单片机的串行口及应用全套ppt

单片机的串行口及应用问题

2．什么叫波特率？它反映的是什么？它与时钟频率是相同的吗？3.8051单片机的串行口有哪几种工作方式？各有什么特点和功能？1.8051单片机与串行口相关的特殊功能寄存器有哪几个？说明它们各个位的功能意义。⒈并行通信方式与串行通信方式

⑴并行通信

在数据传输时，如果一个数据编码字符的所有各位都同时发送、并排传输，又同时被接收，则将这种传送方式称为并行传送方式。特点：传送速度快、效率高。数据线多，成本高。⑵串行通信

在数据传输时，数据编码字符的所有各位不是同时发送，而是按一定顺序，一位接着一位在信道中被发送和接收，则将这种传送方式称为串行传送方式。特点：成本低，但速度慢。6.1串行通信方式2异步传输和同步传输 ⑴异步传输 异步传输以一个字（或称字符）为单位进行数据传输，每个字符都用起始位、停止位包装起来，在字符间允许有长短不一的间隙（空闲位）。

一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。起始位为“0”信号，起始位后面紧跟着的是数据位，它一般是8位，奇偶校验位只占一位，停止位用来表征字符的结束，它一定是“1”，停止位可以是1位或2位。3.波特率

波特率表示串行通信时每秒钟传送”位”的数目，比如1s传送1bit，就是1波特。即1波特＝1bit/s(位/秒) 串行通信常用的标准波特率在RS-232C标准中已有规定，如波特率为600、1200、2400、4800、9600、19200等等。 假若数据传送速率为120字符/s，而每一个字符帧已规定为10个数据位，则传输速率为120×10＝1200bit/s，即波特率为1200。⑵同步传输

同步传输用来对数据块进行传输，一个数据块中包含着许多连续的字符，在字符之间没有空闲。4单工方式、半双工方式、全双工方式

⑴单工方式

信号(不包括联络信号)在信道中只能沿一个方向传送，而不能沿相反方向传送的工作方式称为单工方式。

⑵半双工方式

通信的双方均具有发送和接收信息的能力，信道也具有双向传输性能，但是，通信的任何一方都不能同时既发送信息又接收信息，即在指定的时刻，只能沿某一个方向传送信息。这样的传送方式称为半双工方式。半双工方式大多采用双线制。

⑶全双工方式

若信号在通信双方之间沿两个方向同时传送，任何一方在同一时刻既能发送又能接收信息，这样的方式称为全双工方式。

8051通过RXD（P3．0）引脚、TXD（P3．1）引脚输入、输出，与外界通信。内部有一个通用异步接收发送器(UART)，及波特率发生器。

UART由同步移位寄存器、接收缓冲器（SBUF）和发送缓冲器（SBUF）组成它主要完成把数据进行串、并行的转换。8051串行口基本结构主要由两大部分组成。⒈波特率发生器：

主要由T1及内部的一些控制开关和分频器所组成。它提供串行口的时钟信号为TXCLOCK（发送时钟）和XCLOCK（接收时钟）。⒉串行口的内部6.2串行口的工作方式与控制8051串行口结构图

UART⒈串行口状态控制寄存器SCON

位地址

9FH

9EH9DH9CH

9BH9AH99H

98H位功能SM0SM1SM2REN

TB8

RB8

TI

RI寄存器SCON既可字节寻址也可位寻址，字节地址为98H，位地址为98H～9FH。其格式如下：工作方式选择位允许方式2、3中的多处理机通信位允许串行接收位方式2和方式3中要发送、接收的第9位数据发送、接收中断标志位⑴SM0，SM1——串行口工作方式选择位，其功能见表。

SM0

SM1方式

特点

波特率

0

0

方式0

8位移位寄存器

fosc/12

0

1

方式1

10位UART

可变

1

0

方式2

11位UART

fosc/64或fosc/32

1

1

方式3

11位UART

可变⑵SM2(SCON.5)—允许方式2、3中的多处理机通信位。 方式0时，SM2＝0。方式1时，若SM2＝1，只有接收到有效的停止位，接收中断RI才置1。

方式2和方式3时，若SM2＝1，则只有当接收到的第9位数据（RB8）为1时，才将接收到的前8位数据送入缓冲器SBUF中，并把RI置1、同时向CPU申请中断；如果接收到的第9位数据（RB8）为0，RI置0，将接收到的前8位数据丢弃。而当SM2＝0时，则不论接收到的笫九位数据是0或1，都将前8位数据装入SBUF中，并申请中断。

