单片机串行口课件

单片机串行口课件第1页，共70页，2023年，2月20日，星期一异步通信方式01停止位起始位低位高位7位数据位奇偶校验停止位第N个字符第N-1个字符第2页，共70页，2023年，2月20日，星期一同步通信方式（Synchronous

DataCommunication）第3页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行通信的波特率

波特率（bandrate）是异步通信中每秒钟传送的二进制数码的位数（比特数），单位是位/秒。作用：1、反映串行通信的速率；

2、反映对传输通道的要求：波特率越高，要求的传输通道的频带宽度就越宽。异步通信：波特率为每秒传送的字符数和每个字符位数的乘积。第4页，共70页，2023年，2月20日，星期一6.2MCS-51串行口的结构MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步收发器（UART），也可作为同步移位寄存器。它的帧格式有8位、10位和11位，可以设置为固定波特率和可变波特率，给使用者带来很大的灵活性。第5页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行口内部结构示意简图第6页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行口控制寄存器SCON（1）SCON（98H）第7页，共70页，2023年，2月20日，星期一（2）PCON（87H）

电源控制寄存器PCON中只有SMOD位与串行口工作有关，如下图所示。电源控制寄存器PCON第8页，共70页，2023年，2月20日，星期一6.3串行口的4种工作方式方式的选择由SM0

、SM1实现。四种方式的比较：工作方式功能说明波特率方式08位同步移位寄存器常用于扩展I/O口fosc/12方式110位UART起始位0、8位数据、结束位1可变（取决于定时器1溢出率）方式211位UART起始位0、8位数据、奇偶校验位和结束位1fosc/64或fosc/32方式311位UART同上可变（取决于定时器1溢出率）第9页，共70页，2023年，2月20日，星期一1.串行口方式0

—

同步移位寄存器方式

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。其帧格式如下：串行数据通过RXD输入或输出，而TXD用于输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。这种方式不适用于两个8051之间的串行通信，但可以通过外接移位寄存器来实现单片机的I/O接口扩展。第10页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行口方式0的应用（P150，P169）

串行口扩展显示器

【例1】用8位串入并出移位寄存器74HC164扩展显示器。

第11页，共70页，2023年，2月20日，星期一功能：把数据从显示缓冲区送到数码管。

入口；要显示的数放在以DIS0为首的8个单元中。

出口：把预置的数输出以更新原有的显示。编写程序实现：第12页，共70页，2023年，2月20日，星期一

MOV R7，＃08H ；显示8个数码管

MOV R0，＃DIS0

；显示缓冲区未地址送入R0DL0：MOV A，＠R0 ；取要显示数作查表偏移量

MOV DPTR，＃TAB ；指向字形表首

MOVC A，＠A＋DPTR；查表得字形码

MOV SBUF，A ；发送显示DL1：JNB T1，DL1 ；等待发送完一帧

CLR TI ；清中断标志，准备继续发送

DEC R0 ；更新显示单元

DJNZ R7，DL0 ；重复显示所有数码管

RETTAB：

DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4，DB92H，82H，0F8H，80H，90H；5，6，7，8，9，DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；A，B，C，D，E，

DB8EH，0BFH，8CH，0FFH；F，－，P，暗第13页，共70页，2023年，2月20日，星期一74LS165其中A,B,C,D,E,F,G,H并行输入端。QH串行输出端。CLOCK：时钟输入端。CLOCKINHIBIT：时钟禁止端。当时钟禁止端CLK2为低电平时，允许时钟输入。SHIFT/LOAD：移位与置位控制端。SER：扩展多个74LS165的首尾连接端。74LS165是一个并行输入串行输出的移位寄存器。第14页，共70页，2023年，2月20日，星期一RI图(b)方式0接收电路及时序第15页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行口方式0的应用（P150，P169）串行口扩展的键盘第16页，共70页，2023年，2月20日，星期一

