单片机串行接口

1、单片机串行接口1第1页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二MCU中常用的几种串行接口标准串行接口：数据一位接一位顺序传送，可只用一根数据线传送多位信息。UART：通用异步接收器/发送器I2C：二线，芯片有地址，有总线争用机制2第2页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二典型的I2C总线系统3第3页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二用口线模拟串行总线4第4页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include /要用到sfr#define uchar unsigned charsbit NCS=P10;sbit SCK=P1

2、1;sbit SI =P12;void shiftbyte(uchar byte);main() uchar data *p=0 x30; NCS=0; shiftbyte(0 xa);/由图中读出第一字节为0 xa0 shiftbyte(0 x23);/低8位地址 shiftbyte(*p); NCS=1; while(1);5第5页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二void shiftbyte(uchar byte)/将1字节数据由并变串由口线移出 uchar i; for(i=0; i8; i+) NCK=0; SI=(bit)(byte&0 x80);/强制将cha

3、r转换成bit类型并赋值给口线 NCK=1; byte=1; /左移1位 6第6页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二UART原理收发双方约定通信帧格式、波特率等，根据波特率各自维持位定时，而帧的开始靠一位起始位确定。如波特率1000，每1ms移一位，收发速率不要求严格相等，只要在一帧的范围内没有错开半位即可正确收发。7第7页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二8第8页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二全双工和半双工9第9页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二 回忆8051结构特点：由单一内部总线连接各功能模块，通过特殊

4、功能寄存器（SFR）集中控制。嵌入式结构，不同型号引脚定义和SFR定义有所不同，因此，从两个方面来认识和掌握某一个功能模块。相关引脚功能相关SFR功能10第10页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二第11页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二串行口相关引脚12第12页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二串行口相关SFRSCON: 串口控制寄存器SBUF：数据缓冲器PCON: 电源控制，最高位为波特率倍增器13第13页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二串行接口内部结构示意图第14页，共82页，2022年，5月20日，2点3

5、2分，星期二 发送控制器、接收控制器、输出门、输入移位寄存器以及2个物理上互相独立的接收/发送缓冲器（可同时发送和接收数据）。 发送缓冲器只能写入不能读出,接收缓冲器只能读出不能写入。两个缓冲器可共用一个地址99H，不可按位寻址。SBUF = 0 x55; /写发送缓冲器rbyte = SBUF;/读接收缓冲器串行口的构成及SBUF15第15页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二SM0 SM1: 串行口操作模式选择位。可以确定串行口的四种模式之一(如下表)：串行口控制寄存器SCON，地址:98H，可以按位寻址16第16页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二

6、RI : 串行口完成一帧接收时置位（此时可以读取收到的1个字节)，申请中断，CPU响应中断后应由软件清零; TI :串行口完成一帧发送时置位（此时可以发下一个字节），申请中断，CPU响应中断后应由软件清零; RB8: 在9位数据传送的模式2、3时,是接收到的第9位数据; TB8: 在9位数据传送的模式2、3时,是将要发送的第9位数据; REN: 允许接收位,REN=1时允许接收; SM2：多机通信控制位。串行口控制寄存器SCON，地址:98H，可以按位寻址SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI17第17页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二 SMOD : 波特率倍增器，

7、1: 加倍， 0:不加倍 ; IDL : 置1进入省电的待机状态(Idle); PD: 置1进入更省电的掉电状态(Power Down); GF0, GF1 : 通用标志，一般配合进出低功耗状态使用。电源控制寄存器PCON，地址:87H，不可按位寻址18第18页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二第一节 概述 第三节 模式1及其应用第四节 模式2、3及其应用第二节 模式0及其应用19第19页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二串行口的模式0特点:串行口做同步移位寄存器用，在这种模式下:RXD(P3.0)作为数据线，低位在前；TXD(P3.1)作为移位脉冲输出

8、端，每个机器周期移位一次，速率为Fosc/12。模式0的主要功能是:可以使用一个串行口来扩展出8位、16位等并行口,且理论上可以扩展n*8位的并行口。相当于串并、并串转换。20第20页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二21第21页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式0输出时序图22第22页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式0输入时序图输入过程也是有8051主动发起的，并送出时钟。这一点与模式1、2、3的情况不同，它们的输入是被动的，由RXD引脚上的负跳变启动。23第23页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例1

