单片机串口市公开课一等奖省赛课获奖课件

第6章MCS-51串行口1单片机串口第1页2内容介绍：通信方式：串行口与并行口串行通讯方式：异步通信和同时通信§1串行口结构§2串行口工作方式§3多机通讯§4波特率制订方法§5串行口编程和应用

单片机串口第2页3串行口与并行口并行通信:8位数据同时发送或接收。8051外部设备并行通信串行通信:数据一位一位次序发送或接收。80518051TXDTXDRXDRXD串行通信单片机串口第3页4异步通信：它用一个起始位表示字符开始，用停顿位表示字符结束。

其每帧格式以下：在一帧格式中，先是一个起始位0，然后是8个数据位，要求低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位（能够省略），最终是停顿位1。用这种格式表示字符，则字符能够一个接一个地传送。

在异步通信中，CPU与外设之间必须有两项要求，即字符格式和波特率。

字符格式要求是双方能够在对同一个0和1串了解成同一个意义。标准上字符格式能够由通信双方自由制订，但从通用、方便角度出发，普通还是使用一些标准为好，如采取ASCII标准。

波特率即数据传送速率，其定义是每秒钟传送二进制数位数。比如，数据传送速率是120字符/s，而每个字符如上述要求包含10数位，则传送波特率为1200波特。单片机串口第4页5同时通信：

在异步通信中，每个字符要用起始位和停顿位作为字符开始和结束标志，占用了时间；所以在数据块传递时，为了提升速度，常去掉这些标志，采取同时传送。因为数据块传递开始要用同时字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间同时，故硬件较复杂。单片机串口第5页6通信方向：单工传送：在串行通讯中，把通讯接口只能发送或接收单向传送方法叫单工传送；双工传送：而把数据在甲乙两机之间双向传递，称之为双工传送。在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。

1、半双工传送：是两机之间不能同时进行发送和接收，任一时该，只能发或者只能收信息。

2、全双工传送：是两机之间能同时进行发送和接收。单片机串口第6页7§6.1串行口结构

MCS-51单片机内部有一个功效很强全双工串行口，该串行口有四种工作方式，波特率可用软件设置，由片内定时器/计数器产生。串行口接收、发送数据均可触发中止系统，使用十分方便。

MCS-51单片机内部串行口，有两个物理上独立地接收、发送缓冲器SBUF，可同时发送、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，两个缓冲器共用一个字节地址(99H)。

控制MCS-51单片机串行口控制存放器共有两个：

串行口控制存放器SCON

特殊功效存放器PCON单片机串口第7页8§6.1.1串行口控制存放器SCONSCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

SM0、SM1：串行口4种工作方式选择位。

SM2：多机通讯控制位。

REN：允许串行接收控制位。TB8：是工作在方式2和3时，要发送第9位数据。RB8：当工作在方式2和3时，为收到第9位数据。

TI：发送中止标志位。

RI：接收中止标志位。单片机串口第8页9SM0、SM1：串行口4种工作方式选择位SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1方式 功效

00方式0同时移位存放器方式01方式18位串行口（波特率可变）10方式29位串行口（波特率固定）11方式39位串行口（波特率可变）单片机串口第9页10SM2：允许方式2和3多机通讯控制位。SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H(1)方式2，方式3下，SM2=1，接收到第9位RB8=0时，不激活RI，不能向CPU申请中止如接收到第9位RB8=1时，激活RI，将RI=1，向CPU申请中止(2)方式2，方式3下，SM2=0，不论RB8=0或RB8=1，都激活RI=1。(3)方式1，当SM2=1时，只有接收到有效停顿位时，才激活RI当SM2=0时，正常接收。(4)方式0，SM2必须清0,即SM2=0。单片机串口第10页11REN：允许串行接收控制位SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HREN：允许串行接收控制位，由软件置位或清零。REN=1，允许串行口接收数据。REN=0，禁止串行口接收数据。单片机串口第11页12TB8和RB8：SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HTB8：当串行口工作在方式2、方式3，要发送第9位数据时放在TB8中（D8=第9位）,需要时由软件置1或清0。在许多通讯协议中该位是奇偶校验位。在多机通讯中用来表示是地址帧还是数据帧，TB8＝1为地址帧，TB8＝0为数据帧。RB8：方式2、方式3下，要接收第9位数据。可能是奇偶校验位或在多机通讯中为地址帧或数据帧标识位。