ORG 0100HSTART： CLRP1.0;载入数据

NOP;NOP;SETBP1.0;数据输出

CLRP1.1;允许时钟输入RCVI：MOV SCON，＃10HJNB RI，$ CLR RI MOV A，SBUF

…；判断键值，散转

OPR0：

…

LJMP STARTTAB:AJMPOPR0 AJMP OPR1

…AJMP OPR7

第17页，共70页，2023年，2月20日，星期一2.串行口方式1

—10位UART方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位（0），8个数据位和1个停止位（1）。其帧格式为：方式1真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD（P3.1）引脚发送数据，RXD（P3.0）引脚接收数据。数据传输波特率由T1的溢出率决定，可用程序设定。在接收时，停止位进入SCON的RB8。串行口方式1的发送和接收时序如图（a）和（b）所示。第18页，共70页，2023年，2月20日，星期一方式1发送和接收时序只有当REN=1时，才能对RXD进行检测。第19页，共70页，2023年，2月20日，星期一①RI=0。即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被响应，SBUF中数据已被取走。由软件使RI=0，以便提供“接收SBUF已空”的信息。②SM2=0或收到的停止位为1（方式1时，停止位进入RB8）。满足上述两个条件，将接收到的数据装入串行口的SBUF和RB8（RB8装入停止位），并置位RI，通知CPU取数据；如果不满足，接收到的数据不能装入SBUF，这意味着该帧信息将会丢失。接收有效的两个条件：第20页，共70页，2023年，2月20日，星期一两个单片机之间的通信通信协议：数据格式、校验方式

波特率硬件连接第21页，共70页，2023年，2月20日，星期一2.串行口方式1的应用例:通过MCS-51串行口发送带存放在片内RAM20H～3FH中的数据，要求传送的波特率为1200bps。编写有关的通信程序。fosc=11.0592MHz。

分析:第22页，共70页，2023年，2月20日，星期一取SMOD＝0 ∴(TH1)＝232＝0E8H

设串行口为方式1，定时器/计数器T1为方式2作为串行口的波特率发生器。可以避免计数溢出后用软件重装定时初值的工作。第23页，共70页，2023年，2月20日，星期一

ORG 0100H

MOV TMOD，#20H ；设T1为方式2 MOV TL1，#0E8H ；T1定时常数

MOV TH1，#0E8H SETB TR1 ；启动T1 MOV SCON，#01000000B；设串行口为方式1 MOV R0，#20H ；设发送数据区首址

MOV R7，#32 ；发送32个ASCII码数据LOOP:MOVA，@R0 ；取ASCII码数据

ACALLSP_OUT ；调用串行口发送子程序

INC R0 ；未发送完，则继续

DJNZ R7，LOOP

…

主程序：第24页，共70页，2023年，2月20日，星期一SP_OUT：MOVSBUF，A ；带校验位发送

JNBTI，$ ；发送等待

CLRTI；清TI标志

RET 串行口发送子程序：第25页，共70页，2023年，2月20日，星期一例：B机由串行口接收数据块。解：采用查询方式，本例与上例相呼应，接收器把接收到的32个数据存放在20H－3FH单元内，波特率同上。第26页，共70页，2023年，2月20日，星期一 MOVSCON，#01010000B；设串口方式1，允许接收

MOVTMOD，#20H；设置定时器T1为方式2 MOVTL1，#0E8H；初值，波特率为1200b/s MOVTH1，#0E8H SETBTR1 ；启动T1运行

