AT89C51单片机的串行口.ppt

1、第7章 AT89C51单片机的串行口 全双工的异步通讯串行口 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，均可发出中断请求。 除用于串行通讯，还可用来扩展并行I/O口。 7.1 串行口的结构 串行口内部结构如图7-1，两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能寄存器字节地址：SBUF(99H）,控制寄存器共两个：特殊功能寄存器SCON和PCON。 7.1.1 串行口控制寄存器SCON 字节地址98H，可位寻址，格式如图7-2所示。,图7-1,（1）SM0、SM1串行口4种工作方式的选择位 表7-1 串行口的4种工作方

2、式 SM0 SM1 方式 功 能 说 明 0 0 0 同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口） 0 1 1 8位异步收发，波特率可变（由定时器控制） 1 0 2 9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32 1 1 3 9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7-2,当串行口以方式2或方式3接收时， 如果SM2=1，只有当接收到的第9位数据（RB8）为“1”时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置“1” RI，产生中断请求；当接收到的第9位数据（RB8）为“0”时，则将接收到的前8位数据丢弃。 如果SM2=0，则不论第9位数据

3、是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并置“1” RI，产生中断请求。 方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活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”。,REN=1 允许串行口接收数据。 REN=0 禁止串行口接收数据。 （4）TB8发送的第9位数据 方式2和3时，TB8是要发送的第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的标志。 1：地址帧 0：数据帧 （5）RB8接收到的第9位数据 方式2和3时，RB8存放接收到的第9位数据。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。 （

4、6）TI发送中断标志位,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，串行口发送停止位的开始时置TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。 CPU响应中断后, 向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须由软件清0。 （7）RI接收中断标志位 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，串行接收到停止位时，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断 。该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。 7.1.2 特殊功能寄存器PCON 字节地址为87H，没有位寻址功能。,（1）SMOD波特率选择位 例如：方式1的波特率的计算公式

5、为： 方式1波特率=（2SMOD/32）定时器T1的溢出率 也称SMOD位为波特率倍增位。 （2）GF1、GF0通用标志位 这两个标志位可供用户使用，可用软件置1或清0。两个标志位用户应充分利用。 （3）PD掉电方式位 若PD=1，单片机进入掉电工作方式。,图7-3,（4）IDL待机方式位 IDL=1，单片机进入待机工作方式。 7.2 串行口的4种工作方式 7.2.1 方式0 同步移位寄存器方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。 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。波特率固定为fosc/12。,帧格式如下： 1方式0发送 当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBU

6、F的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先,TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据置“1”中断标志位TI。时序如图7-5所示。 2方式0接收 REN=1，接收数据，REN=0，禁止接收。,REN=1，允许接收。向串口的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的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当收到8位数据时置“1” RI。表示一帧数据接收完，时序如下：,图7-5,方式0下，

7、SCON中的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响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”，可用如下指令： CLR TI；TI位清“0” CLR RI ；RI位清“0” 方式0时，SM2位必须为0。,图7-6,7.2.2 方式1 SM0、SM1=01 方式1一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（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的溢出率 SMOD为PCON寄存器的最高位的值（0或1）。,图7-7,1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

8、数据位（先低位）和1位停止位1。 当执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令，就启动发送。图中TX时钟是发送的波特率。 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，此后，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毕后，置“1” TI。方式1发送数据的时序，如图7-8所示。,2方式1接收 数据从RXD（P3.0）脚输入。当检测到起始位的负跳变时，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时钟的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的跳变时就

9、启动检测器，接收的值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲,图7-8,时采样）进行表决以确认是否是真正的起始位（负跳变）的开始。 当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，接收才真正有效。 RI=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中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。 SM2=0或收到的停止位=1（方式1时，停止位已进入RB8），,图7-9,则收到的数据装入SBUF和RB8（RB8装入停止位），且置“1”中断标志RI。 若这两个条件不同时满足，收到的数据将丢失。 7.2.3 方式2 9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

10、程控的第9位数据和1位停止位。帧格式如图7-10。 方式2波特率= （2SMOD/64）fosc,图7-10,1方式2发送 发送前，先根据通讯协议由软件设置TB8（例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位）。 方式2发送数据波形如图7-11所示。,图7-11,例7-1 方式2发送在双机通信中的应用。 下面的发送中断服务程序，是在双机通信中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶校验位写入TB8，以保证采用偶校验发送。 PIPTI： PUSH PSW ；现场保护 PUSH Acc SETB RS1 ；选择第2组工作寄存器区 CLR RS0 CL

11、R TI ；发送中断标志清“0” MOV A，R0；取数据,MOV C,P ；校验位送TB8,采用偶校验 MOV TB8，C MOV SBUF，A ；启动发送 INC R0 ；数据指针加1 POP Acc ；恢复现场 POP PSW RETI ；中断返回 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的负跳变，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，才能将接收到的数据送入SBUF。,（1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。 （2）SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1时。 当上述两个条件满足时