9、 扩展1个16位并行输出口，并将16进制数1234H由扩展口输出。24第24页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include sbit STB=P10;void out16 (unsigned int dat16) STB=0; /* 4094进入串行移位状态 */ SBUF=dat16&0 xff; while( !TI ); TI=0; /*先送低8位, 等移完 */ SBUF=dat168; while( !TI ); TI=0; /*再送高8位, 等移完 */ STB=1;/* 同时并行输出 */main() SCON=0 x0; /* 串口模式: 移位寄存器方

10、式 */ out16(0 x1234);/* 由扩展口送出0 x1234 */ while(1); /* main循环结束 */编程实现25第25页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例2 扩展1个16位并行输入口，把由扩展口读入的16位数存入一个整型变量中。26第26页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include sbit P_S=P10;unsigned int in16 (void) ; /*声明函数 */main() unsigned int dat16; SCON=0 x0; REN=1; /* 串口模式, 允许接收 */ dat16=in

11、16();/* 由扩展口读入的数存入变量中*/ while(1); /* main循环结束 */编程实现27第27页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二unsigned int in16 (void) unsigned int tmp; P_S=1; P_S=0;/* 4014并行输入后立即进入串行移位状态 */ while( !RI ); RI=0; /*查询等高8位移完*/ tmp=SBUF; tmp=8; /* 读入后送到临时变量的高8位*/ while( !RI ); RI=0; /*查询等低8位移完*/ tmp+=SBUF; /*合成16位数*/ return (t

12、mp); /* 返回得到的16位数 */编程实现(续)28第28页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二第一节 概述第二节 模式0及其应用 第四节 模式2、3及其应用第三节 模式1及其应用29第29页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二 特点: 10位传输格式 (1个起始位+8个数据位+1个停止位); 波特率: 可变波特率,由定时器T1的溢出率来确定,所以在此种模式下,首先要对T1进行初始化以确定串行口的波特率。30第30页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式1帧格式31第31页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式1

13、原理示意图（发送部分）第32页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二由写SBUF启动，在8位数据后加上一个停止位。 开始发送，但DATA无效，送出一个起始位 当零检测器全0，再作最后一次移位，并置TI发送过程33第33页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二发送时序34第34页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二再做最后一次移位同时TI置1，发送1帧完成。零检测器变化过程35第35页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式1原理示意图（接收部分）第36页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二在REN=1的条件下

14、进行。串行口的接收控制器对RXD线进行采样，其采样频率是接收波特率的16倍。当检测到RXD上有负跳变后,复位16分频计数器,当计数器计到第7 、 8 、9时,分别对RXD进行采样,若有2个以上的0，则认为检测到起始位并开始接收过程，此后每一位的判决都按照这种 “3取2” 的原则进行。装载接收移位寄存器的数据进入SBUF中就完成了一帧的接收过程，但必须满足两个条件,否则数据丢失：RI=0，表示前面接收的数据已经被取走。 SM2=0或第9位为1。（对于模式1，第9位是停止位）接收过程37第37页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二接收时序38第38页，共82页，2022年，5月2

15、0日，2点32分，星期二移位寄存器变化过程再作最后一次移位，并装入SBUF, 同时置位RI，接收1帧完成。39第39页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二波特率（Baud Rate）计算（适用于模式1、3）在串行口的异步通讯中，发送方与接收方是两个互相独立的系统，它们的系统时钟可以各不相同。 在这种条件下使通讯正确的条件是：1，要有相同的帧格式；2，要有相同或相近的波特率(4%)。模式1、3的波特率是由定时器T1的溢出率来决定的（另外PCON中的SMOD位起着波特率加倍的作用）。在编制串行口通讯（模式1、3）程序时，须对T1进行初始化。40第40页，共82页，2022年，5月

16、20日，2点32分，星期二波特率（Baud Rate）计算（适用于模式1、3）T1初始化的主要任务就是： 设置T1 工作在模式2，定时。8位自重装定时器。 根据晶振频率和需要的波特率，计算重装载值，分别送给TH1、TL1。波特率计算公式：BR =T1溢出率 =（计数速率）/ 256 -（TH1） = (Fosc/12) / 256 -（TH1）41第41页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二BR =32 * 12 * 256 (TH1) 2SMOD * Fosc因此得到更多情况下，已知Fosc和BR，要计算TH1的重装载值(TH1) = 256 - 32 * 12 * BR2