方式1时，SM2=0，RB8是已接收停顿位。

方式0时，不使用RB8。单片机串口第12页13TI和RISCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HTI：发送中止标志 由硬件在方式0串行发送第8位结束时置位或其它方式串行发送停顿位开始时置位。必须由软件清零TI。RI：接收中止标志：由硬件在方式0串行接收到第8位结束时置位或其它方式下串行接收停顿位中间时置位，必须由软件清零RI。单片机串口第13页14§6.1.2特殊功效存放器PCONPCONSMODD7D6D5D4D3D2D1D087HPCON：电源控制存放器 SMOD：串行口波特率系数控制位

SMOD=1

波特率加倍

SMOD=0

波特率不加倍D0～D6：掉电方式控制位。单片机串口第14页15§6.2串行口工作方式SM0SM1方式

功效

00方式0

同时移位存放器方式01方式1

8位串行口（波特率可变）10方式2

9位串行口（波特率固定）11方式3

9位串行口（波特率可变）单片机串口第15页16§6.2.1方式0

方式0为移位存放器输入/输出方式。可外接移位存放器以扩展I/O口，也能够外接同时输入/输出设备。8位串行数据者是从RXD输入或输出，TXD用来输出同时脉冲。

方式0输出方式0输入单片机串口第16页17方式0输出

数据从RXD引脚串行输出，TXD引脚输出移位脉冲。

当一个数据写入串行口发送缓冲器时，串行口即将8位数据以fosc/12固定波特率从RXD引脚输出，低位在先。发送完8位数据置“1”中止标志位TI。CPU响应TI中止，标志位必须由用户程序清0。单片机串口第17页18方式0输入：

REN为串行口接收器允许接收控制位，REN＝0，禁止接收，REN＝1，允许接收。当串行口置为方式0，并置“l”REN位，串行口处于方式0输入。引脚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，当接收器接收到8位数据时置“l”中止标志RI。CPU响应RI中止，标志位必须由用户程序清0。单片机串口第18页19方式1：串行口被控制为波特率可变8位异步通信接口。

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率式中SMOD为PCON存放器最高位值(0或1)。

一帧信息包含10位：1位起始位（低电平0）+8位数据位（低位在先）+1位停顿位（高电平1）方式1发送：TXD-发送端方式1接收：RXD-接收端单片机串口第19页20方式1发送

CPU执行写入SBUF指令后，开启串行口发送数据，数据从发送端发送出去，发送完成后，将TI置位，向CPU申请中止，再次发送之前必须由软件清0。单片机串口第20页21方式1接收

当REN=1且采样到RXD引脚负跳变，而且接收到有效起始位时，才开始接收本帧其余信息。当满足RI=0且SM2=0或接收到停顿位为1时，接收数据有效，装入SBUF，停顿位装入RB8中，同时置位RI=1，向CPU申请中止。若有一个条件不满足，则信息丢失。单片机串口第21页22

方式2

9位异步通信接口(固定波特率)波特率：（2SMOD/64）×fOSC

一帧信息11位：1位起始位+8位数据位+1位可编程位+1位停顿位1位可编程位：接收时放到RB8中，发送时放到TB8中，奇偶校验位可放到可编程位中作为校验。方式2发送：方式2接收：单片机串口第22页23方式2发送方式2发送：先把可编程位放到TB8中，然后CPU执行一条写入发送缓冲区，当发送数据到停顿位时，将TI置位，当要送到下一帧时，先将TI清0。单片机串口第23页24方式2接收方式2接收：与方式1相同，当REN=1且采样到RXD引脚负跳变，而且接收到有效起始位时，才开始接收本帧其余信息。当满足RI=0且SM2=0或接收到第9数据位为1时，接收数据有效，装入SBUF，第9位数据装入RB8中，同时置位RI=1，向CPU申请中止。若有一个条件不满足，则信息丢失。单片机串口第24页25

方式39位异步通信接口波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率（同方式1算法相同）

一帧信息11位：1位起始位+8位数据位+1位可编程位+1位停顿位1位可编程位：接收时放到RB8中，发送时放到TB8中，奇偶校验位可放到可编程位中作为校验。除波特率不一样，其它同方式2发送一样：除波特率不一样，其它同方式2接收一样：单片机串口第25页26§6.3多机通信

串行口控制存放器SCON中SM2为方式2或方式3多机通信控制位，当串行口以方式2或方式3工作时，若SM2程控为l，此时只有当串行口接收到第9位数据RB8＝1时，才置1中止标志RI，若接收到RB8＝0，则不产生中止标志，信息被丢失。应用MCS-51串行口这个特征，便可实现多机通讯。