MOVR0，#20H；数据存放首地址

MOVR7，#32；数据块长度LOOP:ACALLSP_IN ；调用接收一帧子程序

MOV@R0，A ；存放接收的数据

INCR0 DJNZR7，LOOP ……主程序：第27页，共70页，2023年，2月20日，星期一SP_IN: JNBRI，$ ；RI由硬件置位

CLRRI ；软件清除RI MOVA，SBUF RET接收一帧子程序：第28页，共70页，2023年，2月20日，星期一3.串行口方式2和3

—11位UART方式2和方式3以11位为1帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位，1个附加第9位和1个停止位(1)。其帧格式为：附加第9位（D8）由软件置1或清0。发送时在TB8中，接收时送RB8中。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的溢出率决定，可用程序设定。方式2和方式3的发送、接收时序如图所示。其操作与方式1类似。第29页，共70页，2023年，2月20日，星期一方式2、方式3发送和接收时序只有当REN=1时，才能对RXD进行检测。第30页，共70页，2023年，2月20日，星期一发送前，先根据通信协议由软件设置TB8（如作奇偶校验位或地址/数据标志位），然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，并装入到第9位数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。发送过程第31页，共70页，2023年，2月20日，星期一接收时，使SCON中的REN=1，允许接收。当检测到RXD(P3.0)端有1→0的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0，或接收到的第9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，附加的第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，也不置位RI。接收过程第32页，共70页，2023年，2月20日，星期一例：编制一个发送程序，将片内RAM中50H—5FH的数据串行发送。串行口设定为工作方式2，TB8作奇偶校验位。发送波特率375kb/s，晶振为12MHz,SMOD=1。解：在数据写入发送SBUF之前，先将数据的奇偶标志P写入TB8，此时，第9位数据便可作奇偶校验用。可采用查询和中断两种方式发送。第33页，共70页，2023年，2月20日，星期一

ORG0000H

AJMPMAIN

;上电，转向主程序

ORG0100H

;主程序MAIN: MOVSCON，#80H

;设工作方式2

MOVPCON，#80H

;取波特率为fosc/32

MOVR0，#50H

;首址50H送R0

MOVR7，#10H

;数值长度送R7LOOP: MOVA，@R0

;取数据

MOVC，P

;P→C

MOVTB8，C

;奇偶标志送TB8

MOVSBUF，A

;发送数据WAIT: JBCTI，CONT

AJMPWAIT

;等待中断标志TI=1CONT: INCR0

DJNZR7，LOOP

;数值尚未发送完，继续发送下一个数据

SJMP$

END第34页，共70页，2023年，2月20日，星期一例：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。设串行口工作在方式2，波特率为375bps。解：第35页，共70页，2023年，2月20日，星期一源程序如下：MAIN:MOVSCON,#080H;串行口工作于方2;REN=1,可接收

MOVPCON,#80H ;设SMOD=1MOVR0，#50H

;首址50H送R0

MOVR7，#10H

;数值长度送R7SETBREN ；启动接收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PNP JNBRB8,ERR;P=1，RB8=0，转出错处理

SJMPRIGHTPNP:JBRB8,ERR;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，;继续接收下一个数据

CLRF0 ;置正确接收完毕标志F0=0SJMPENDTERR:SETBF0ENDT:SJMP$

第36页，共70页，2023年，2月20日，星期一4.波特率的设定在串行通信中，要求收发双方接收和发送数据的波特率必须一致。通过软件对MCS-51串行口编程可约定四种工作方式。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的溢出率来决定(T1每秒溢出的次数)。串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输入的移位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也不同。第37页，共70页，2023年，2月20日，星期一（1）方式0的波特率由下图可见，方式0时，每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。因此，波特率固定为振荡频率的1/12，并不受PCON寄存器中SMOD位的影响。串行口方式0波特率的产生第38页，共70页，2023年，2月20日，星期一（2）方式2的波特率方式2波特率取决于PCON中SMOD位的值：

SMOD=0时，波特率为fosc的1/64；

SMOD=1时，波特率为fosc的1/32。即:方式2波特率≌(2SMOD/64)×foscfosc=12MHz，SMOD=0，187.5kbpsSMOD=1，375kbps第39页，共70页，2023年，2月20日，星期一（3）方式1和方式3的波特率方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1产生，如图所示。因此，MCS-51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值共同决定。即方式1、方式3波特率≌(2SMOD/32)×T1溢出率串行口方式1、方式3波特率的产生第40页，共70页，2023年，2月20日，星期一其中，T1溢出速率取决于T1的计数速率（计数速率≌fosc/12）和T1预置的初值。其中，k为定时器T1的位数定时器方式0，k=13；定时器方式1，k=16；定时器方式2，k=8。第41页，共70页，2023年，2月20日，星期一例：若定时器T1工作于方式1，采用11.059MHz的晶振，要求利用定时器1产生1200bps的波特率，则令SMOD=0，可算得初值为那么，TH1的初值为0FFH，TL1的初值为0E8H。第42页，共70页，2023年，2月20日，星期一有关的程序如下：MAIN: MOVTMOD，#10H；置定时器T1为方式1 MOVTL1，#0E8H；装入初值

