89C51的串行口市公开课一等奖省赛课获奖课件

第7章89C51串行口全双工异步通讯串行口。

全双工：两个单片机之间串行数据可同时双向传输。

异步通信：收、发双方使用各自时钟控制发送和接收过程。为使收发双方协调，要求收、发双方时钟尽可能一致，但不要求接、收双方时钟严格一致，可节约接连收、发双方一条时钟信号线。要传送串行数据在发送方是以数据帧形式一帧一帧地发送，经过串行传输线由接收方一帧一帧地接收。189C51的串行口第1页起始位——开始一个字符传送标志位。数据位——起始位之后传送数据信号位。奇偶效验位——用于对字符传送作正确性检验。停顿位——用以标志一个字符结束。位时间——发送1位数据所需时间。帧（frame）——从起始位开始到停顿位结束全部内容称为一帧。

下列图给出了一个字符帧异步串行通信格式：289C51的串行口第2页89C51串行口有4种工作方式,波特率由片内定时器/计数器控制。每发送或接收一帧数据，均可发出中止请求。

除用于串行通讯，还可用来扩展并行I/O口。389C51的串行口第3页7.1串行口结构串行口内部结构以下列图，两个物理上独立接收和发送缓冲器SBUF（特殊功效存放器），可同时收、发数据(全双工)。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。两个缓冲器共用一个特殊功效存放器字节地址：SBUF(99H）

控制存放器共两个：特殊功效存放器SCON和PCON。489C51的串行口第4页（1）SM0、SM1——串行口4种工作方式选择位

表7-1串行口4种工作方式SM0SM1方式 功能说明

000

同时移位存放器方式（用于扩展I/O口）011

8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）102

9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32113

9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）7.1.1串行口控制存放器SCON

字节地址98H，可位寻址，格式如图7-2所表示。

589C51的串行口第5页（2）SM2——多机通信控制位

用于方式2或方式3中。当串行口以方式2或方式3接收时：假如SM2=1，只有当接收到第9位数据（RB8）为“1”时，才将接收到前8位数据送入SBUF，并置“1”RI，产生中止请求；当接收到第9位数据（RB8）为“0”时，则将接收到前8位数据丢弃。假如SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并置“1”RI，产生中止请求。方式1时，假如SM2=1，则只有收到有效停顿位时才会激活RI。方式0时，SM2必须为0。689C51的串行口第6页

（3）REN——允许串行接收位由软件置“1”或清“0”。

REN=1允许串行口接收数据。

REN=0禁止串行口接收数据。

（4）TB8——发送第9位数据

方式2和3时，TB8是要发送第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作为地址帧或数据帧标志。

=1为地址帧,=0为数据帧（5）RB8——接收到第9位数据

方式2和3时，RB8存放接收到第9位数据。在方式1，假如SM2=0，RB8是接收到停顿位。在方式0，不使用RB8。789C51的串行口第7页

（6）TI——发送中止标志位①方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”，②其它工作方式，串行口发送停顿位开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中止。CPU响应中止后,向SBUF写入要发送下一帧数据。TI必须由软件清0。（7）RI——接收中止标志位

①方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。②其它工作方式，串行接收到停顿位时，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完成，并申请中止。该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。889C51的串行口第8页SMOD：波特率选择位。比如：方式1波特率计算公式为：

方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率也称SMOD位为波特率倍增位。7.1.2特殊功效存放器PCON

字节地址为87H，没有位寻址功效。

989C51的串行口第9页7.2串行口4种工作方式7.2.1方式0

同时移位存放器输入/输出方式，不能用于两个89C51之间通信，惯用于外接移位存放器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位和停顿位，先发送或接收最低位。波特率固定为fosc/12。帧格式以下：1089C51的串行口第10页1．方式0发送

当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中8位数据以fosc/12固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先,TXD引脚输出同时移位脉冲，发送完8位数据置“1”中止标志位TI。时序如图7-5所表示。图7-51189C51的串行口第11页2．方式0接收

REN=1，允许接收，REN=0，禁止接收。REN=1，允许接收。向串口SCON写入控制字（置为方式0，并置“1”REN位，同时RI=0）时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。

RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以fosc/12固定波特率采样RXD引脚数据信息，当收到8位数据时置“1”RI。表示一帧数据接收完，时序以下：

图7-61289C51的串行口第12页方式0下，SCON中TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中止。TI或RI须由用户软件清“0”，可用以下指令：

