串行口及其通信

串行口及其通信第一页，共五十七页，2022年，8月28日9.1串行通信基本知识9.1.1数据通信1、什么是通信？

计算机的CPU与外部设备之间、计算机与计算机之间的信息交换称为通信。2、通信方式

串行通信和并行通信。如果距离小于30米可采用并行通信方式；当距离大于30米时采用串行通行方式。（1）并行通信并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就需要有多少根传送线。因此并行通信在位数多、传送距离又远时就不太适合了。第二页，共五十七页，2022年，8月28日（2）串行通信串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传输线，这样就大大地降低了传输成本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。下图为两种方式的连接图：第三页，共五十七页，2022年，8月28日9.1.2串行通信的传输方式

串行通信的传送方向通常有三种：（1）单向（或单工）配置，只允许数据向一个方向传送。（2）半双向（或半双工）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站点发送。（3）全双向（或全双工）配置，允许同时双向传送数据。串行通信传输方式如下图所示。

第四页，共五十七页，2022年，8月28日9.1.3异步通信和同步通信一、异步通信

在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧数据的格式如下所示：第五页，共五十七页，2022年，8月28日二、同步通信

同步通信中，数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1个~2个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落。

为了保证接收工作正确无误，发送方除了传送数据外，还要同时传送时钟信号。同步传送可以提高传送速率（达56KB/S或更高），但硬件比较复杂。同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式如下图所示：第六页，共五十七页，2022年，8月28日

同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符方式，然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，当然也可以采用ASCII码中规定的SYNC代码，即16H。按同步方式通信时，先发送同步字符，接收方检测到同步字符之后，即准备接收数据。第七页，共五十七页，2022年，8月28日

三、波特率（Baudrate）

波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是B/S。波特率对于CPU与外界的通信是很重要的。异步通信的传送速率在50B/S~19200B/S之间，常用于计算机到终端机和打印机之间的通信、直通电报以及无线电通信的数据发送等。第八页，共五十七页，2022年，8月28日9.1.4串行通信的过程及通信协议一、串并转换与设备同步

两个通信设备在串行线路上成功地实现通信必须解决两个问题：即串并转换和设备同步。1、串并转换第九页，共五十七页，2022年，8月28日第十页，共五十七页，2022年，8月28日2、设备同步

设备同步对通信双方有两个共同要求：

通信双方必须采用统一的编码方法；

通信双方必须能产生相同的传送速率。

二、串行通信协议

通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等。通信双方必须遵守统一的通信协议。串行通信协议包括同步协议和异步协议两种。异步协议包括：1、数据格式：数据位、奇偶校验位、停止位约定5、波特率设置6、握手信号约定第十一页，共五十七页，2022年，8月28日9.2串行口及应用9.2.18051串行口一、结构结构如下图所示：第十二页，共五十七页，2022年，8月28日9.2串行口及应用9.2.18051串行口一、结构第十三页，共五十七页，2022年，8月28日

二、串行口控制字及控制寄存器

SCON(98H)、PCON（87H）1、SCON（98H）：可位寻址

D7D6D5D4D3D2D1D0

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI（1）SM0和SM1

串行口工作方式选择位，共有四种选择方式。第十四页，共五十七页，2022年，8月28日SM0SM1工作方式说明波特率00方式0同步移位寄存器Fosc/1201方式110位异步收发由定时器控制10方式211位异步收发Fosc/32fosc/6411方式311位异步收发由定时器控制(2)SM2——多机通信控制位，主要用于方式2和方式3

当SM2=1时，允许多机通讯。多机通讯协议规定，第9位数据（D8）为1，说明本帧数据为地址帧，若第9位数据为0，则本帧为数据帧。若SM2=0，则不属于多机通讯情况，则接收一帧数据后，不管第9位数据是0还是1，都置RI=1，接收到的数据装入SBUF中。（3）REN——允许接收控制位由软件置1或清0，只有当REN=1时才允许接收。（4）TB8——发送数据的第9位（D8）装入TB8中。在方式2、3中由编程设定，在方式0、1中没用。第十五页，共五十七页，2022年，8月28日（5）RB8——接收数据的第9位在方式2、3中，接收到的第9位数据放在RB8中，它或是奇偶校验位，或为地址/数据标志位；在方式1中，若SM2=0，RB8中存放的是已接收到的停止位，在方式0中该位没用。（6）TI——发送中断标志该位在一帧数据发送完时被置位，中断响应时不会自动清0，必须由软件清0。（7）RI——接收中断标志2、PCON（87H）电源控制寄存器PCON中只有SMOD位与串行口工作有关。第十六页，共五十七页，2022年，8月28日

