东南大学单片机教程1概述第7章串行口资料

第一节

串行通讯口概述其次节

串行口结构与工作原理第三节

波特率设计第四节

串行通讯工作方式第五节

串行口应用举例第六节多机串行通讯技术第7章串行通讯口作业讲解1①RET指令必需作子程序的最终一条指令；RETI必需作中断服务程序的最终一条指令。②RETI指令除复原断点地址外，还复原CPU响应中断时硬件自动疼惜的现场信息。执行RETI指令后，将清除中断响应时所置位的优先级状态触发器，使得已申请的同级或低级中断申请可以响应；而RET指令只能复原返回地址。作业讲解2用表格说明方式0的最短定时常数，8191，送入TH0,TL0的常数：FF1F作业讲解3晶振为12MHz,在方式1下，最大的定时时间Tmax为：

Tmax=65536μs=65.536ms另设两个软件计数器方案：T1定时50ms；软件计数器1：秒计数，用片内50H作为循环次数20。软件计数器2：分计数，用片内51H单元作为循环次数60。设置TMOD计算T1的初始值X

X＝65536－50000μs/1μs

＝15536D

＝3CB0H作业讲解3 MOV50H,#14H ;20*50ms=1s

MOV51H,#3CH ;60*1s=1min

MOVTMOD,#10H ;设定时器1为方式1

MOVTH1,#3CH ;赋初值

MOVTL1,#0B0H

SETBTR1 ;启动T1L2: JBCTF1,L1 ;50ms到?

SJMPL2

L1: MOVTH1,#3CH MOVTL1,#0B0H DJNZ50H,L2 ;未到1s接着循环

MOV50H,#14H DJNZ51H,L2 ;未到1min接着循环

MOV51H,#3CH

CPLP1.2 ;1min到P1.2端取反 SJMPL2 ;反复循环作业讲解31、无说明；2、中断响应子程序中利用A作为存放中间值，须要疼惜。一般用干脆地址比较好。划分一个RAM区；3、定时初值须要重置，循环初值也须要重置。4、须要注明出口和入口第一节

串行通讯口概述串行通讯：所传送数据的各位按依次一位一位地发送或接收。经济，但速度慢。并行通讯：所传送数据的各位同时发送或接收。速度快，但价格贵。

串行通讯中的几个概念：一、传送编码因为单根通讯线仅能表示0和1两种状态，而需传送的信息中有字母、数字和字符等，这就要用二进制数对传送字符编码。常用的主要有美国标准信息交换码ASCII和扩展的BCD码EBCDIC，后一种是8位编码，较常用在同步通信中。

二、同步和异步方式1、

异步通讯ASYNC（AsynchronousDataCommunication）：①

数据以一个字符为单位进行传送，一帧一帧地传送；②

在帧格式中先用一个起始位“0”表示字符的起先；③

5-8位数据，规定低位在前，高位在后；④

奇偶校验位（可省略）⑤

停止位“1”表示字符的结束D0D1D2D3D4D5D6D7PD0D01010N-1第N个字符（一串行帧）

N+12、同步通讯（速度快，但硬件结构要求高）在数据或字符起先处用一同步字符来指示（常约定1—2个），由时钟来实现发送端和接收端同步。一旦检测到与规定的同步字符符合，下面就连续依据依次传送数据。SYN字符1SYN字符2连续传送的数据

三、波特率

波特率是异步通讯中对数据传送速率的规定，其意义是每秒钟传送多少位二进制数。

例如：数据传送的速率每秒为120个字符，每个字符由1个起始位、

8个数据位和1个停止位组成，则其传送波特率为：

10*120=1200b/s=1200波特每一位的传送时间即为波特率的倒数：

Td=1/1200=0.833ms

异步通讯的传送速度一般在50到9600波特之间。四、通讯方向1、

单工传送：只能发送或接收，这种单向传送的方法称单工传送；2、

半双工传送：数据可在两机之间双向传送，但接收和发送不能同时进行，只能分时接收和发送；3、全双工传送：两机的发送和接收可以同时进行。图串行通信数据传送的三种方式(a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式五、信号的调制与解调