CLRTI ；TI位清“0” CLRRI ；RI位清“0”方式0时，SM2位必须为0。1389C51的串行口第13页7.2.2方式1

SM0、SM1=01方式1一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停顿位（1），先发送或接收最低位。帧格式如图7-7：方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率SMOD为PCON存放器最高位值（0或1）。图7-7方式1帧格式1489C51的串行口第14页1．方式1发送

方式1输出，数据由TXD（P3.1）输出一帧信息为10位，1位起始位0，8位数据位（先低位）和1位停止位1。当执行一条数据写发送缓冲器SBUF指令，就开启发送。图中TX时钟是发送波特率。发送开始时，内部发送控制信号/SEND变为有效。将起始位向TXD输出，今后，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完成后，置“1”TI，/SEND失效。方式1发送数据时序，如图7-8所表示。图7-81589C51的串行口第15页2．方式1接收

串行口以方式0（SM0、SM1=01）接收时（REN=1），数据从RXD（P3.0）脚输入。当检测到起始位负跳变时，开始接收数据。定时控制信号有两种：接收移位时钟（RX时钟，频率和传送波特率相同）和位检测器采样脉冲（频率是RX时钟16倍，1位数据期间，有16个采样脉冲），当采样到RXD端从1到0跳变时就启动检测器，接收值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲时采样）进行表决以确认是否是真正起始位（负跳变）开始。图7-91689C51的串行口第16页当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，这次接收才真正有效。⑴RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出中止请求已被响应，SBUF中数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或SM2=1,但收到RB8=1（方式1时，停顿位已进入RB8），则收到数据装入SBUF和RB8（RB8装入停顿位），且置“1”中止标志RI。若这两个条件不一样时满足，收到数据将丢失。1789C51的串行口第17页7.2.3方式2

9位异步通信接口。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位（先低位），1位可程控第9位数据和1位停顿位。帧格式如图7-10。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc

图7-10方式2、3格式帧1889C51的串行口第18页1．方式2发送发送前，先依据通讯协议由软件设置TB8（比如，双机通讯时奇偶校验位或多机通讯时地址/数据标志位）。然后，将要发送数据写入SBUF，开启发送程序。串行口能自动把TB8取出，装入第9位位置，再逐一发送。发送完成，使“TI”位置1。方式2发送数据波形如图7-11所表示。图7-11方式2和方式3发送时序1989C51的串行口第19页【例7-1】方式2发送在双机通讯中应用。下面发送中止服务程序，是在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据奇偶校验位写入TB8，以确保采取偶校验发送。

PIPTI：PUSHPSW；现场保护PUSHAcc

SETBRS1；选择第2组工作存放器区CLRRS0CLRTI；发送中止标志清“0”MOVA,@R0；取数据，产生奇偶标志

MOV

C,P ；校验位送TB8,采取偶校验

MOVTB8，C

;为何不直接写MOVTB8,P？

MOV

SBUF，A ；开启发送 INC

R0 ；数据指针加1 POP

Acc ；恢复现场 POP

PSW RETI ；中止返回2089C51的串行口第20页2．方式2接收

SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测到RXD从1到0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9位数据后，需满足两个条件，才能将接收到数据送入SBUF。（1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。（2）SM2=0或SM2=1，但RB8=1，即接收到第9位数据位为1。当上述两个条件满足时，接收到数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，并置“1”RI。若不满足两个条件，接收信息将被丢弃。

方式2接收数据时序如图7-12所表示。图7-12方式2和方式3接收时序2189C51的串行口第21页【例7-2】方式2接收在双机通讯中应用。本例与上例相对应。若第9位数据为校验位，在接收程序中作偶校验处理，设1组存放器区R0为数据缓冲器指针。

PIRI: PUSHPSW PUSHAcc SETBRS0 ;选择1组存放器区 CLRRS1

CLRRI;清中止标志

MOVA,SBUF ;收到数据送A

MOVC,P;接收数据产生奇偶校验位在C JNCL1 ;C=0,跳L1 JNBRB8,ERP ;C=1,RB8=0,跳ERP

AJMPL2;C=1,RB8=1,跳L2L1: JB

RB8,ERP ;C=0,RB8=1,跳ERPL2: MOV@R0,A

;C和RB8一致，才表示接收数据正确 INCR0 POPAcc POPPSW

ERP: ……… ;犯错处理程序段 ……… RETI

2289C51的串行口第22页7.2.4方式3SM0、SM1=11，串口为方式3。波特率可变9位异步通讯方式，除波特率外，方式3和方式2相同。方式3时序见方式2。