17、SMOD * Fosc42第42页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二【举例】设系统时钟为11.0592MHz，要求波特率为1200，求TH1的重装载值。【解】选SMOD=0，用上述公式(TH1) = 256 - 32 * 12 *1200 11059200 =232=0E8H因此得到TH1的重装载值为0E8H。 43第43页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二注意如果晶体频率是其它值，得到的装载值4舍5入，与标准波特率有一定误差，但一般只要误差不大仍能够正常通信。【举例】设系统时钟为12MHz，要求波特率为1200，求TH1的重装载值。【解】选SMOD=0

18、，用上述公式(TH1) = 256 - 32 * 12 *1200 12000000 =229.95=230=0E6H因此得到TH1的重装载值为0E6H，实际波特率为：计算波特率的例子BR =32 * 12 * 256 230 12000000=1201.944第44页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二常用波特率与晶体和T1设置对照表45第45页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例1发送字符串 “Hello World!n” 至串口，要求波特率为1200，采用串口模式1，最高位约定做奇校验位，已知Fosc=11.0592MHz。46第46页，共82页，2

19、022年，5月20日，2点32分，星期二分析：奇偶校验 由于传输的是ASCII字符（0-7FH），只需要7位，对于模式1有8个数据位，将最高位做奇校验位，保证形成的8位中1的个数始终是奇数个；接收方收到每一个字节后进行奇偶判断，若为奇则认为无误，若为偶则表示出错，这种方法可以检测出奇数个误码。 例如，若要发送0 x00，加奇校验位后变成0 x80;若要发送0 x01，加奇校验位后仍为0 x01。接收方判断无错后去掉最高位，还原需要的数据。47第47页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二回忆PSW：程序状态字，存放指令执行后的有关状态P： (PSW.0)奇偶标志位，用来标志累加

20、器ACC中1的个数，可以用在串行通信中作奇偶校验判断。当P=1时,表明A中1的个数为奇数个,反之为偶数个。ACC=0 x0;/* P=0 */ACC=0 x80;/* P=1 */48第48页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二分析：波特率要求波特率为1200，采用串口模式1，已知Fosc=11.0592MHz。由上述条件计算或查表得到T1的重装载值为0E8H49第49页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include sbit parity=ACC7;/* 定义ACC.7 作奇校验位 */unsigned char tx_string14=“Hello

21、 World!n” ; /*定义待发送字符串，也可以加 code存储类型，如: unsigned char code tx_string14=“Hello World!n” */ 编程实现50第50页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二main() unsigned char i;/* 定义1个循环变量 */ /* 首先定义T1模式2 作波特率发生器，波特率为1200并启动运行 */ TMOD=0 x20; TH1=0 xE8; TL1=0 xE8; TR1=1; SCON=0 x40; /* 串口模式1, 未允许接收 */ for (i =0; i14; i+) /* 循环

22、发送14个字符 */ ACC=tx_stringi ;/* 取一个字符 */ parity=P;/* 获取当前的奇偶特性 */ parity=!parity;/* 一律改成奇校验, 此时P=1 */ SBUF=ACC; /* 开始发送 */ while ( !TI ); TI=0; /* 等这1个字节发完才能发下1字节 */ /end of for while(1);/* 循环结束 */end of main 编程实现(续)51第51页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例2 串口不断接收发来的字符串，已知字符串长度为14字节，若14字节均无错则使接在P1.0引脚上的绿色LE

23、D闪烁3次后点亮，若有错则使接在P1.1引脚上的红色LED闪烁3次后点亮，要求波特率为1200，采用串口模式1，最高位约定做奇校验位，已知Fosc=11.0592MHz。52第52页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二用2个LED表示状态53第53页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include sbit RED_LED=P11;/* 红灯 */sbit GREEN_LED=P10;/* 绿灯 */unsigned char rx_string14; /* 接收缓冲区 */bit receive_string(void); /* 声明接收14字节字符串