⒉电源控制寄存器PCON

其中最高位SMOD与串行口控制有关，其它位与掉电方式有关。其格式如下：

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0SMOD———

GF1

GF0

PDIDLSMOD(PCON.7)——串行通信波特率系数控制位。

当SMOD＝1时，使波特率加倍。复位后，SMOD＝0。

⒊串行数据寄存器SBUF

包含在物理上是隔离的两个8位寄存器：发送数据寄存器和接收数据寄存器，它们共用一个地址——99H。其格式如下：

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0SD7

SD6

SD5

SD4

SD3

SD2

SD1

SD0

读SBUF（MOV A，SBUF），访问接收数据寄存器；写SBUF（MOVSBUF，A），访问发送数据寄存器。

1串行口方式0—同步移位寄存器方式

当SM0＝0、SM1＝0时，串行口选择方式0。这种工作方式实质上是一种同步移位寄器方式。·数据传输波特率固定为（1／12）fosc。·由RXD（P3．0）引脚输入或输出数据，·由TXD（P3．1）引脚输出同步移位时钟。 ·接收／发送的是8位数据，传输时低位在前。帧格式如下：

…D0D1D2D3D4D5D6D7…传输方向串行口工作方式0工作原理图

控制向SBUF输入1或0⑴发送 8位数据写入SBUF选通D触发器置1发送启动8位数据移位输出左边补0第9位向左均为0零检测器为0撤消发送TI置位⑵接收当REN＝1且RI为零启动接收11111110写入移位寄存器RXD引脚接收一位信号移位寄存器左移一位右边的0移到最左边移位寄存器的内容送入SBUF清除接收信号置位SCON中的RI，发出中断申请

当SM0＝0、SM1＝l时，串行口选择方式1。 ·数据传输波特率由T1的溢出决定，可用程序设定。 ·由TXD（P3．1）引脚发送数据。 ·由RXD（P3．0）引脚接收数据。发送或接收一帧信息为10位：1位起始位（0）、8位数据位(低位在前)和l位停止位（1）。帧格式如下：

起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止2.串行口方式1⑴发送：方式1时，发送的工作原理图如上图所示。

数据写SBUF计数器溢出数据为0发送为0TXD输出0或门与门D将1写入移位寄存器9位D0发送计数器第16次溢出D1发送发送第9位1清除发送信号TI置位⑵接收REN=1且RI=0RXD负跳变计数器复位1FFH写移位寄存器对RXD采样0计数器溢出对RXD采样计数器第16次溢出采样最后位RI=1请求中断

当SM0＝1、SM1＝0时，串行口选择方式2；当SM0＝1、SM1＝1时，串行口选择方式3。由TXD（P3．l）引脚发送数据。由RXD（P3．0）引脚接收数据。为11位：1位起始位（0）、8位数据位(低位在前)、1位可编程位和1位停止位（1）。发送时可编程位TB8可设置为1或0，接收时可编程位进入SCON寄存器的RB8位。

方式2的波特率是固定的，为振荡器频率的1/32或1/64。方式3的波特率则由T1的溢出决定，可用程序设定。

帧格式如下：

起始D0D1D2D3D4D5D6D7D8

停止3串行口方式2和3—9位UART串行口工作方式2工作原理图

8051单片机串行口四种工作方式对应着三种波特率。对于方式0，波特率是固定的，为单片机振荡频率fosc的1/12。对于方式2，波特率由下式计算：式中，Smod为PCON寄存器中的D7位，fosc为单片机的振荡频率。对于方式1和方式3，波特率都由定时器1的溢出率决定，计算公式如下：式中，Smod为PCON寄存器中的D7位，fosc为单片机的振荡频率，k取决于定时器T1的工作方式：．定时器T1工作于方式0时，k=13;．定时器T1工作于方式1时，k=16;．定时器T1工作于方式2和方式3,k=8。(6-1)(6-2)6.3串行口应用举例