方式3波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率2389C51的串行口第23页7.3多机通信要确保主机与所选择从机实现可靠地通信，必须确保串口具有识别功效。SCON中SM2位就是满足这一条件而设置多机通信控制位。原理：在串行口以方式2（或方式3）接收时:

若SM2=1，表示置多机通信功效位，这时有两种可能：（1）接收到第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置中止标志RI=1向CPU发出中止请求；（2）接收到第9位数据为0时，则不产生中止标志，信息将抛弃。若SM2=0，则接收第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中止标志，接收到数据装入SBUF中。

上述特征，便可实现89C51多机通信。2489C51的串行口第24页

设多机系统中有一主机和3个89C51从机，如图7-13。主机RXD与从机TXD相连，主机TXD与从机RXD端相连。从机地址分别为00H、01H、02H。

（1）从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧状态。（2）主机先将从机地址（即准备接收数据从机）发给各从机,主机发出地址信息第9位为1，各从机接收到第9位信息RB8为1，且因为SM2=1，则置“1”RI，各从机都响应中止，执行中止程序。在中止服务子程序中，判主机送来地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机数据或命令；若不符，则保持SM2=1状态。2589C51的串行口第25页（3）接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到RB8=0，只有地址相符合从机系统（即已清“0”SM2位从机）才能激活RI，从而进入中止，在中止程序中接收主机数据（或命令）；其它从机因SM2＝1，又RB8=0不激活中止标志RI，不能进入中止，接收数据丢失。图7-13所表示多机系统是主从式，由主机控制多机之间通信，从机和从机通讯只能经主机才能实现。2689C51的串行口第26页7.4波特率制订方法方式0、方式2波特率是固定；方式1、方式3波特率由定时器T1溢出率来确定。7.4.1波特率定义波特率定义：串行口每秒钟发送（或接收）位数。设发送每一位所需时间为T，则波特率为1/T。对于定时器不一样工作方式，波特率范围不一。2789C51的串行口第27页7.4.2定时器T1产生波特率计算（1）方式0波特率=时钟频率fosc×1/12，不受SMOD位值影响。若fosc=12MHz，波特率为fosc/12即1Mb/s。（2）方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc

若fosc=12MHz:SMOD=0波特率=187.5kb/s；

SMOD=1波特率=375kb/s

（3）方式1或方式3时，波特率为：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值）这种方式不但操作方便，也可防止因软件重装初值而带来定时误差。

公式（7-3）2889C51的串行口第28页2989C51的串行口第29页实际使用时，为防止烦杂初值计算，惯用波特率和初值X间关系列成表7-2（P124），以供查用。表7-2有两点需要注意：(1)时钟振荡频率为12MHz或6MHz时，表中初值X和对应波特率之间有一定误差。比如，FDH对应理论值是10416波特（时钟6MHz）。与9600波特相差816波特，消除误差能够调整时钟振荡频率fosc实现。比如采取时钟振荡频率为11.0592MHz。(2)假如串行通讯选取很低波特率，比如，波特率选为55，可将T1设置为方式1定时。但在T1溢出时，需用在中止服务程序中重新装入初值。中止响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定误差，可用改变初值方法加以调整。3089C51的串行口第30页【例7-3】若8031单片机时钟振荡频率为11.0592MHz，选取T1为方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400b/s，求初值。

设T1为方式2定时，选SMOD=0法一：按公式（7-3）计算法二：上述结果可直接从表7-2中查到。这里时钟振荡频率选为11.0592MHz，就可使初值为整数，从而产生准确波特率。3189C51的串行口第31页7.5串行口编程和应用