24、函数 */flash_RED_LED_3();/* 声明红灯闪烁3次函数 */flash_GREEN_LED_3();/* 声明绿灯闪烁3次函数 */编程实现54第54页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二main() /* 首先定义T1模式2 作波特率发生器，波特率为1200并启动运行 */ TMOD=0 x21; TH1=0 xE8; TL1=0 xE8; TR1=1; SCON=0 x50; /* 串口模式1, 允许接收 */ for(;) if(receive_string() /函数返回bit GREEN_LED=1; /有错绿灯灭 flash_RED_LED_3(

25、); /红灯闪烁3次 RED_LED=0; /以后一直亮 else RED_LED=1; flash_GREEN_LED_3(); GREEN_LED=0; / end of for(;)/end of main编程实现55第55页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二bit receive_string(void) bit error_bit=0;/ 1: 有错, 0: 没错 unsigned char i; for (i=0; i14; i+) while(RI=0); RI=0;/查询接收, 等收到1字节 ACC = SBUF;/读入ACC便于判断P if (!P) er

26、ror_bit=1;/偶校验错,置标志后继续 else ACC&=0 x7F;/ 未出错则去掉校验位 rx_stringi = ACC; /存入缓冲区 return error_bit;/返回出错标志编程实现(续1)56第56页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二flash_RED_LED_3()/* 红灯闪烁3次函数 */ unsigned char i, j ;/* 定义循环变量 */ TMOD=0 x21; TR0=1; /* T0模式1, 运行 */ for (i=0; i6; i+)/* 闪烁3次 */ for(j=0; j5; j+)/* 5* 50ms =0.2

27、5s */ TH0=0 x3C; TL0=0 xB0; while (!TF0); TF0=0; RED_LED=! RED_LED; /* 每隔0.25秒亮暗交替变化*/ TR0=0;/* 关掉定时器 */ 编程实现(续2)57第57页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二flash_GREEN_LED_3()/* 绿灯闪烁3次函数 */ unsigned char i, j ;/* 定义循环变量 */ TMOD=0 x21; TR0=1; /* T0模式1, 运行 */ for (i=0; i6; i+)/* 闪烁3次 */ for(j=0; j5; j+)/* 5* 50

28、ms =0.25s */ TH0=0 x3C; TL0=0 xB0; while (!TF0); TF0=0; GREEN_LED=! GREEN_LED; /* 每隔0.25秒亮暗交替变化 */ TR0=0;/* 关掉定时器 */ 编程实现(续3)58第58页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例3 设串口每次收到上位机传来的命令55H，便将内部RAM中30H至3FH的数据发送出去，若不是55H便不做任何响应。要求波特率为19200，不用校验，已知Fosc= 11.0592MHz。59第59页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二分析 这是典型的受上位机控制

29、的通信过程。下位机平时可以一直查询等上位机命令；也可以用中断方式响应，提高效率，采取 “中断进入，查询收发” 的策略，没有通信命令的时候不予理会，有通信需要的时候集中处理，而不是每个字节都采用中断方式。60第60页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include main() unsigned char data *p, i; TMOD=0 x20; TH1=0 xFD; TL1=0 xFD; PCON=0 x80; TR1=1; / T1模式2 作波特率发生器，SMOD=1, 波特率为19200并启动运行 SCON=0 x50; /* 串口模式1, 允许接收 */ fo

30、r (; ;) while( !RI ); RI=0; if (SBUF != 0 x55) continue; p=0 x30; for (i=0; i16; i+) /查询发送30H开始的16字节 SBUF=*p+; while(!TI); TI=0; 编程实现(查询方式)61第61页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include main() unsigned char data *p, i; TMOD=0 x20; TH1=0 xFD; TL1=0 xFD; PCON=0 x80; TR1=1; / T1模式2 作波特率发生器，SMOD=1, 波特率为19200

31、并启动运行 SCON=0 x50; /* 串口模式1, 允许接收 */ ES=1; EA=1; /* 允许串口中断 */ for (; ;);/* 循环结束，等中断 */编程实现(中断进入、查询收发)62第62页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二void serial(void) interrupt 4 unsigned char data *p, i; if (TI)TI=0; return;/一般要判断是TI或RI为1，此时多余 RI=0; if (SBUF != 0 x55) return; /不是55H返回 p=0 x30; for (i=0; i16; i+)/查