例：

使用74LS164的并行输出接8只发光二极管，利用它的串入并出功能，把发光二极管从左向右依次点亮，并不断循环之。串行输入并行输出的移位寄存器

串行输入端时钟输入端

并行输出端

MOV SCON，#00H

CLR ES ；禁止串行口中断

MOV A，#80H ；先显示最左边发光二极管LED: MOV SBUF，A ；串行输出

JNB TI，$ ；输出等待

CLR TI ACALLDELAY ；轮显间隔 RR A ；发光右移 AJMP LED ；循环设串行口为方式074LS164串行输入并行输出，最高位并行输出，低位，与下一164连时钟输入清除端，低电平输出全为0例6-1在单片机的串行口外接一个串入并出8位移位寄存器74LS164，实现串口到并口的转换。数据从RXD端输出，移位脉冲从TXD端输出。执行如下程序后LED指示灯轮流点亮。串行输入端时钟输入端

并行输出端源程序清单如下：ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART：MOVSCON,#0；设置串行口工作方式0MOV30H,#01H；8字节待传输数据MOV31H,#02HMOV32H,#04HMOV33H,#08HMOV34H,#16MOV35H,#32MOV36H,#64MOV37H,#128MOVR0,#30H;R0作数据指针MOVR2，#8;R2作计数器LOOP:MOVA,@R0

MOVSBUF,A；开始发送数据LO:JNBTI，LO;检查发送完标志

CLRTIACALLDELAY；延时INCR0；发送下一字节DJNZR2；LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7，#3；延时子程序DDl：MOVR6，#0FFHDD2：MOVR5，#0FFHDJNZR5,＄DJNZR6，DD2DJNZR7，DDlRETEND例6-2在单片机的串行口外接一个并入串出8位移位寄存器74LS165，实现并口到串口的转换。外部8位并行数据通过移位寄存器74LS165进入串行口，然后再送往P0口点亮LED灯。执行以下程序后，改变拨动开关DIPSWC_8的状态，可以看到LED指示灯会随之变化。输出输入ORG0000HSTART：CLRP1.0SETBP1.0；发送移位脉冲

MOVSCON,#10H；允许串行口接收数据WAIT：JNBRI,WAIT；等待外部数据

MOVA,SBUF；读取数据

CLRRI；清除接收完标志MOVP0，A；接收到的数据送P0口显示ACALLDELAY；延时SJMPSTARTDELAY:MOVR4，#0FFH;延时子程序AA1：MOVR5,#0FFHAA：NOPNOPDJNZR5，AADJNZR4，AA1RETEND例：试确定定时器T1的初值。甲、乙双机均为串行口方式1，并以定时器T1的方式2为波特率发生器，波特率为2400。 解：使用6MHz晶振，以T1的方式2制定波特率。此时T1相当于一个8位的计数器。

计算定时器T1的计数初值：TH1=28－(2SMOD×fosc)÷(波特率×32×12) =256－(20×6×106)÷(2400×32×12) =256－6.5=249.5=FAH

MOVTMOD，＃20H；置T1为定时器方式2MOVTL1，＃0FAH；置T1定时常数MOVTH1，＃0FAHSETBTR1；启动T1

…………

MOVPCON，#00H ；波特率不倍增MOVSCON，＃40H ；置串行口方式1MOVSBUF，78H ；输出首地址例6-4两台单片机进行串行通信，采用查询方式工作。发送单片机为串行工作方式2,TB8作为奇偶位。待发数据位于片内40H-4FH单元中。

发送方每发送一个字节后紧接着接收回送字节，只有收到标志数据00H后才继续发送下一个数据，同时将发送的数据送往P1口显示，否则停止发送。

接收方也为工作方式2，每接收到一个数据都要进行校验，接收正确则向发送方回送标志数据00H，同时将收到的数据送往P1口显示；接收错误则向发送方回送标志数据FFH，同时将数据FFH送往Pl口显示。ORG0000HLJMPTRSORG0030HTRS:MOVR7，#10HMOVR0，#40HMOVA,#0TRS1：MOV@R0，AINCAINCR0DJNZR7，TRS1

