单片机 第5章 串行接口

第五章1-----1wyx第五章MCS—51单片机的串行接口

MCS-51系列单片机的串行通信接口可以方便地实现与其他单片机之间、与PC机之间的串行通信，也可用通信接口实现键盘输入、LED显示及其他的控制。

主要内容：

1.串行通信概述

2.MCS-51单片机串行通信接口的结构

3.MCS-51单片机串行通信的工作原理及其工作方式

4.MCS-51单片机串行接口应用编程重点：MCS-51单片机串行接口的工作原理及工作方式MCS-51单片机串行接口应用程序设计方法第五章1------2wyx

第一节串行通信概述1.并行通信并行通信是指所传送的数据各位同时进行传送。其优点是传送速度快，缺点是传输线多，通信线路费用较高，并行传送适用于近距离、传送速度高的场合。2．串行通信串行通信时，传送数据的各位按分时顺序一位一位地传送(例如先低位、后高位)。其优点是传输线少，传送通道费用低，故适合长距离数据传送。缺点是传送速度较低。当通信的距离在30m以上时，应采用串行通信方式。

一、并行通信与串行通信

第五章1------2wyx1.单工方式——通信双方只有一条单向传输线，只允许数据由一方发送，另一方接收。2．半双工方式——通信双方只有一条双向传输线，允许数据双向传送，但每时刻上只能有一方发送，另一方接收，这是一种能够切换传送方向的单工方式，3．全双工方式——通信双方只有两条传输线，允许数据同时双向传送，其通信设备应具有完全独立的收发功能。二、串行通信的数据传送方向第五章1-----3wyx三、同步通信和异步通信为了准确地发送、接收信息，发送者和接受者双方必须协调工作。这种协调方法，从原理上可分成两种：同步串行I/O和异步串行I/O。

1．异步通信方式异步通信方式时，数据一帧一帧地传送，不需要同步时钟，实现简单。在异步方式中，为了避免连续传送过程中的误差积累，每个字符都要独立确定起始和结束(即每个字符都要重新同步)，字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间。

有约定的帧格式；发送与接收之间的同步是利用每一帧的起、止信号来建立的；双方用各自的时钟控制发送与接收2．同步通信方式

在同步通信中，在数据或字符开始传送前用同步字符(SYNC)来指示(常约定l一2个)，由时钟来实现发送端和接收端同步，当检测到规定的同步字符后，接下来就连续按顺序传送数据。同步字符是一特定的二进制序列，在传送的数据中不会出现．同步通信方式由于不采用起始和停止位，是在同步字符后可以接较大的数据区，同步字符所占部分很小，因此有较高的传送效率。第五章1------4wyxMCS-51单片机中串行接口只可实现异步串行通信方式

第五章1----5wyx

四、波特率

在通信中发、接双方有两次约定字符格式————帧格式传送速率————波特率

波特率是通信双方对数据传送速率的约定，表示每秒钟传送二进制数码的位数，单位是bit/s。假如数据传送的速率是120个字符／秒，每一个字符规定包含10个位(一个起始位、8个数据位和1个停止位)，则传送的波特率为：10×120＝1200位／秒＝1200波特(bps)每一位的传送时间即为波特率的倒数

第五章1-----6wyx第二节MCS—51的串行通信接口

一、MCS-51串行口结构及工作原理基本组成：两个独立的数据缓冲器SBUF(一个用作接收，一个用作发送)以及发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门等组成。

用户可访问的三个地址单元：SBUF：两个SBUF共用一个地址99H。发送SBUF只写不读，接收SBUF只读不写，由所用指令是发送还是接收来决定对个SBUF进行操作；SCON：串行口控制寄存器PCON：电源控制寄存器第五章1------7wyx二、串行口控制寄存器SCON

SCON是一个可位寻址的专用寄存器，用来设定串行口的工作方式、控制串行口的接收／发送以及状态标志。SCON的字节地址为98H，位地址为98H～9FH。其格式如下：