SMOD（PCON.7）——波特率倍增位。在串行口方式1、2、3时，波特率和2SMOD成正比，即SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。三、串行通信工作方式

串行口方式0、方式1、方式2和3的帧格式：2、PCON（87H）

D7SMOD第十七页，共五十七页，2022年，8月28日第十八页，共五十七页，2022年，8月28日1、串行口方式0：同步移位寄存器输入/输出方式

以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送最低位。。

RXD——为数据，TXD——为移位脉冲，

波特率为fosc/12

方式0常用于扩展并行I/O口，其扩展电路如下：第十九页，共五十七页，2022年，8月28日第二十页，共五十七页，2022年，8月28日第二十一页，共五十七页，2022年，8月28日2、串行口方式1：10位通用异步接口

收发一帧数据的格式为1位起始位，8位数据位、1位停止位，在接收时，停止位进入SCON的RB8。

RXD——发送数据端，TXD——接受数据端

波特率可变第二十二页，共五十七页，2022年，8月28日第二十三页，共五十七页，2022年，8月28日3、串行口方式2、3：11位通用异步接口

收发一帧数据的格式为1位起始位，8位数据位、1位可编程第9位和1位停止位。在接收时，第9位进入SCON的RB8。

RXD——发送数据端，TXD——接受数据端

方式2波特率固定；方式3波特率可变第二十四页，共五十七页，2022年，8月28日四、波特率设计1、方式0的波特率方式0的波特率是固定的，即fosc/12。2、方式2的波特率方式2的波特为2SMOD/64*fosc，即为晶振频率的32分频或64分频。3、方式1和方式3

方式1和3的波特率=2SMOD/32*T1溢出速率第二十五页，共五十七页，2022年，8月28日定时器1方式波特率foscSMODC/T模式定时器初值方式01M12XXXX方式2375K121XXX187.5K120XXX方式1、362.5K12102FFH19.2K11.059102FDH9.6K11.059002FDH4.8K11.059002FAH2.4K11.059002F4H1.2K11.059002E8H第二十六页，共五十七页，2022年，8月28日例、8051单片机时钟振荡频率为11.0592MHZ，选用定时器T1工作模式2作为波特率发生器，波特率为2400B/S，求初值。解：设波特率控制位SMOD=0X=256-（11.0592*106*（0+1）/（384*2400））

=244=F4H第二十七页，共五十七页，2022年，8月28日9.2.28051串行口应用一、串行口方式0的应用

方式0时是同步操作，外接串入并出或并入串出器件，可实现I/O的扩展。例：用8031串行口外接CD4049或164串入并出移位寄存器扩展8位并行口；8位并行口的每位都接一个发光二极管，要求发光二极管从左到右以一定延迟轮流显示，并不断循环。设发光二极管为共阴极接法，如下图所示：第二十八页，共五十七页，2022年，8月28日解：设数据串行发送采用中断方式，显示的延迟通过调用延迟程序DELAY来实现。

ORG0023H；串行口中断入口

AJMPSBR；转中断服务程序

ORG2000H；主程序起始地址

MOVSCON，#00H；串行口方式0初始化

MOVA，#80H；最左一位二极管先亮

CLRP1.0；关闭并行输出

MOVSBUF，A；开始串行输出

LOOP：SJMPLOOP；等待中断

SBR：SETBP1.0；启动并行输出

ACALLDELAY；显示延时一段时间

CLRTI；清发送中断

RRA；准备右边一位显示

CLRP1.0；关闭并行输出

MOVSBUF，A；再一次串行输出

RETI；中断返回第二十九页，共五十七页，2022年，8月28日例、用8051串行口外加移位寄存器CD4014（或165、166）扩展8位输入口，输入数据右8位开关提供，另有一个开关K提供联络信号。当K=0时，表示要求输入数据，输入的8位为开关量，提供逻辑模拟子程序的输入信号，如下图所示：第三十页，共五十七页，2022年，8月28日解：串行口方式0的接收要用SCON寄存器中的REN位作为开关来控制。因此，初始化时，除了设置工作方式之外，还要使REN位为1，其余各位仍然为0

对RI采用查询方式来编写程序，当然，先要查询开关K是否闭合。

START：JBP1.1，START；开关未闭合等待

SETBP1.0；并行置入数据

CLRP1.0；准备串行移位输入

MOVSCON，#10H；方式0，REN为1启动接收

JNBRI，$；查询RICLRRI；查询结束，清RIMOVA，SBUF；读数据到累加器

ACALLLOGSIM；进行逻辑模拟

SJMPSTART；准备下一次模拟第三十一页，共五十七页，2022年，8月28日例：串口控制的键盘/显示器接口。静态显示方式。采用共阳极LED。接口电路如图所示：第三十二页，共五十七页，2022年，8月28日第三十三页，共五十七页，2022年，8月28日键盘扫描和显示子程序：显示缓冲区58H~5FH（8位），60H存缓冲区指针初值58HKEY： MOV A，#00H MOV SBUF，AKL0： JNB TI，KL0；等待8位数据发送完