异步通讯有距离的限制，传输距离较远时，信号衰减、频带不够宽，因此，用调制器把数字信号转换成模拟信号，并加以放大再传送，这个过程叫调制。在接收时，再用解调器检测此模拟信号，并把它转换成数字信号再送入计算机接口，这个过程即解调。其次节

串行口结构与工作原理一．功能与结构图串行口方式0结构示意图发送SBUF（99H）接收SBUF（99H）发送控制器接收控制器串行口中断定时器T1输入移位寄存器串行控制寄存器98H+TIRI门内部总线P3.1TXDP3.0RXD1、

输入数据先进入输入移位寄存器，再送入接收SBUF。在此接受了双缓冲结构，这是为避开在接收到其次帧数据之前，CPU未刚好响应接收器的前一帧中断恳求，没把前一帧数据读走，而造成两帧数据重叠的错误；MOVSBUF，A2、

对于发送器，因为发送时CPU是主动的，不会产生写重叠问题，一般不须要双缓冲器结构，以保持最大传送速率。MOVA，SBUF3、8051串行口通过编程可设置4种工作方式，三种帧格式：

方式0：以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。

D0D1D2D3D4D5D6D7

方式1：以10位为一帧传输，设有一个起始位“0”，8个数据位和一个停止位“1”。

0D0D1D2D3D4D5D6D71

起始

停止方式2和3：以11位为一帧传输，设有一个起始位“0”，8个数据位，

1个可编程位（第九数据位）D8和一个停止位“1”。

0D0D1D2D3D4D5D6D7D81

起始

停止

可编程位D8由软件置1或清0，该位可作校验位，也可作它用。一般用在多机通讯中。二、串行口限制寄存器SCONCPU专用寄存器SCON为串行口限制字，方式选择、接收和发送限制以及串行口的状态标记。复位时，SCON全部位均清0。

SCON（98H）：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

位地址：9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H1、串行方式选择SM0、SM1：由软件置位或清零，用于选择串行口四种工作方式。

SM0SM1工作方式功能波特率

00方式0移位寄存器方式fosc/12

01方式18位异步通信方式

可变

10方式29位异步通信方式

fosc/64或fosc/32

11方式39位异步通信方式

可变2、TI：发送中断标记位。在方式0时，当发送数据第8位结束后，或在其它方式发送停止位后，由内部硬件使TI置位，向CPU恳求中断。CPU在响应中断后，必需用软件清零。此外，TI也可供查询运用。3、RI：接收中断标记位。在方式0时，当接收数据的第8位结束后，或在其它方式接收到停止位的中间由内部硬件使RI置位，向CPU恳求中断。同样，在CPU响应中断后，也必需用软件清零。RI也可供查询运用。4、REN：允许串行接收限制位。若REN=0，则禁止接收；REN=1，则允许接收，该位由软件置位或复位。5、TB8：发送数据D8位。在方式2和方式3时，TB8为所要发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=0为数据，TB8=1为地址；也可用作数据的奇偶校验位。该位由软件置位或复位。6、RB8：接收数据D8位。在方式2和方式3时，接收到的第9位数据，可作为奇偶校验位或地址帧或数据帧的标记。方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。在方式0时，不运用RB8位。7、SM2：方式2、方式3时用于多机通信的限制位。►方式2或方式3处于接收时：

若SM2=1且接收到的第9位数据(RB8)为0时，不启动接收中断标记RI(即RI=0)，并且将接收到的前8位数据丢弃；

若SM2=1且收到的第9位RB8为1时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI，产生中断恳求。若SM2=0，则不论第9位数据为0或1，都将前8位数据装入SBUF中，并产生中断恳求。►方式1中，当处于接收时，若SM2=1，则只有接收到有效的停止信号为止，RI才置"1"。►方式0中SM2应置"0"。三、专用寄存器PCON

CPU专用寄存器PCON为电源限制寄存器。

PCON（87H）：SMODXXXGF1GF0PDIDLPCON的最高位SMOD是串行口波特率系数限制位。SMOD=1时，波特率增大一倍。其余各位与串行口无关。SMOD=0时，方式2波特率为fosc/64；