介绍89C51之间双机串行通信硬件接口和软件设计。

7.5.1双机串行通信硬件接口89C51串行口为TTL电平。这种以TTL电平串行传输数据方式，抗干扰性差，传输距离短。为了提升串行通信可靠性，增大串行通信距离，普通都采取标准串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等来实现串行通信。依据89C51双机通信距离和抗干扰性要求，可选择TTL电平传输，或选择RS-232C、RS-422A、RS485串行接口进行串行数据传输。3289C51的串行口第32页1．TTL电平通信接口假如两个89C51单片机相距在几米之内，它们串行口可直接相连，从而直接用TTL电平传输方法来实现双机通信，接口电路如图7-14所表示。图7-14用TTL电平传输方法实现双机通信接口电路3389C51的串行口第33页2．RS-232C双机通信接口假如双机通信距离在30m之内，可利用RS-232C标准接口实现点对点双机通信，接口电路如图7-15所表示。图7-15中MAX232A是美国MAXIM企业生产RS-232C双工发送器/接收器电路芯片。图7-15RS-232C双机通信接口电路3489C51的串行口第34页3．RS-422A双机通信接口为了增加通信距离，能够在通信线路上采取光电隔离方法，利用RS-422A标准进行双机通信，最大传输距离可达1000m左右，其接口电路如图7-16所表示。图7-16中SN75174、SN75175是TTL电平到RS-232电平与RS-232电平到TTL电平电平转换芯片。图7-16RS-422A双机通信接口电路3589C51的串行口第35页4．RS-485双机通信接口RS-422A双机通信需四芯传输线，这对长距离通信很不经济，故在工业现场，通常采取双绞线传输RS-485串行通信接口，它很轻易实现多机通信。图7-17给出了其RS-485双机通信接口电路，最大传输距离可达1000m左右。图7-17RS-485双机通信接口电路3689C51的串行口第36页7.5.2双机串行通信软件编程4种工作方式中方式0是移位存放器工作方式，主要用于扩展并行I/O用，并不用于串行通信。【见9.5】串行口方式1～3是用于串行通信，下面介绍串行口方式1～3双机串行通信软件编程。

软件编程实际上与上面介绍各种串行标准硬件接口电路无关。3789C51的串行口第37页1．串行口方式1应用编程【例7-4】本例采取方式1进行双机串行通信，收、发双方均采用6MHz晶振，波特率为2400b/s，每一帧信息为10位，第0位为起始位，第1～8位为数据位，最终1位为停顿位。发送方把以78H、77H单元内容为首地址，以76H、75H单元内容减1为末地址数据块经过串行口发送给接收方。

发送方要发送数据块地址为H～201FH。发送时先发送地址帧，再发送数据帧。

接收方在接收时使用一个标志位来区分接收是地址还是数据，然后将其分别存放到指定单元中。发送方可采取查询方式或中止方式发送数据，接收方可采取中断或查询方式接收。下面仅介绍采取中止方式发送、接收程序。3889C51的串行口第38页（1）甲机发送程序【P128】

ORG0000H

LJMPMAIN;跳至主程序

ORG0023H

LJMPCOM_INT;跳至中止服务程序

ORG1000H

MAIN:

MOV

SP,#53H;设置堆栈指针

MOV

78H,#20H;要发送数据首地址

MOV

77H,#00H

MOV

76H,#20H;要发送数据末地址

MOV

75H,#40H

ACALL

TRANS;调用发送程序（发送地址）

SJMP

$;等候中止3989C51的串行口第39页

;定时/计数器T1方式2TRANS:

MOVTMOD,#20H;设置计数器初值

MOVTH1,#0FAH

MOVTL1,#0FAH;波特率加倍

MOVPCON,#00H

SETBTR1;打开计数器;设置串行口工作方式

MOVSCON,#40H;关中止，用查询方式发送地址帧

MOVIE,#00H

CLRF0;清标志位;发送78H单元地址帧

MOVSBUF,78H;发送过程中，TI=0，等候WAIT1:JNBTI,WAIT1

CLRTI;发送完，清TI

MOVSBUF,77HWAIT2:JNBTI,WAIT2

CLRTI

MOVSBUF,76HWAIT3:JNBTI,WAIT3

CLRTI

MOVSBUF,75HWAIT4:JNBTI,WAIT4

CLRTI;地址帧发送完，中止方式发送数据MOVIE,#90H;设置中止允许MOVDPH,78H;数据指针MOVDPL,77HMOVXA,@DPTR

MOVSBUF,A;发送首个数据WAIT:JNBF0,WAIT

RET4089C51的串行口第40页;中止服务子程序，用来发送数据COM_INT:

CLR

TI;清发送中止标志

INC

DPTR;改变数据指针

MOV

A,DPH;判断数据指针到末尾地址了没?

