置“1 1”RIRI。若不满足两个条件，接收的信息将被丢弃。若不满足两个条件，接收的信息将被丢弃。方式方式2 2接收数据的时序如图所示。接收数据的时序如图所示。 例例7-27-2 方式方式2 2接收在双机通讯中的应用。接收在双机通讯中的应用。本例

22、与上例相对应。若第本例与上例相对应。若第9 9位数据为校验位，在接收程位数据为校验位，在接收程序中作序中作偶校验偶校验处理，设处理，设1 1组寄存器区的组寄存器区的R0R0为数据缓冲为数据缓冲器指针。器指针。 PIRI: PIRI: PUSH PSWPUSH PSW PUSH AccPUSH AccSETB RS0 SETB RS0 ；选择选择1 1组寄存器区组寄存器区CLR RS1CLR RS1CLR RI CLR RI MOV A,SBUF MOV A,SBUF ；收到数据送收到数据送A AMOV C,PMOV C,PJNC L1JNC L1 ；C C0 0。跳。跳L1L1JNB RB8,

23、ERP JNB RB8,ERP ；ERPERP为出错处理程序为出错处理程序 AJMP L2AJMP L2 L1: JB RB8,ERP L1: JB RB8,ERP；RB8RB81 1，跳，跳ERPERP L2: MOV R0,A L2: MOV R0,A INC R0 INC R0 POP Acc POP Acc POP PSW POP PSW ERP: ERP: ；出错处理程序段出错处理程序段 RETIRETI7.2.4 7.2.4 方式方式3 3SM0SM0、SM1SM1=11=11，串口为方式，串口为方式3 3。波特率可变的波特率可变的9 9位异步通讯方式，位异步通讯方式，除波特率外，

24、方式除波特率外，方式3 3和方式和方式2 2相同。相同。方式方式3 3的时序见方式的时序见方式2 2。 方式方式3 3波特率波特率= =（2 2SMODSMOD/32/32）定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率7.3 7.3 多机通讯多机通讯要要保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯，必须保，必须保证串口具有识别功能。证串口具有识别功能。SCONSCON中的中的SM2SM2位位就是满足这一条件而设置的就是满足这一条件而设置的多机通讯控多机通讯控制位。制位。原理：原理：在串行口以方式在串行口以方式2 2（或方式（或方式3 3）接收时，）接收时，若若SM2=1SM

25、2=1，表示置多机通讯功能位，这时有两种可能：表示置多机通讯功能位，这时有两种可能： （1 1）接收到的第接收到的第9 9位数据为位数据为1 1时时，数据才装入，数据才装入SBUFSBUF，并并置中断标志置中断标志RI=1RI=1向向CPUCPU发出中断请求；发出中断请求； （2 2）接收到的）接收到的第第9 9位数据为位数据为0 0时时，则，则不产生中断标不产生中断标志志，信息将抛弃信息将抛弃。若若SM2=0SM2=0，则则接收的第接收的第9 9位数据不论是位数据不论是0 0还是还是1 1，都产生，都产生RI=1RI=1中断标志，接收到的数据装入中断标志，接收到的数据装入SBUFSBUF中。

26、中。应用上述特性，便可实现应用上述特性，便可实现MCS-51MCS-51的多机通讯。的多机通讯。 设多机系统中有一主机和设多机系统中有一主机和3 3个个80318031从机，从机，如下图。如下图。 主机的主机的RXDRXD与从机的与从机的TXDTXD相连，主机相连，主机TXDTXD与从机的与从机的RXDRXD端相连。从机地址分别为端相连。从机地址分别为0000H H、01H01H、02H02H。 多机通讯工作过程：多机通讯工作过程：（1 1）从机串行口）从机串行口编程为方式编程为方式2 2或方式或方式3 3接收接收，且，且置置“1 1”SM2SM2和和RENREN位位，使从机只处于多机通讯且接

27、收，使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。地址帧的状态。（2 2）主机）主机先将从机地址先将从机地址（即准备接收数据的从机）（即准备接收数据的从机）发给各从机发给各从机, , 主机发出的主机发出的地址信息地址信息的第的第9 9位为位为1 1，各从机接收到的第各从机接收到的第9 9位信息位信息RB8RB8为为1 1，且由于，且由于SM2=1SM2=1，则则置置“1 1” RIRI，各从机响应中断，执行中断程序。在各从机响应中断，执行中断程序。在中断服务子程序中，中断服务子程序中，判主机送来的地址是否和本机判主机送来的地址是否和本机地址相符合地址相符合，相符则该从机相符则该从机清清“0 0”SM

28、2SM2位位，准备接，准备接收主机的数据或命令；若收主机的数据或命令；若不符，则保持不符，则保持SM2=1SM2=1状态状态。（3 3）接着主机发送数据帧接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到，此时各从机串行口接收到 的的RB8=0RB8=0，只有地址相符合的从机系统（即已清只有地址相符合的从机系统（即已清“0 0”SM2SM2位的从机）位的从机）才能激活才能激活RIRI，从而进入中断，从而进入中断，在中断程序中接收主机的数据（或命令）；在中断程序中接收主机的数据（或命令）； 其它的从机因其它的从机因SM2SM21 1，又，又RB8=0RB8=0不激活中断标志不激活中断标志RIRI，不能进

29、入中断，接收的数据丢失。不能进入中断，接收的数据丢失。 前图所示的多机系统是主从式，由主机控制多机之间前图所示的多机系统是主从式，由主机控制多机之间 的通讯，的通讯，从机和从机的通讯只能经主机才能实现从机和从机的通讯只能经主机才能实现。7.4 7.4 波特率的制定方法波特率的制定方法方式方式0 0、方式、方式2 2的波特率是的波特率是固定固定的；的；方式方式1 1、方式、方式3 3波特波特 率由率由定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率来确定。来确定。7.4.1 7.4.1 波特率的定义波特率的定义波特率的波特率的定义定义。对于定时器的不同工作方式，波特率的范围不一对于定时器的不同工作方式，波特

30、率的范围不一7.4.2 7.4.2 定时器定时器T1T1产生波特率的计算产生波特率的计算（1 1）方式方式0 0波特率波特率时钟频率时钟频率foscfosc1/121/12，不受，不受SMODSMOD位的值的影响。若位的值的影响。若fosc=12MHzfosc=12MHz，波特率为波特率为fosc/12fosc/12即即1 1Mb/sMb/s。（2 2）方式方式2 2波特率波特率= =（2 2SMODSMOD/64/64）foscfosc 若若fosc=12MHz: SMOD=0 fosc=12MHz: SMOD=0 波特率波特率=187.5=187.5kb/skb/s； SMOD=1 SMO

31、D=1 波特率波特率=375=375kb/skb/s （3 3）方式方式1 1或或方式方式3 3时，波特率为：时，波特率为：波特率波特率= =（2 2SMODSMOD/64/64）T1T1的溢出率的溢出率实际设定波特率时，实际设定波特率时，T1T1常设置为常设置为方式方式2 2定时定时（自动装初（自动装初值）值）这种方式不仅操作方便，也可避免因软件重装初这种方式不仅操作方便，也可避免因软件重装初值而带来的定时误差。值而带来的定时误差。实际使用时，为避免烦杂的初值计算，实际使用时，为避免烦杂的初值计算，常用的波特率和常用的波特率和初值初值X X间的关系列成表间的关系列成表7-2(7-2(P148)P148)，以供查用。以供查用。表表7-27-2有两点需要注意：有两点需要注意：(1) (1) 时钟振荡频率为