CLR TIKL1： JNB P1.0，PK1；第一行有键按下，转

JB P1.1，KL1；第二行无键按下，转扫描PK1： ACALL D10MS JNB P1.0，PK2；第一行有键按下，转

JB P1.1，KL1；第一、二行无键按下，转扫描PK2： MOV R7，#08H；有按键，逐列扫描

MOV R6，#0FEH；选中0列

MOV R3，#00H；记列号PL5： MOV A，R6；使某一列为低

MOV SBUF，A；KL2： JNB TI，KL2 CLR TI JNB P1.0，PK4；是第一行有按键，转

JNB P1.1，PK5；是第二行有按键，转

MOV A，R6；不是本列，继续

RL A MOV R6，A INC R3 ；列号加1 DJNZ R7，PL5；未到8列，转

RET ；扫描8列未找到，退出第三十四页，共五十七页，2022年，8月28日PK5： MOV R4，#08H；送第二行行首初值

AJMP PK3 ；转键处理PK4： MOV R4，#00H；送第一行行首初值PK3： MOV A，#00H；等待释放键

MOV SBUF，AKL3： JNB TI，KL0；等待8位数据发送完

CLR TIKL4： JNB P1.0，KL4；

JNB P1.1，KL4；

MOV A，R4；取键号

ADD A，R3 SUBB A，#0AH；是命令键吗？

JNC KL6 ；是，转命令键处理

MOV DPTR，#TABL；字形码表初值送DPTR ADD A，#0AH；恢复键号

MOVC A，@A+DPTR MOV R0，60H；取显示缓冲区指针

MOV @R0，A；存字形码

INC R0 CJNE R0，#60H，KD；不到显示缓冲区末，转

MOV 60H，#58H；缓冲区首址送60H SJMP KD1KD： MOV 60H，R0KD1： ACALL LED RET第三十五页，共五十七页，2022年，8月28日KL6： MOV B，#03H MUL AB MOV DPTR，#KTAB JMP @A+DPTRKTAB: LJMP K1 LJMP K3 ……TABL：DB C0H，F9H，A4H，B0H，99H，92H，82H，F8H，80H，90HLED： SETB P1.2；开放显示器控制

MOV R7，#08H MOV R0，#58HLED1： MOV A，@R0 MOV SBUF，ALED2： JNB TI，LED2 CLR TI INC R0 DJNZ R7，LED1 CLR P1.2 ；各位送完，关闭控制

RET第三十六页，共五十七页，2022年，8月28日二、串行口方式1的发送和接收例、8031串行口按双工方式收发ASCII字符，最高位用来作为奇偶校验位，采用奇校验方式，要求传送的波特率为1200B/S，编写有关的通信程序。解：7位ASCII码加1位奇偶校验共8位，故可采用串行口方式1。发送缓冲区首址为20H，接收缓冲区首址为40H，频率为6MHZ。主程序：

MOVTMOD，#20H；定时器1设为模式2MOVTL1，#0F3H；定时器初值

MOVTH1，#0F3H；8位重装值

SETBTR1；启动定时器1MOVSCON，#50H；将串行口置为方式1，REN=1第三十七页，共五十七页，2022年，8月28日

MOVR0，#20H；发送数据区首地址

MOVR1，#40H；接收数据区首地址

ACALLSOUT；先输出一个字符

SETBESSETBEALOOP：SJMPLOOP；等待中断中断服务程序：

ORG0023H；中断入口

AJMPSBR1；转服务程序

ORG0100H；SBR1：JNBRI，SEND；RI=0即TI=1为发送中断

ACALLSIN；RI=1为接收中断

SJMPNEXT；转至统一出口SEND：ACALLSOUT；调发送子程序NEXT：RETI；中断返回第三十八页，共五十七页，2022年，8月28日发送子程序：SOUT：CLRTIMOVA，@R0；取发送数据到AMOVC，P；奇偶标志到CCPLC；奇校验