MOVSCON,#90H；设置串行口工作方式2MOVPCON,#80H；波特率为fosc/32MOVR0，#40H；设置片内数据指针MOVR2，#10H；数据长度LOOP：MOVA,@R0；取数据送AMOVC，P；奇偶位送TB8MOVTB8，C

MOVSBUF,A；启动发送MOVP1，A；数据送P1口显示LCALLDELAY；延时WAIT:JBCTI，CONT；查询发送标志位SJMPWAITCONT:JBCRI，RE；准备接收回送标志SJMPCONTRE:MOVA,SBUF；接收回送标志

CJNEA,#00H,L；回送标志错误，结束INCR0；回送标志正确，继续DJNZR2，LOOP；发送16个数据L:SJMPL；结束发送方源程序清单如下：；复位入口；主程序入口；设置串行口工作方式2，允许接收；波特率为fosc/32；查询接收标志位；读入一帧数据；判接收端奇偶位；判发送端奇偶位；接收正确；送往P1显示；延时；回送正确标志；接收未完，继续；接收出错，显示FF；回送出错标志；结束ORG000HLJMPREVORG0030HREV:MOVSCON,#90H

MOVPCON,#80HMOVR7，#10HLOOP:JBCRI，READSJMPLOOPREAD:MOVA,SBUFJNBPSW.0，ONEJBRB8，RIGHTSJMPERRONE:JBRB8，ERRRIGHT:SWAPAMOVP1，ALCALLDELAY

MOVSBUF,#00HDJNZR7，LOOPL：SJMPLERR:MOVP1，#0FFH

MOVSBUF,#0FFHLL:SJMPLL接收方源程序如下：多处理机通信方式

在串行口控制寄存器SCON中，设有多处理机通信位SM2。当串行口以方式2或方式3接收时:在主机发地址时，置第9位数据（TB8）为1，表示主机发送的是地址帧；当主机呼叫某从机联络正确后，主机发送命令或数据帧时，将第9位数据（TB8）清0。 若SM2＝1，只有当接收到的第9位数据（RB8）为1时，才将数据送入接收缓冲器SBUF，并使RI置1，申请中断，否则数据将丢失；若SM2＝0，则无论第9位数据（RB8）是1还是0，都能将数据装入SBUF，并且发中断。在主机发地址时，置TB8为1；各从机由于SM2置1，将接受主机发来的信息。

若从机的地址与主机点名的地址相同，该从机将本机的SM2清0，继续接收主机发来的命令或数据，响应中断。

若从机的地址与主机点名的地址不相同，则该从机将继续维持SM2为l，从而拒绝接收主机后面发来的命令或数据信息，等待主机的下一次点名。单片机与PC之间的串行通信又称UART通信。计算机单片机RS-232串行方式，数据从最低有效位开始连续传送，8个数据位后加一位奇偶校验位的传送方式。它的起始位为逻辑“0”电平，停止位为逻辑“1”电平。RS-232串行通信标准，它除了物理指标外，还包括按位串行传送的电气指标。在计算机中，RS-232的逻辑“0”电平（+5V到~+15V），逻辑“1”电平（-5V到~-15V）。

8051单片机的串行口为TTL电平，需要外接一个TTL-RS232电平转换器才能够与PC的RS232串行口连接。美国MAXIM公司生产的MAX232芯片是目前应用较为普遍的串行口电平转换器件。MAX232芯片采用“电荷泵”技术，利用4个外接电容C1-C4（通常取值为1uF）就可以在单+5V电源供电的条件下，将输入的+5V电压转换为RS-232输出所需要的±12V电压。516TXD