1）SM0、SMl：串行口工作方式选择位，可选择四种工作方式SM0SM1工作方式功能波特率00方式0同步移位寄存器foc/1201方式110为异步收发

可变10方式211为异步收发foc/32或foc/6411方式311为异步收发

可变SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1TIRISM2SM2RENTB8RB82）SM2：为多机通信控制位在工作方式2和方式3中：若SM2＝1：当接收到第9位数据（RB8）为1，才将接收到的前8位数据装入SBUF，并置位RI;否则将接收到的数据丢弃。若SM2＝0：不论第9位数据（RB8）是否为1，都将接收到的前8位数据装数据装入SBUF，并置位RI。在方式1中：若SM2＝1，则只有接收到有效的停止位时，才置位RI。在方式0中：必须使SM2＝0第五章1------8wyx3）REN：允许串行接收位。该位由软件置位或清零。4）TB8:在工作方式2或方式3时，该位为发送的第9位数据，可按需要由软件置位或清零。在许多通信协议中，该位常作为奇偶校验位。在MCS－5l多机通信中，TB8的状态用来表示发送的是地址帧还是数据帧，TB8＝0时，为地址帧，TB8＝1时，为数据帧。

多机通信时，SM2必须置1。双机通信时，通常使SM2＝0。第五章1-----9wyx6）TI：发送中断标志位。方式0中，串行发送完第8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位开始时，由硬件置位。TI＝1时，表示帧发送结束，其状态既可供软件查询使用，也可申请中断。在任何方式中，TI都必须由软件清0。

7）RI：接收中断标志。在方式0中，接收完第8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，当接收到停止位的中间时由硬件置位。RI＝1时，表示帧接收结束，其状态既可供软件查询使用，也可申请中断。RI也必须靠软件清0。单片机复位时，SCON中的所有位均为0。

注意：不管是否采用中断控制，数据发送前必须用软件将TI清零；接收数据后将RI清零；5）RB8：在工作方式2或方式3时，存放接收到的第9位数据，代表着接收数据的某种特征。例如，可能是奇偶位，或为多机通信中的地址／数据标识位。在方式0中，RB8未用。在方式1中，若SM2＝0，RB8是已接收到的停止位。

PCON的直接地址为87H，不能位寻址。

PCON中只有最高位SMOD与串行口工作有关，其余几位用于电源的控制。PCON的格式如下：第五章1-----10wyxSMOD：串行口波特率倍增位。当SMOD＝1时，串行口波特率加倍；复位时，SMOD＝0。

三、电源控制寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0SMOD———GF1GF0PDIDL第五章1-----11

MCS—51单片机的串行口为可编程口，可编程选择四种工作方式，其中方式0主要用于扩展并行输入输出口，方式1～方式3为异步串行通信方式。

一、方式0

非主流使用方式

第三节MCS—51串行通信接口的工作方式第五章1----14wyx

方式1下的传送波特率是可变的．取决于定时器TI的溢出速率。二、方式1

串行口工作在方式1时，是作为10位异步通信接口，发送／接收的一帧数据包括10位：1位起始位，用0来标识，8位数据位(低位在前)，1位停止位，用1来标识。其帧格式为：第五章1----14wyx二、方式11.发送过程

当CPU执行任何一条写入SBUF的指今后，便启动串行口发送，发送的数据由TXD端输出。串行接口能自动地在数据的前后插入一位起始位和一位停止位，在发送移位脉冲的作用下依次从TXD端发送。发送完一帧信息时，发送中断标志TI置1，请求中断。第五章1----15wyx2.接收过程当允许串行输入位REN置1后，CPU便采样RXD电平。无信号时RXD为1。当检测到从1到0的负跳变时，开始接收过程。从RXD端采样三次，至少两次相同的值才被确认，以确保输入的数据准确无误。当一帧数据接收完毕，以下两个条件同时满足：（1）RI＝0，即上一帧数据接收完成时，RI＝1的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走；（2）SM2＝0或接收到停止位为1。则这次接收才有效，将8位数据装入接收缓冲器SBUF，停止位装入RB8，井将RI置1，申请中断。否则数据将丢失。第五章1---17wyx三、方式2和方式3

方式2和方式3的工作原理类同，唯一的区别仅在于：方式2的波特率为fosc／32或fosc／64，而方式3的波特率是可变的，取决于定时器Tl的溢出率。

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波特率的计算方式1,3的波特率是可变的。设用T1作波特率发生器：

波特率=（2SOMD/32）*T1溢出率

波特率的定义：串口每秒钟发送（接收）的位数。

方式0和方式2是固定波特率：方式0波特率＝fosc/12