SMOD=1时，方式2波特率为fosc/32；

SMOD还影响方式1、方式3波特率的计算公式。第三节

波特率设计

串行口编程可约定4种工作方式。其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率限制。一、方式0和方式21、

方式0，每个机器周期发送或接收一位数据，因此波特率固定为时钟频率的1/12，且不受SMOD的影响。2、

方式2的波特率取决于PCON中的SMOD之值。当SMOD=0时，波特率为时钟频率的1/64；若SMOD=1，则波特率为时钟频率的1/32。

方式2波特率=(2SMOD/64)*Fosc二、方式1和方式3串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时确定。波特率=(2SMOD/32)*（T1的溢出率）其中：T1的溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。1、

计数速率：当TMOD中C/T=0，定时方式，计数速率=Fosc/12；=1，计数方式，计数速率取决于外部输入时钟频率。3、溢出率为溢出周期之倒数：

波特率=(2SMOD/32)(Fosc/(12*(256-X))4、定时器T1方式2的初始值为：

X=256-（fosc*(SMOD+1)/（384*波特率））

2、溢出周期：当定时器T1作波特率发生器运用时，通常是选用自动重装载模式，即模式2。在模式2中，TL1作计数用，而自动重装载的值放在TH1内。设计数初值为X，那么每过“256-X”个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。为了避开因溢出而产生不必要的中断，此时应禁止T1中断。溢出周期为：（12/Fosc）*（256-X）

例：已知8051单片机时钟振荡器为11.0592MHZ，选用定时器T1工作方式2作波特率发生器，波特率为2400波特，求初值。解：设SMOD=0，

X=256—11.0592*106*1/(384*2400)=244=F4H

所以TH1=TL1=F4H

假如串行通讯选用很低的波特率，可将定时器T1置于方式0或方式1，即13位或16位定时方式。但在这种状况下，T1溢出时，需重装初值，从而对波特率产生确定的误差。

表：常用波特率与定时/计数器1各参数关系见书中P123第四节

串行通讯工作方式一、方式01、

在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率是固定的，为fosc/12。2、

串行数据由RXD（P3.0）端输入或输出。3、

同步移位脉冲由TXD（P3.1）端送出。4、

这种方式常用于扩展I/O口

RXD8051TXD1274LS164345610111213数据输出移位脉冲D7D0串入并出寄存器方式0用于I/O扩展输出RXDTXD

80519274LS165

654314131211数据输入移位脉冲D0D7并入串出寄存器方式0用于I/O扩展输入发送：当一个数据写入发送缓冲寄存器SBUF，串行口即把8位数据以fosc/12的波特率从RXD端送出（低位在前），发送完置中断标记TI为1。接收：REN是串行口接收器允许接收限制位。REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。当软件置REN为1时，即起先从RXD端以fosc/12波特率输入数据（低位在前），当接收到8位数据时，置中断标记RI为1。

这种扩展方法输入输出的速度是不高的，如fosc=12MHZ，则每移动一位需1us.留意：1、串行限制寄存器中TB8或RB8位在方式0中未用。2、每当发送或接收完8位数据时，由硬件将发送中断TI或接收中断RI标记置位。3、CPU响应TI或RI中断恳求时，不会清除TI或RI标记，必需由用户用软件清0。4、方式0时，SM2位必需为0。二、方式11、

串行口为8位通用异步接口，一帧信息为10位。2、

1位起始位0，8位数据位和1位停止位1；3、

传送波特率可调

发送：数据从TXD端输出，当数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送器发送。当发送完一帧数据后，就把TI标记置1，并申请中断。接收：由REN置1允许接收，串行口采样引脚RXD。当采到1至0的跳变时，确认是起始位“0”，就起先接收一帧数据。当RI=0且停止位为1或者SM2=0时，停止位进入RB8位，同时置位中断标记RI；否则，信息将丢失。所以通常方式1下，设SM2=0。三、方式21、