多机通信举例：有一个主机(MCS-5l或其它含有串行接口微机)和三个由8031组成从机系统。单片机串口第26页27多机通信

设在一个多机系统中有一个主机(MCS-5l或其它含有串行接口微机)和三个由8031组成从机系统，从机地址分别为00H、0lH和02H。（地址=1，数据=0）。1、发送地址TB8=1：当SM2=1且RB8=1，激活RI，进入中止服务子程序，进行地址比较。如地址相同，则SM2=0，不然SM2=1。2、发送数据TB8=0：当SM2=1且RB8=0，不能激活RI。

当SM2=0且RB8=0，能够激活RI。

能够进入中止服务子程序，接收数据。单片机串口第27页28§6.4波特率制订方法波特率定义：串行口每秒钟发送(或接收)位数称为波特率。

当串行口工作于方式1和方式3时，波特率是可变，由SMOD位和定时器溢出率确定，允许用户所取波特率范围比较大。一、定时器T1工作于方式0波特率求法：二、定时器T1工作于方式1波特率求法：二、定时器T1工作于方式2波特率求法：单片机串口第28页29一、定时器T1工作于方式0

波特率求法：

当串行口工作于方式1和方式3时，波特率是可变，由SMOD位和定时器溢出率确定，允许用户所取波特率范围比较大。一、定时器T1工作于方式0波特率求法：

方式0相当于定时器T1是一个13位定时器/计数器，它采取TH1八位和TL1低五位组成一个13位计数器，它波特率按下式计算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出时间）T1溢出时间=（213-a+执行置13位定时器值中止处理程序机器周期数）*12/晶振频率

注意：a是定时器计数初值，就是我们所要求值。单片机串口第29页30二、定时器T1工作于方式1

波特率求法：

当串行口工作于方式1和方式3时，波特率是可变，由SMOD位和定时器溢出率确定，允许用户所取波特率范围比较大。一、定时器T1工作于方式1波特率求法：

方式1相当于定时器T1是一个16位定时器/计数器，它波特率按下式计算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出时间）T1溢出时间=（216-a+执行置16位定时器值中止处理程序机器周期数）*12/晶振频率

注意：a是定时器计数初值，就是我们所要求值。单片机串口第30页31二、定时器T1工作于方式2

波特率求法：

当串行口工作于方式1和方式3时，波特率是可变，由SMOD位和定时器溢出率确定，允许用户所取波特率范围比较大。一、定时器T1工作于方式2波特率求法：

方式2是8位自动装入初值定时器，它波特率按下式计算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出时间）T1溢出时间=（28-a）*12/晶振频率

注意：a是定时器计数初值，就是我们所要求值。

普通来讲，定时器方式2用来确定波特率是比较理想，它不需要中止服务程序来置数，且算出波特率比较准确，提议使用定时器T1方式2来确定波特率。单片机串口第31页

三、波特率计算在串行通信中，收发双方对发送或接收数据速率要有约定。经过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式0和方式2波特率是固定，而方式1和方式3波特率是可变，由定时器T1溢出率来决定。串行口四种工作方式对应三种波特率。因为输入移位时钟起源不一样，所以，各种方式波特率计算公式也不相同。方式0波特率=fosc/12方式2波特率=（2SMOD/64）·fosc方式1波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）方式3波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）单片机串口第32页

当T1作为波特率发生器时，最经典使用方法是使T1工作在自动再装入8位定时器方式（即方式2，且TCONTR1=1，以开启定时器）。这时溢出率取决于TH1中计数值。

T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}

在单片机应用中，惯用晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。所以，选取波特率也相对固定。惯用串行口波特率以及各参数关系如表所表示。单片机串口第33页

串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率定时器1、串行口控制和中止控制。详细步骤以下：确定T1工作方式（编程TMOD存放器）；计算T1初值，装载TH1、TL1；开启T1（编程TCON中TR1位）；确定串行口控制（编程SCON存放器）；串行口在中止方式工作时，要进行中止设置（编程IE、IP存放器）。单片机串口第34页35练习1-串行口波特率设串行口工作在方式1，定时器T1工作方式2，波特率=2400bit/sfOSC=6MHZSMOD=0，求计数初值a。(若SMOD=1呢？）。解：波特率=（2SMOD/32）*T1溢出率=（2SMOD/32）*{1/[（28－a）*（12/fOSC）]}2400=(1/32)*{1/[(28－a）*[12/(6*106)]}256-a=(6*106)/(240