32、询发送30H开始的16字节 SBUF=*p+; while(!TI); TI=0; 编程实现(中断进入、查询收发)续63第63页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二第一节 概述第二节 模式0及其应用第三节 模式1及其应用 第四节 模式2、3及其应用64第64页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二特点: 模式2和3都是11位传输格式 (1个起始位+9个数据位+1个停止位)，两种模式唯一不同之处是波特率;模式2：固定为Fosc/64或Fosc/32(由PCON中的SMOD位来决定）。SMOD=1, Fosc/32; SMOD=0, Fosc/64. 模式3：与模

33、式1一样由定时器T1的溢出率来确定。使用模式2不需要用定时器作为波特率发生器，节省一个定时器；但是波特率固定，且比较高，如果满足通信需求就可以选择这种模式。当Fosc=12MHz时，波特率分别是375000和187500。第9数据位（TB8/RB8）可以作为奇偶校验位，也可以用于多机通信控制，若不用校验，更多时候用模式1。模式2、3特点65第65页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式2、3帧格式66第66页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二发送时：将SCON中的TB8作为第9位数据发送， TB8可编程为0或1；发送SBUF+TB8构成9位数据，接收时：

34、将接收来的第9位送到SCON中的RB8中：接收SBUF+TB8构成9位数据。TB8和RB867第67页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二模式2、3的发送过程与模式1类似，主要的区别在于帧中数据是9位。这样，在发送一帧时，CPU除了要把8位数据送SBUF外，还要把第9位数据送到TB8中，但注意要先设定好TB8，然后再向SBUF送数，因为一写SBUF就开始发送。 停止位单独生成，加在TB8之后。模式2、3的接收过程与模式1完全相同，只不过模式1时，SCON中的RB8是接收到的停止位（“1”）；而模式2、3时，RB8是接收到的第9位(发送方的TB8)。发送和接收过程68第68页，

35、共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二例4设串口每隔1秒钟便将片内RAM中50H至5FH中的数据串行发送，串行口设定为模式2，TB8作偶校验位，已知Fosc=12MHz。69第69页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二分析 将要发送的8位数据送入ACC; 由奇偶标志P即可判断这8位中1的个数: P=1 奇； P=0 偶。 如果让TB8=P, 则9位数据中1的个数总是偶数个，这样就实现了偶校验。 TB8作偶校验位: TB8作偶校验位:串行口设定为模式2，无需用T1作波特率发生器；70第70页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二分析 1s=50ms

36、*20 T0模式1， 重装载值 TC=65536 50ms/1us=15536=3CB0H71第71页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include void send16(void) unsigned char data *p, i;/* 定义指针及循环变量 */ p=0 x50;/* 指向内部RAM 50H单元 */ for (i =0; i16; i+) /* 循环发送16个字节 */ ACC=*p+ ;/* 取一个字节 */ TB8=P;/* 加偶校验 */ SBUF=ACC; /* 开始发送 */ while ( !TI ); TI=0; /* 等这1个字节发

37、完才能发下1字节 */ 编程实现72第72页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二main() SCON=0 x80; /* 串口模式2, 未允许接收 */ PCON=0 x80; /* 波特率为Fosc/32 */ TMOD=1; TR1=1;/* T0模式1定时 */ while (1) for (i=0; i20; i+) TH0=0 x3C; TL0=0 xB0; while( ! TF0); TF0=0; /* 等1秒钟 */ send16();/* 调用发送16字节函数 */ /end of main 编程实现(续)73第73页，共82页，2022年，5月20日，2

38、点32分，星期二例5接收上例中的数据，存入一个接收缓冲区，并进行出错判断。74第74页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include unsigned char rx_string16; /* 接收缓冲区 */bit receive_string(void); /* 声明接收16字节字节函数 */编程实现75第75页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二#include unsigned char rx_string16; /* 接收缓冲区 */bit receive_string(void); /* 声明接收16字节字节函数 */main() SCON=0 x90; /* 串口模式2, 允许接收 */ PCON=0 x80;/* BR=Fosc/32 */ for(;) if(receive16() error();/返回1，错，函数省略 else right(); /返回0，对，函数省略 编程实现76第76页，共82页，2022年，5月20日，2点32分，星期二bit receive