RXD

GND

CD

DTR

9RTSCTSDSRRI

1131425屏蔽地TXDRXDRTSCTSDSRGNDCDDTRRIDB25连接器发送数据TXD：把数据传送给其他设备接收数据RXD：接收其他设备的数据RXDTXDRS-232接口有25根线。其中的15根线组成主信道（表中标*号者），另外的一些为未定义和供辅信道使用的线。辅信道为次要串行通道，其运行速度比主信道要低得多。标准接口中的有些信号是用来表示调制—解调器通信链路的状态，例如“请求发送”(RTS),“清除”(CTS),“数据装置就绪”(DSR）和“数据终端就绪(DTR)”等信号就是用来控制调制一解调器（Modem）链路的。数据通信设备数据终端设备1．数据信号

“发送数据”(TXD）和“接收数据”(RXD）信号线是一对数据传输线，用来传输串行的位数据信息。2．控制信号3．定时信号4．地“保护地”又称屏蔽地；而“信号地”是RS-232所有信号公共参考点的地。大多数设备仅需使用25根信号线中的3到5根线就可工作。对于标准系统，则需要使用8根信号线。VccC1+C1-C2-C2+V+

T1I

T2I

R1O

R2O

T1OT2O

R1I

R2I

V-TXDX1RXDX211.0592M

C1C2C3

C4ICL2328051图六、串行接口电路232终端PC机

RXDTXDC1+C1-+5V至+10V(倍压器)V+C2+C2-+10V至-10V(电压反相器)V-VCC+C3C5+10V-10VC1+C2++C4+5v+5vT1IT2IT1OT2OR1IR2IR1IR2IGNDTTL/CMOS输入TTL/CMOS输出RS-232输出RS-232输入例6-78051单片机与PC之间的串行通信。功能：将PC输入的数据发送给单片机，单片机收到数据后以ASCII码形式从P1口显示接收数据，同时再回送给PC，因此只要PC虚拟终端上显示的字符与键盘输入的字符相同，即说明PC与单片机通信正常。单片机源程序清单如下：ORG0000HLJMPSTARTORG0023H；串行中断入口LJMPSERVEORG0030HSTART:MOVSP,#60H

MOVSCON,#50H；设定串行方式1接收

MOVTMOD,#20H；设定时器1为方式2

ORLPCON,#80H；波特率加倍MOVTH1，#0F3H；设定波特率为4800MOVTL1，#0F3HSETBTR1SETBEASETBESSJMP＄SERVE：PUSHACCCLREACLRRI

MOVA，SBUF；接收PC发来的数据MOVP1，A；将数据从P1口显示

MOVSBUF，A；同时回送给PCWAIT:JNBTI，WAITCLRTISETBEAPOPACCRETIEND课堂复习例6-1在单片机的串行口外接一个串入并出8位移位寄存器74LS164，实现串口到并口的转换。数据从RXD端输出，移位脉冲从TXD端输出。执行如下程序后LED指示灯轮流点亮。串行输入端时钟输入端

并行输出端源程序清单如下：ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART：MOVSCON,#0；设置串行口工作方式0MOV30H,#01H；8字节待传输数据MOV31H,#02HMOV32H,#04HMOV33H,#08HMOV34H,#16MOV35H,#32MOV36H,#64MOV37H,#128MOVR0,#30H;R0作数据指针MOVR2，#8;R2作计数器LOOP:MOVA,@R0

MOVSBUF,A；开始发送数据LO:JNBTI，LO;检查发送完标志

CLRTIACALLDELAY；延时INCR0；发送下一字节DJNZR2；LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7，#3；延时子程序DDl：MOVR6，#0FFHDD2：MOVR5，#0FFHDJNZR5,＄DJNZR6，DD2DJNZR7，DDlRETEND例：试确定定时器T1的初值。甲、乙双机均为串行口方式1，并以定时器T1的方式2为波特率发生器，波特率为2400。 解：使用6MHz晶振，以T1的方式2制定波特率。此时T1相当于一个8位的计数器。

计算定时器T1的计数初值：TH1=28－(2SMOD×fosc)÷(波特率×32×12) =256－(20×6×106)÷(2400×32×12) =256－6.5=249.5=FAH

MOVTMOD，＃20H；置T1为定时器方式2MOVTL1，＃0FAH；置T1定时常数MOVTH1，＃0FAHSETBTR1；启动T1

…………

MOVPCON，#00H ；波特率不倍增MOVSCON，＃40H ；置串行口方式1MOVSBUF，78H ；输出首地址例6-4两台单片机进行串行通信，采用查询方式工作。发送单片机为串行工作方式2,TB8作为奇偶位。待发数据位于片内40H-4FH单元中。

