单片机原理与应用设计张毅刚等编著电子教案课件省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

单片机原理与应用设计[张毅刚等编著][电子教案]1/39第7章89C51串行口全双工异步通讯串行口4种工作方式,波特率由片内定时器/计数器控制。每发送或接收一帧数据，均可发出中止请求。除用于串行通讯，还可用来扩展并行I/O口。7.1串行口结构串行口内部结构以下列图，两个物理上独立地接收和发送缓冲器，可同时收、发数据(全双工)。两个缓冲器共用一个特殊功效存放器字节地址:SBUF(99H）2/39控制存放器共两个:特殊功效存放器SCON和PCON。7.1.1串行口控制存放器SCON字节地址98H，可位寻址，格式如图7-2所表示。3/39（1）SM0、SM1——串行口4种工作方式选择位表7-1串行口4种工作方式SM0SM1方式 功能说明000同时移位存放器方式（用于扩展I/O口）0118位异步收发,波特率可变（由定时器控制）1029位异步收发,波特率为fosc/64或fosc/321139位异步收发,波特率可变（由定时器控制）（2）SM2——多机通信控制位用于方式2或方式3中。图7-24/39当串行口以方式2或方式3接收时,假如SM2=1,只有当接收到第9位数据（RB8）为“1”时,才将接收到前8位数据送入SBUF,并置“1”RI,产生中止请求；当接收到第9位数据（RB8）为“0”时,则将接收到前8位数据丢弃。假如SM2=0,则不论第9位数据是“1”还是“0”,都将前8位数据送入SBUF中,并置“1”RI,产生中止请求。方式1时,假如SM2=1,则只有收到停顿位时才会激活RI。方式0时,SM2必须为0。（3）REN——允许串行接收位由软件置“1”或清“0”。5/39REN=1允许串行口接收数据。 REN=0禁止串行口接收数据。（4）TB8——发送第9位数据方式2和3时,TB8是要发送第9位数据,可作为奇偶校验位使用,也可作为地址帧或数据帧标志。=1为地址帧,=0为数据帧（5）RB8——接收到第9位数据方式2和3时,RB8存放接收到第9位数据。在方式1,假如SM2=0,RB8是接收到停顿位。在方式0,不使用RB8。（6）TI——发送中止标志位6/39方式0时,串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”,其它工作方式,串行口发送停顿位开始时置“1”。TI=1,表示一帧数据发送结束,可供软件查询,也可申请中止。CPU响应中止后,向SBUF写入要发送下一帧数据。TI必须由软件清0。（7）RI——接收中止标志位方式0时,接收完第8位数据时,RI由硬件置1。其它工作方式,串行接收到停顿位时,该位置“1”。RI=1,表示一帧数据接收完成,并申请中止。该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。7.1.2特殊功效存放器PCON 字节地址为87H,没有位寻址功效。7/39SMOD:波特率选择位。比如:方式1波特率计算公式为:方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率也称SMOD位为波特率倍增位。7.2串行口4种工作方式7.2.1方式0同时移位存放器输入/输出方式，惯用于外接移位存放器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位和停顿位，先发送或接收最低 8/39位。波特率固定为fosc/12。帧格式以下:1．方式0发送当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中8位数据以fosc/12固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先,TXD引脚输出同时移位脉冲，发送完8位数据置“1”中止标志位TI。时序如图7-5所表示。2．方式0接收REN=1，接收数据，REN=0，禁止接收。9/39REN=1，允许接收。向串口SCON写入控制字（置为方式0，并置“1”REN位，同时RI=0）时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以fosc/12固定波特率采样RXD引脚数据信息，当收到8位数据时置“1”RI。表示一帧数据接收完，时序以下:图7-510/39方式0下，SCON中TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中止。TI或RI须由用户软件清“0”，可用以下指令: CLRTI ；TI位清“0” CLRRI ；RI位清“0”方式0时，SM2位必须为0。图7-611/397.2.2方式1SM0、SM1=01方式1一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停顿位（1），先发送或接收最低位。帧格式如图7-7:方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率SMOD为PCON存放器最高位值（0或1）。图7-712/391.方式1发送方式1输出，数据由TXD输出，一帧信息为10位，1位起始位0，8位数据位（先低位）和1位停顿位1。当执行一条数据写发送缓冲器SBUF指令，就开启发送。