串行口为9位通用异步接口，一帧信息为11位。2、

1位起始位0，8位数据位，1位可编程位和1位停止位1；3、

传送波特率与SMOD有关。发送：发送前，先依据通讯协议由软件设置TB8（如作奇偶校验位或地址/数据标识位），然后将要发送的数据写入SBUF，即启动发送器。发送过程，是执行任何一条以SBUF作为目的寄存器的指令而启动的。“写SBUF”信号，把8位数据装入SBUF，同时还把TB8装到发送移位寄存器的第9位位置上，并通知发送限制器，要求进行一次发送。然后即从TXD端输出一帧信息。接收：先置位REN为1，使串行口处于允许接收状态，同时还要将RI清0。在满足这个条件的前提下，再依据SM2的状态（因为SM2是方式2和方式3的多机通讯限制位）和所接收到的RB8的状态才能确定此串行口在信息到来后是否会使RI置1，并申请中断，接收数据。当SM2=0时，不管是RB8为0还是为1，RI都置1，此串行口将接收发来的信息。当SM2=1时，且RB8为1时，表示在多机通讯状况下，接收的信息为地址帧，此时RI置1。串行口将接收发来的信息。当SM2=1时，且RB8为0时，表示接收的信息为数据帧，但不是发给本从机的，此时RI不置1，因此所接收的数据帧将丢失。四、方式3

方式3为波特率可变的11位异步通讯方式。除波特率外，方式3和方式2完全相同。第五节

串行口应用举例一、方式0举例，用串行口扩展I/O口

例1用并行输入8位移位寄存器74LS165作为扩展输入口。下图是利用8051的3根口线扩展为16根输入口线的好用电路，其由2块74LS165串接而成（前级的数据输出位QH与后级的信号输入端SIN相连）。

现编程从16位扩展口读入20个字节数据（读十次），并把它们转存到内部RAM的50H～63H中。

P3.08051

P3.1

P1.0QHSIN74LS165S/LCKQH74LS165S/LCK+5VD0D7D0D76129111516810

MOVR7,#14H ;设置读入字节数

MOVR0,#50H ;设片内RAM指针 SETBF0 ;设置读入字节奇偶数标记RCV0:CLRP1.0 ;并行口输入数据，允许74165串行移位

SETBP1.0

RCV1:MOVSCON,#10H;设串行口方式0并启动接收

JNBRI,$ ;等待接收一帧数据CLRRI ;清接收中断标记

MOVA,SBUF ;取缓冲器数据

MOV@R0,A

INCR0

CPLF0

JBF0,RCV2;判是否接收完偶数帧，接收完则重新并行置入

DECR7

SJMPRCV1 ;否则再接收一帧RCV2:DJNZR7,RCV0 ;判是否已读入预定的字节数程序中F0作为读入字节的奇偶性标记。由于每次由扩展口并行输入到移位寄存器的是两个字节数据，置入一次，串行口应接收二帧数据。故已接收的数据字节数为奇数时F0＝0，不再并行输入数据就干脆启动接收过程。否则F0＝1，在启动接收过程前，应当先在外部移位寄存器中输入新的数据。例2用8位并行输出串行移位寄存器74LS164作为扩展输出口。由于74LS164无并行输出限制端，在串行输入过程中，其输出端的状态会不断变更，故在某些场合，在74LS164与输出装置之间，还应加上输出可控的缓冲级（如74LS244），以便串行输入过程结束后再输出。

图中的输出装置是2位共阳级七段显示发光二极管，接受静态显示方式。

由于74LS164在低电平输出时，允许通过电流可达8mA，故不需再加驱动电路。与动态扫描显示比较，静态显示方式的优点是CPU不必常见的为显示服务，软件设计比较简洁，很简洁做到显示不闪烁。

编程把片内20H、21H中的数字取出，由串行口送给显示器，显示相应的数字。+5VP3.08051P3.1

P1.0

QAQHA,B74LS164CLRCK

QAQHA,B74LS164CLRCK+5V

共阳极LED

。ga

共阳极LED

。ga3131,298714 MOVR7,#02H;设置显示位数 MOVR0,#20H;设显示数据区指针

MOVSCON,#00H;设串行口方式0DISP1: MOVA,@R0

MOVDPTR,#TABH

MOVCA,@A+DPTR;取显示码

MOVSBUF,A;启动串行口发送过程

JNBTI,$;等待接收一帧数据

CLRTI;清串行口发送中断标记

INCR0;修改指针取下一个数

DJNZR7,DISP1

RET

TAB: DBC0H,F9H,A4H,B0H,99H；0，1，2，3，4的显示代码

DB92H,82H,F8H,80H,98H；5，6，7，8，9的显示代码方式1举例例：双机通信，甲机发送乙机接收，波特率2400，晶振6MHz，T1作为波特率发生器，串行口工作在方式1。甲机送出数据为50H起先的16个字节数据。乙机接收数据存放在3000H～300FH单元中（外部RAM）