发送方每发送一个字节后紧接着接收回送字节，只有收到标志数据00H后才继续发送下一个数据，同时将发送的数据送往P1口显示，否则停止发送。

接收方也为工作方式2，每接收到一个数据都要进行校验，接收正确则向发送方回送标志数据00H，同时将收到的数据送往P1口显示；接收错误则向发送方回送标志数据FFH，同时将数据FFH送往Pl口显示。ORG0000HLJMPTRSORG0030HTRS:MOVR7，#10HMOVR0，#40HMOVA,#0TRS1：MOV@R0，AINCAINCR0DJNZR7，TRS1

MOVSCON,#90H；设置串行口工作方式2MOVPCON,#80H；波特率为fosc/32MOVR0，#40H；设置片内数据指针MOVR2，#10H；数据长度LOOP：MOVA,@R0；取数据送AMOVC，P；奇偶位送TB8MOVTB8，C

MOVSBUF,A；启动发送MOVP1，A；数据送P1口显示LCALLDELAY；延时WAIT:JBCTI，CONT；查询发送标志位SJMPWAITCONT:JBCRI，RE；准备接收回送标志SJMPCONTRE:MOVA,SBUF；接收回送标志

CJNEA,#00H,L；回送标志错误，结束INCR0；回送标志正确，继续DJNZR2，LOOP；发送16个数据L:SJMPL；结束发送方源程序清单如下：；复位入口；主程序入口；设置串行口工作方式2，允许接收；波特率为fosc/32；查询接收标志位；读入一帧数据；判接收端奇偶位；判发送端奇偶位；接收正确；送往P1显示；延时；回送正确标志；接收未完，继续；接收出错，显示FF；回送出错标志；结束ORG000HLJMPREVORG0030HREV:MOVSCON,#90H

MOVPCON,#80HMOVR7，#10HLOOP:JBCRI，READSJMPLOOPREAD:MOVA,SBUFJBPSW.0，ONEJBRB8，RIGHTSJMPRIGHTONE:JBRB8，ERRRIGHT:SWAPAMOVP1，ALCALLDELAYMOVSBUF,#00HDJNZR7，LOOPL：SJMPLRRR:MOVP1，#0FFHMOVSBUF,#0FFHLL:SJMPLL接收方源程序如下：多处理机通信方式

在串行口控制寄存器SCON中，设有多处理机通信位SM2。当串行口以方式2或方式3接收时:在主机发地址时，置第9位数据（TB8）为1，表示主机发送的是地址帧；当主机呼叫某从机联络正确后，主机发送命令或数据帧时，将第9位数据（TB8）清0。 若SM2＝1，只有当接收到的第9位数据（RB8）为1时，才将数据送入接收缓冲器SBUF，并使RI置1，申请中断，否则数据将丢失；若SM2＝0，则无论第9位数据（RB8）是1还是0，都能将数据装入SBUF，并且发中断。在主机发地址时，置TB8为1；各从机由于SM2置1，将接受主机发来的信息。

若从机的地址与主机点名的地址相同，该从机将本机的SM2清0，继续接收主机发来的命令或数据，响应中断。

若从机的地址与主机点名的地址不相同，则该从机将继续维持SM2为l，从而拒绝接收主机后面发来的命令或数据信息，等待主机的下一次点名。其中的15根线组成主信道（表中标*号者），另外的一些为未定义和供辅信道使用的线。即1波特＝1bit/s(位/秒)当串行口以方式2或方式3接收时:JNBPSW.起始位为“0”信号，起始位后面紧跟着的是数据位，它一般是8位，奇偶校验位只占一位，停止位用来表征字符的结束，它一定是“1”，停止位可以是1位或2位。SETBTR1；LCALLDELAY；NOP“保护地”又称屏蔽地；INCR0；接收方也为工作方式2，每接收到一个数据都要进行校验，接收正确则向发送方回送标志数据00H，同时