图中TX时钟是发送波特率。发送开始时，内部发送控制信号变为有效。将起始位向TXD输出，今后，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完成后，置“1”TI。方式1发送数据时序，如图7-8所表示。13/392．方式1接收数据从RXD（P3.0）脚输入。当检测到起始位负跳变时，开始接收数据。定时控制信号有两种）:接收移位时钟（RX时钟，频率和波特率相同）和位检测器采样脉冲（频率是RX时钟16倍，1位数据期间，有16个采样脉冲），当采样到RXD端从1到0跳变时就开启检测器，接收值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲图7-814/39时采样）进行表决以确认是否是真正起始位（负跳变）开始。当一帧数据接收完,须同时满足两个条件,接收才真正有效。⑴RI=0,即上一帧数据接收完成时,RI=1发出中止请求已被响应,SBUF中数据已被取走,说明“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或收到停顿位=1（方式1时,停顿位已进入RB8）,图7-915/39则收到数据装入SBUF和RB8（RB8装入停顿位）,且置“1”中止标志RI。若这两个条件不一样时满足,收到数据将丢失。7.2.3方式29位异步通信接口。每帧数据均为11位,1位起始位0,8位数据位（先低位）,1位可程控第9位数据和1位停顿位。帧格式如图7-10。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc图7-1016/391.方式2发送发送前，先依据通讯协议由软件设置TB8（比如，双机通讯时奇偶校验位或多机通讯时地址/数据标志位）。方式2发送数据波形如图7-11所表示。

图7-1117/39例7-1方式2发送在双机通讯中应用。下面发送中止服务程序，是在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据奇偶校验位写入TB8，以确保采取偶校验发送。PIPTI:PUSHPSW；现场保护PUSHAccSETBRS1；选择第2组工作存放器区CLRRS0CLRTI；发送中止标志清“0”MOVA，@R0；取数据18/39 MOVC,P ；校验位送TB8,采取偶校验 MOVTB8，C MOVSBUF，A ；开启发送 INCR0 ；数据指针加1 POPAcc ；恢复现场 POPPSW RETI ；中止返回2.方式2接收SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测到RXD从1到0负跳变，并判断起始位有效后，开始收一帧信息。在接收器完第9位数据后，需满足两个条件，才能将接收到数据送入SBUF。19/39（1）RI=0,意味着接收缓冲器为空。（2）SM2=0或接收到第9位数据位RB8=1时。当上述两个条件满足时,接收到数据送入SBUF（接收缓冲器）,第9位数据送入RB8,并置“1”RI。若不满足两个条件,接收信息将被丢弃。方式2接收数据时序如图7-12所表示。

例7-2方式2接收在双机通讯中应用。图7-1220/39本例与上例相对应。若第9位数据为校验位,在接收程序中作偶校验处理,设1组存放器区R0为数据缓冲器指针。PIRI: PUSHPSW PUSHAcc SETBRS0 ；选择1组存放器区 CLRRS1 CLRRI MOVA,SBUF ；收到数据送A MOVC,P JNCL1 ；C＝0。跳L1 JNBRB8,ERP ；ERP为犯错处理程序21/39 AJMPL2L1: JBRB8,ERP ；RB8＝1,跳ERPL2: MOV@R0,A INCR0 POPAcc POPPSWERP: ……… ；犯错处理程序段 ……… RETI7.2.4方式3SM0、SM1=11,串口为方式3。波特率可变9位异步通讯方式,除波特率外,方式3和方式2相同。方式3时序见方式2。22/39方式3波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率7.3多机通信要确保主机与所选择从机实现可靠地通信，必须确保串口含有识别功效。SCON中SM2位就是满足这一条件而设置多机通信控制位。原理:在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，表示置多机通信功效位，这时有两种可能:（1）接收到第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置中止标志RI=1向CPU发出中止请求；（2）接收到第9位数据为0时，则不产生中止标志，信息将抛弃。23/39若SM2=0,则接收第9位数据不论是0还是1,都产生RI=1中止标志,接收到数据装入SBUF中。上述特征,便可实现89C51多机通信。设多机系统中有一主机和3个8031从机,如图7-13。主机RXD与从机TXD相连,主机TXD与从机RXD端相连。从机地址分别为00H、01H、02H。