CJNE

A,76H,END1;未发送结束，至END1继续

MOV

A,DPL

CJNE

A,75H,END1

SETB

F0;置标志位为1

CLR

ES;清串行通信中止

CLR

EA;清全部中止

RETI

;中止返回END1:

MOVX

A,@DPTR;未到末尾单元，继续发

MOV

SBUF,A

RETI;中止返回

END4189C51的串行口第41页

（2）乙机接收程序【P129】

ORG

0000H

LJMPMAIN;跳至主程序

ORG

0023H

LJMP

COM_INT;跳至中止服务程序

ORG

1000HMAIN:

MOV

SP,#53H;设置堆栈指针

ACALL

RECEI;调用接收子程序

SJMP

$;等候中止4289C51的串行口第42页

RECEI:

MOVR0,#78H;设置地址接收区

MOVTMOD,#20H;设置定时器∕计数器工作方式

MOVTH1,#0FAH;设置波特率

MOVTL1,#0FAH

MOVPCON,#00H;波特率加倍

SETBTR1;开计数器

MOVSCON,#50H;设置串行口工作方式,REN=1

MOVIE,#90H;开串行口中止

CLR

F0;清标志F0,地址数据标志

CLR

7FH;清7FH位,接收结束标志WAIT:

JNB

7F,WAIT;7F位为0，则等候

RET4389C51的串行口第43页;中止服务程序COM_INT:PUSH

DPL;压栈

PUSH

DPH

PUSH

ACC

;清中止标志

CLR

RI

;F0为1,则至R_DATA

JB

F0,R_DATA;保留地址单元

MOVA,SBUF

MOV@R0,ADECR0

;内容不为#74H,跳至RETNCJNE

R0,#74H,RETN;内容为#74H，则F0=1

SETB

F0

RETN:

POPACC;出栈

POPDPH

POPDPL

RETI

;中止返回R_DATA:MOVDPH,78HMOV

DPL,77H;首地址MOV

A,SBUFMOV

@DPTR,A

INC

77H

;改变指针MOV

A,77HJNZ

END2INC

78H

;高字节处理END2:MOVA,76H

;判断数据是否传送完

CJNE

A,78H,RETNMOV

A,75HCJNE

A,77H,RETNCLR

ESCLR

EA

SETB

7FH;接收结束SJMP

RETNEND4489C51的串行口第44页2．串行口方式2应用编程方式2和方式1有两点不一样之处。方式2接收/发送11位信息，第0位为起始位，第1～8位为数据位，第9位是程控位，该位可由用户置TB8决定，第10位是停顿位1，这是方式1和方式2一个不一样点。另一个不一样点是方式2波特率改变范围比喻式1小，方式2波特率=振荡器频率/n。当SMOD=0时，n=64。当SMOD=1时，n=32。鉴于方式2使用和方式3基本一样（只是波特率不一样，方式3波特率要由用户决定），所以方式2详细编程应用，可参照下面介绍方式3应用编程。4589C51的串行口第45页3．串行口方式3应用编程【例7-5】本例为89C51单片机用串行通信方式3进行发送和接收应用实例。发送方采取查询方式发送地址帧，采取中止或查询方式发送数据，接收方采取中止或查询方式接收数据。发送和接收双方均采取6MHz晶振，波特率为4800b/s。发送方首先将存放在78H和77H单元中地址发送给接收方，然后发送数据00H～FFH，共256个数据。4689C51的串行口第46页（1）甲机发送程序【P131】ORG0000HLJMPMAIN;跳至主程序

ORG0023HLJMPCOM_INT;跳至串行口中止ORG1000HMAIN:MOVSP,#53H;设置堆栈指针MOV78H,#20H;设置要存放数据单元首地址MOV77H,#00HACALLTRANS;调用TRANS子程序

SJMP$

4789C51的串行口第47页TRANS:MOVTMOD,#20H;设置定时器∕计数器工作方式MOVTH1,#0F3H;设置波特率为4800bpsMOVTL1,#0F3H;SETBTR1;开定时器MOVSCON,#E0H;设置串行口工作方式为3

SETBTB8;设置第9位数据位MOVIE,#00H;关中止MOVSBUF,78H;查询方式发送首地址高8位WAIT:JNBTI,WAITCLRTIMOVSBUF,77H;查询方式发送首地址低8位WAIT2:JNBTI,WAIT2CLRTIMOVIE,#90H;开中止

CLRTB8;TB8=1，发送数据MOVA,#00HMOVSBUF,A;开始发送数据WAIT1:CJNEA,#0FFH,WAIT1;判断数据是否发送完成CLRES;发送完成关中止

RET

;子程序返回4889C51的串行口第48页COM_INT:CLRTI

;清中止标志位INCA

;发送内容加1MOVSBUF