解：

双机通信串行口工作在方式1，定时器T1工作在方式2。

定时常数：X=256-（fosc*(SMOD+1)）/(384*波特率)

若SMOD=0，则X=249.49，误差较大。

取SMOD=1，则X=242.98=243=F3H,误差较小。

发送程序：

MOVTMOD,#20H；定时器（波特率）初始化

MOVTL1,#0F3H

MOVTH1,#0F3H

SETBTR1

MOVSCON,#40H；串行口初始化

MOVPCON,#80H

MOVR0,#50H

MOVR7,#10H

TRS： MOVA,@R0

MOVSBUF,AWAIT： JBCTI,CONT

AJMPWAIT

CONT： INCR0

DJNZR7,TRS

RET

接收程序： MOVTMOD,#20H；定时器（波特率）初始化

MOVTL1,#0F3H

MOVTH1,#0F3H

SETBTR1

MOVSCON,#50H；串行口初始化

MOVPCON,#80H

MOVDPTR,#3000H

MOVR7,#10H

WAIT： JBCRI,READ AJMPWAIT

READ： MOVA,SBUF

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

DJNZR7,WAIT RET

例：方式3举例编程把甲机片内RAM50H—5FH单元中的数据块从串行口输出。乙机从甲机接收16字节数据块，并存入片外3000H—300FH单元。接收过程要求推断奇偶校验标记RB8。若出错置F0标记为1，正确置F0标记为0。然后返回。要求：定义工作方式3发送，TB8作奇偶校验位。接受定时器1方式2作波特率发生器，波特率为1200，Fosc=11.0592MHZ分析：预置值TH1=0E8H。发送： MOV TMOD，#20H ；设置定时器1为方式2 MOV TL1，#0E8H ；设置预置值；

MOV TH1，#0E8H SETB TR1 ；启动定时器1 MOV SCON，#0C0H ；设置串行口为方式3 MOV PCON，#00H ；SMOD=0 MOV R0，#50H ；设数据块指针

MOV R7，#10H ；设数据长度TRS： MOV A，@R0 ；取数据到A

MOV C，P MOV TB8，C ；奇偶位P送TB8

MOV SBUF，A ；数据送SBUF，启动发送WAIT： JBC TI，CONT ；判一帧是否发送完

AJMP MAIT ；未完等待CONT： INC R0 ；更新数据单元

DJNZ R7，TRS ；循环发送至结束

RET ；返回接收： MOV TMOD，#20H ；设置定时器1为方式2 MOV TL1，#0E8H ；设置预置值 MOV TH1，#0E8H SETB TR1 ；启动定时器1 MOV SCON，#0C0H ；设置串行口为方式3 MOV PCON，#00H ；SMOD=0 MOV DPTR，#3000H；设置数据块指针 MOV R7，#10H ；设数据块长度 SETB REN ；允许接收WAIT： JBC RI，READ ；判一帧是否接收完 AJMP WAIT ；未完接着等待READ： MOV A，SBUF ；读入一帧数据 JNB PSW.0,PZ ；奇偶位P为0则转 JNB RB8，ERR ；P=1，RB8=0则出错 SJMP YES ；二者全为1则正确PZ： JB RB8，ERR ；P=0，RB8=1则出错YES： MOVX @DPTR，A ；正确，存放数据 INC DPTR ；修改地址指针 DJNZ R7，WAIT ；推断数据块接收完否 CLR PSW.5 ；接收正确，且接收完清F0标记 RET ；返回ERR： SETB PSW.5 ；出错置F0标记为1 RET ；返回第六节多机串行通讯技术一、多机通讯的基本原理图主从式多机通讯系统

MCS-51系列单片机的串行通讯方式2和方式3具有多机通讯功能，可构成各种分布式通