MOVTH1，#0FFH MOVPCON，#00H；SMOD=0 SETBEA；开放CPU中断

SETBET1

；开放定时器T1中断

SETBTR1；启动T1运行

……如果定时器T1工作于方式1，T1作为波特率发生器，需在T1溢出中断服务程序中重装初值。T1溢出中断服程序：

MOVTL1，#0E8H；重新装入初值

MOVTH1，#0FFHRETI；中断返回第43页，共70页，2023年，2月20日，星期一由于T1方式2是定时器自动重装载的操作模式，当定时器T1工作在方式2时，可直接用作串行口的波特率发生器。与上例相同，算得初值和重装载值为：第44页，共70页，2023年，2月20日，星期一有关程序：

MOVTMOD，#20H；置T1为方式2MOVTL1，#0E8H；装入初值

MOVTH1，#0E8HMOVPCON，#00H；SMOD=0SETBTR1；启动T1运行

MOVSCON，#01000000B；设置串行口为方式1……第45页，共70页，2023年，2月20日，星期一FFHFDHFDHFAHF4HE8H1DH72HFEEBH2222222210000000001100000001211.059211.059211.059211.059211.059211.0592612方式1、3：62.5KHz19.2KHz9.6KHz4.8KHz2.4KHz1.2KHz137.5Hz110Hz110HzXXX112方式2最大值：375KHzXXXX12方式0最大值：1MHz重置装入值方式C/T定时器1SMODf(MHz)波特率串行口方式1、方式3常用波特率及其初值第46页，共70页，2023年，2月20日，星期一串行口从机0#主机串行口……串行口从机1#串行口从机n#多机通讯系统示意图6.4多机通讯第47页，共70页，2023年，2月20日，星期一多机通讯原理

问题1:多机通信时主机如何寻找从机？

问题2:如何区分地址和数据信息？

串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通讯控制位。串行口工作于方式2或3。

SM2－－－－－－多机通讯位；

TB8/RB8－－－－地址/数据标志位;第48页，共70页，2023年，2月20日，星期一SM2、RB8与从机动作关系SM2RB8从机动作10不能接收数据11能收到主机发的数据（TB8=1,地址信息）00进入串口中断，对接收的数据进行处理01进入串口中断，对接收的数据进行处理第49页，共70页，2023年，2月20日，星期一多机通信过程所有从机的SM2=1，处于只接收地址帧状态；主机发地址信息，以第9位TB8=1表示发送的是地址帧；从机接收到地址帧后与本机地址比较；被寻址从机SM2=0，其它从机SM2=1不变；主机发送数据（TB8=0），对已被寻址的从机因SM2=0，可以接收主机发来的信息。其余从机因SM2=1不接收主机数据；被寻址的从机SM2置1，主机可另发地址帧与其它从机通信。第50页，共70页，2023年，2月20日，星期一6.5串行口的编程和应用编程注意事项设置串行口工作方式设置波特率（SMOD，若是方式1、3，设置TI初值）若串行口接收数据，REN必须赋值为1TI和RI标志，须由软件清0第9位第51页，共70页，2023年，2月20日，星期一1．8051单片机片内有一个全双工的异步串行口(UART)。2．MCS-51串行口可设置为4种工作方式，由特殊功能寄存器SCON的SM0、SM1位定义。3．串行口4种工作方式的特点方式0：同步移位寄存器方式1：10位UART（波特率可变）方式2：11位UART方式3：11位UART（波特率可变）4．波特率的设置方式0：仅与fosc相关；方式2：与fosc和PCON的SMOD位相关；方式1和方式3：与SMOD及T1的溢出率相关。5.串行口的编程：查询和中断。本章总结第52页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响设计要求：单片机演奏音乐实现基本方法(1)音符音调（音高）客观：音符的频率(2)音符节拍音符的长度程序设计第53页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(1)(1)音符音调（音高）：音符的频率音名:CDEFGAB标准音高A：每秒振动440次，即f=440Hz相邻的音组中相同音名的两个音，包括变化音级，称之为八度。

八度音阶由12个音集合而成，音阶的分度以对数关系划分21/12=1.059463若f1距f2n个半音，则运算公式：n个半音=12*log2(f1/f2))例：C比A低9个半音，计算C的頻率f，-9=12*log2(f/440)得f=261.6