MOVACC.7，C；加到ASCII码高位

INCR0；修改发送数据指针

MOVABUF，A；发送ASCIIRET；返回接收子程序：SIN：CLRRI；

MOVA，SBUF；读出接收缓冲区内容

MOVC，P；取出校验位

CPLC；奇校验

ANLA，#7FH；删除校验位

MOV@R1，A；读入接收缓冲区

INCR1；修改接收数据指针

RET；返回第三十九页，共五十七页，2022年，8月28日三、串行口方式2、3的发送和接收

方式2与3基本一样（只是波特率设置不同），接收/发送11位信息：开始为1位起始位（0），中间9位数据，最后是一位停止位（1）。例、用第9个数据位作奇偶校验位，编制串行口方式2的发送程序。解：设计一个发送程序，将片内RAM50H~5FH中的数据串行发送，串行口设定为方式2，TB8作奇偶校验位，采用偶校验，在数据写入发送缓冲器之前，先将数据的奇偶位P写入TB8。第四十页，共五十七页，2022年，8月28日程序清单如下：TRT：MOVSCON，#80H；方式2设定

MOVPCON，#80；取波特率为fosc/32MOVR0，#50H；首地址50H送R0MOVR7，#10H；数据长度10H送R7LOOP：MOVA，@R0；取数据到AMOVC，PSW.0；取P到TB8MOVTB8，C；

MOVSBUF，A；数据送SBUF，启动发送WAIT：JBCTI，CONT；判断发送中断标志

SJMPWAITCONT：INCR0DJNZR7，LOOPRET

第四十一页，共五十七页，2022年，8月28日例9-11：编制一个接收程序，将接收的16B数据送入片内RAM的50H~5FH单元中。设串行口工作于方式3，波特率为2400B/S。解：方式3为11位异步通讯方式，波特率取决于T1的溢出率。查表9-2可知，当晶振为11.059MHZ，波特率为2400B/S时，可取SMOD=0，T1的计数初值为F4H。程序为：

MAIN：MOVTMOD，#20H；设T1工作于方式2MOVTH1，#0F4；赋循环计数初值

MOVTL1，#0F4；赋计数值

SETBTR1；启动定时器1MOVR0，#50H；首地址送R0MOVR7，#10H；数据长度送R7MOVSCON，#0D0H；串口方式3，可接收

MOVPCON，#00H；设SMOD=0第四十二页，共五十七页，2022年，8月28日WAIT：JBCRI，PR1；接收完一帧数据清RI，转PR1SJMPWAIT；否则等待PR1：MOVA，SBUF；读入数据

JNBP，PNP；P=0转PNPJNBRB8，PER；P=1，RB8=0，转出错处理

SJMPRIGHTPNP：JBRB8，PER；P=0，RB8=1，转出错处理RIGHT：MOV@R0，A；数据送内存

INCR0；修改地址指针

DJNZR7，WAIT；数据未接收完继续

CLRPSW.5；置正确接收完标志F0=0RET；PER：SETBPSW.5RET第四十三页，共五十七页，2022年，8月28日9.3RS-232C标准接口总线及串行通信硬件设计

在实现计算机与计算机、计算机与外设间的串行通信时，通常采用标准通信接口。这样就能很方便地把各种计算机、外部设备、测量仪器等有机地连接起来，进行串行通信。RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广的标准总线。它包括了按位串行传输的电气和机械方式的规定，适用于短距离或带调制解调器的通信场合。9.3.1RS-232C标准接口总线

RS-232C接口的具体规定如下：第四十四页，共五十七页，2022年，8月28日（1）范围

RS-232C标准适用于DCE（数据电路终端设备）和DTE（数据终端设备）间的串行二进制通信，最高的数据速率为19.2Kb/s。如果不增加其它设备，RS-232C标准的电缆长度最大为15米。（2）RS-232C的信号特征由于RS-232C是在TTL集成电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，规定+3V~+15V之间的任意电压表示逻辑0电平，-3V~-15V之间的任意电压表示逻辑1电平。（3）RS-232C的接口信号及引脚说明第四十五页，共五十七页，2022年，8月28日引脚信号名功能说明信号方向对DTE对DCE1*GND保护地X2*TXD发送数据出入3*RXD接收数据入出4*RTS请求发送出入5*CTS允许发送入出6*DSR数据设备（DCE）准备就绪入出7*SGND信号地（公共回路）XX8*DCD接收线路信号检测入出9、10未用，为测试保留11空12辅信道接收线路信号检测第四十六页，共五十七页，2022年，8月28日引脚信号名功能说明对DTE对DCE13辅信道允许发送14辅信道发送数据15*发送信号码元定时（DCE为源）16辅信道接收数据17*接收信号码元定时18空19辅信道请求发送20*DTR数据终端（DTE）准备就绪出入21*信号质量检测22*振铃指示23*数据信号速率选择24*发送信号码元定时（DTE为源）25空第四十七页，共五十七页，2022年，8月28日