图7-1324/39多机通信工作过程:（1）从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧状态。（2）主机先将从机地址（即准备接收数据从机）发给各从机,主机发出地址信息第9位为1，各从机接收到第9位信息RB8为1，且因为SM2=1，则置“1”RI，各从机响应中止，执行中止程序。在中止服务子程序中，判主机送来地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机数据或命令；若不符，则保持SM2=1状态。25/39（3）接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到RB8=0，只有地址相符合从机系统（即已清“0”SM2位从机）才能激活RI，从而进入中止，在中止程序中接收主机数据（或命令）；其它从机因SM2＝1，又RB8=0不激活中止标志RI，不能进入中止，接收数据丢失。图7-13所表示多机系统是主从式，由主机控制多机之间通信，从机和从机通讯只能经主机才能实现。7.4波特率制订方法方式0、方式2波特率是固定；方式1.方式3波特率由定时器T1溢出率来确定。26/397.4.1波特率定义波特率定义。对于定时器不一样工作方式,波特率范围不一7.4.2定时器T1产生波特率计算（1）方式0波特率=时钟频率fosc×1/12,不受SMOD位值影响。若fosc=12MHz,波特率为fosc/12即1Mb/s。（2）方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc若fosc=12MHz:SMOD=0波特率=187.5kb/s；SMOD=1波特率=375kb/s27/39（3）方式1或方式3时，波特率为: 波特率=（2SMOD/64）×T1溢出率实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值）这种方式不但操作方便，也可防止因软件重装初值而带来定时误差。实际使用时，为防止烦杂初值计算，惯用波特率和初值X间关系列成表7-2（P124），以供查用。表7-2有两点需要注意:(1)时钟振荡频率为12MHz或6MHz时，表中初值X和对应波特率之间有一定误差。比如，FDH对应理论值是10416波特（时钟6MHz）。与9600波特相差816波特，28/39消除误差能够调整时钟振荡频率fosc实现。比如采取时钟振荡频率为11.0592MHz。(2)假如串行通讯选取很低波特率,比如,波特率选为55,可将T1设置为方式1定时。但在T1溢出时,需用在中止服务程序中重新装入初值。中止响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定误差,可用改变初值方法加以调整。例7-3若8031单片机时钟振荡频率为11.0592MHz,选取T1为方式2定时作为波特率发生器,波特率为2400b/s,求初值。上述结果可直接从表7-2中查到。这里时钟振荡频率选为11.0592MHz,就可使初值为整数,从而产生准确波特率。29/397.5串行口编程和应用介绍89C51之间双机串行通信硬件接口和软件设计。7.5.1双机串行通信硬件接口89C51串行口为TTL电平。这种以TTL电平串行传输数据方式，抗干扰性差，传输距离短。为了提升串行通信可靠性，增大串行通信距离，普通都采取标准串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等来实现串行通信。依据89C51双机通信距离和抗干扰性要求，可选择TTL电平传输，或选择RS-232C.RS-422A、RS485串行接口进行串行数据传输。30/391.TTL电平通信接口假如两个89C51单片机相距在几米之内，它们串行口可直接相连，从而直接用TTL电平传输方法来实现双机通信，接口电路如图7-14所表示。图7-1431/392.RS-232C双机通信接口假如双机通信距离在30m之内，可利用RS-232C标准接口实现点对点双机通信，接口电路如图7-15所表示。图7-15中MAX232A是美国MAXIM企业生产RS-232C双工发送器/接收器电路芯片。图7-1532/393．RS-422A双机通信接口为了增加通信距离，能够在通信线路上采取光电隔离方法，利用RS-422A标准进行双机通信，最大传输距离可达1000m左右，其接口电路如图7-16所表示。图7-16中SN75174.SN75175是TTL电平到RS-232电平与RS-232电平到TTL电平电平转换芯片。图7-1633/394.RS-485双机通信接口RS-422A双机通信需四芯传输线，这对长距离通信很不经济，故在工业现场，通常采取双绞线传输RS-485串行通信接口，它很轻易实现多机通信。图7-17给出了其RS-485双机通信接口电路，最大传输距离可达1000m左右。图7-1734/397.5.2双机串行通信软件编程4种工作方式中方式0是移位存放器工作方式，主要用于扩展并行I/O用，并不用于串行通信。串行口方式1～3是用于串行通信，下面介绍串行口方式1～3双机串行通信软件编程。软件编程实际上与上面介绍各种串行标准硬件接口电路无关。1.串行口方式1应用编程例7-4本例采取方式1进行双机串行通信，收、发双方均采取6MHz晶振，波特率为2400b/s，每一帧信息为10位，第0位为起始位，第1～8位为数据位，最终1位为停顿位。发送方把以78H、77H单元内容为首地址，以76H、75H单元内35/39容减1为末地址数据块经过串行口发送给接收方。发送方要发送数据块地址为H～201FH。发送时先发送地址帧，再发