唱名：

12345671

do,re,mi,fa,so,la,ti,doC调音阶do,re,mi,fa,so,la,ti,do,為261.6,293.7,329.6,349.2,392.0,440.0,493.9,523.2。其中第一个do为261.6Hz，第二个do为523.2Hz是第一个do的2倍。第54页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(1)(1)音符音调（音高）：音符的频率程序设计产生一个音符:C调音阶do产生C调音阶do,re,mi,fa,so,la,ti,do,每一个音阶持续100ms261.6,293.7,329.6,349.2,392.0,440.0,493.9,523.2。第55页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(1)音符音调（音高）：音符的频率程序设计第56页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间在简谱中，1、2、3、4、5、6、7这七个基本音符，不仅表示音的高低，而且还是表示时值长短的基本单位，称为四分音符，其他音符均是在四分音符的基础上，用加记短横线“-”和附点“·”表示。相邻两种音符之间的时值比例为2∶1

第57页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间在简谱中，1、2、3、4、5、6、7这七个基本音符，不仅表示音的高低，而且还是表示时值长短的基本单位，称为四分音符，其他音符均是在四分音符的基础上，用加记短横线“-”和附点“·”表示。在简谱中，如果音符时值的长短用短横线"-"表示，就称为单纯音符

第58页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间在简谱中，加记在单纯音符的右侧的、使音符时值增长的小圆点"·"，称为附点。加记附点的音符称为附点音符。附点本身并无一定的长短，其长短由前面的单纯音符来决定。附点的意义在于增长原音符时值的一半，常用于四分音符和小于四分音符的各种音符之后。第59页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间歌曲被划分成小节：一个普通歌曲的长度大约有100小节。在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或称一拍。表示每小节中基本单位拍的时值和数量的记号，称拍号。拍号通常用分数来标记，分子表示每小节中单位拍的数目，分母表示单位拍的音符时值，例如3/4，它的含义是“每小节有三拍，每拍是四分音符”，或简单地说“每小节有三个四分音符”。节拍是按拍号要求相隔一定时间反复出现重音的模式，或者说，它是固定的强弱音。第60页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间下面是一些常见的拍子：偶数类，有2/2（每小节有两个二分音符）、2/4、4/4、4/8（每小节有四个八分音符）等，这些偶数节拍是对称的，带有行进的特点；奇数类，有3/2（每小节有三个二分音符）、3/4、3/8、6/4、6/8、9/8等；它们听上去带有旋转性，因此常常和舞曲有关。第61页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间歌曲被划分成小节：每个小节都是确定的拍长；节拍具体在乐谱中指的是每一小节的音符总长度。那么一拍到底该唱多长呢？速度是指节拍的速率。它大致可以分为三大类：慢、快和适中。拍子的时值是一个相对的时间概念，比如当乐曲的规定速度为每分钟60拍时，每拍占用的时间是一秒；当规定速度为每分钟120拍时，每拍的时间是半秒，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起。第62页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间那么一个音符到底该唱多长呢？拍号通中的分母表示单位拍的音符时值拍子的时值可以是四分音符、二分音符，也可以是八分音符。例如，当以四分音符为一拍时，一个全音符相当于四拍，一个二分音符相当于两拍，八分音符相当于半拍，十六分音符相当于四分之一拍；如果以八分音符做为一拍，则全音符相当于八拍，二分音符是四拍，四分音符是两拍，十六分音符是半拍。第63页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(2)音符节拍：音符的持续时间一般说来，如果乐曲没有特殊说明，一拍的时长大约为400—500ms。我们以一拍的时长为400ms为例，则当以四分音符为节拍时，四分音符的时长就为400ms，八分音符的时长就为200ms，十六分音符的时长就为100ms。第64页，共70页，2023年，2月20日，星期一电子音响(2)(1)音符音调（音高）：音符的频率程序设计产生C调音阶do,re,mi,fa,so,la,每一个音阶持续演奏200ms，200ms，100ms，100ms，200ms，400ms。第65页，共70页，2023年，2月20日，星期一本章结束第66页，共70页，2023年