12、，接收到的数据送入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，接收的信息将被丢弃。 方式2接收数据的时序如图7-12所示。 例7-2 方式2接收在双机通信中的应用。,图7-12,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组寄存器区的R0为数据缓冲器指针。 PIRI: PUSH PSW PUSH Acc SETB RS0 ；选择1组寄存器区 CLR RS1 CLR RI MOV A,SBUF ；收到数据送A MOV C,P JNC L1；C0。跳L1 JNB RB8,ERP ；ERP为出错处理程序,AJMP L2 L1: JB RB

13、8,ERP；RB81，跳ERP L2: MOV R0,A INC R0 POP Acc POP PSW ERP: ；出错处理程序段 RETI 7.2.4 方式3 SM0、SM1=11，串口为方式3。 波特率可变的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的时序见方式2。,方式3波特率=（2SMOD/32）定时器T1的溢出率 7.3 多机通信的工作原理 要保证主机与所选择的从机实现可靠地通信，必须保证串口具有识别功能。 SCON中的SM2位就是满足这一条件而设置的多机通信控制位。 原理：在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，表示置多机通信功能位，这时有两种可能： （1）

14、接收到的第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置中断标志RI=1向CPU发出中断请求； （2）接收到的第9位数据为0时，则不产生中断标志，信息将抛弃。,若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。 上述特性，便可实现AT89C51的多机通信。 设多机系统中有一主机和3个8031从机，如图7-13。主机的RXD与从机的TXD相连，主机TXD与从机的RXD端相连。从机地址分别为00H、01H、02H。,图7-13,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的状态

15、。 （2）主机先将从机地址（即准备接收数据的从机）发给各从机, 主机发出的地址信息的第9位为1， 各从机接收到的第9位信息RB8为1，且由于SM2=1，则置“1” RI，各从机响应中断，执行中断程序。在中断服务子程序中，判主机送来的地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若不符，则保持SM2=1状态。,（3）接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到 的RB8=0，只有地址相符合的从机系统（即已清“0”SM2位的从机）才能激活RI，从而进入中断，在中断程序中接收主机的数据（或命令）； 其它的从机因SM21，又RB8=0不激活中断标志RI，不能进入中断，

16、接收的数据丢失。 图7-13所示的多机系统是主从式，由主机控制多机之间的通信，从机和从机的通讯只能经主机才能实现。 7.4 波特率的制定方法 方式0、方式2的波特率是固定的；方式1、方式3波特率由定时器T1的溢出率来确定。,7.4.1 波特率的定义 波特率的定义。 对于定时器的不同工作方式，得到的波特率的范围是不一样的 7.4.2 定时器T1产生波特率的计算 （1）方式0波特率=时钟频率fosc1/12，不受SMOD位的值的影响。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

17、.5kb/s； SMOD=1 波特率=375kb/s,（3）方式1或方式3时，波特率为： 波特率=（2SMOD/64）T1的溢出率 实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值）这种方式不仅操作方便，也可避免因软件重装初值而带来的定时误差。 实际使用时，为避免烦杂的初值计算，常用的波特率和初值X间的关系列成表7-2（P124），以供查用。,表7-2有两点需要注意： 时钟振荡频率为12MHz或6MHz时，表中初值X和相应的波特率之间有一定误差。 例如，FDH的对应的理论值是10416波特（时钟6MHz）。与9600波特相差816波特，消除误差可以调整时钟振荡频率fosc实现。例如采用的时

18、钟振荡频率为11.0592MHz。,(2) 如果串行通讯选用很低的波特率，例如，波特率选为55，可将T1设置为方式1定时。但在T1溢出时，需用在中断服务程序中重新装入初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的方法加以调整。 例7-3 若8031单片机的时钟振荡频率为11.0592MHz，选用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11.0592 MHz，就可使初值为整数，从而产生精确的波特率。,7.5 串行口的编程和应用 介绍AT89C51之间的双机串行通信的硬件接口和软件设计。 7

19、.5.1 双机串行通信硬件接口 AT89C51串行口以TTL电平串行传输，抗干扰性差，传输距离短。 为了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距离，一般都采用标准串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等来实现串行通信。 根据AT89C51的双机通信距离和抗干扰性的要求，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。,1TTL电平通信接口 如果两个89C51单片机相距在几米之内，它们的串行口可直接相连，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所示。,图7-14,2RS-232C双机通信接口 如果双机通信距离在

20、30m之内，可利用RS-232C标准接口实现点对点的双机通信，接口电路如图7-15所示。 图7-15中的MAX232A是美国MAXIM公司生产的RS-232C双工发送器/接收器电路芯片。,图7-15,3RS-422A双机通信接口 为了增加通信距离，可以在通信线路上采用光电隔离方法，利用RS-422A标准进行双机通信，最大传输距离可达1000m左右，接口电路如图7-16。 图7-16中的SN75174、SN75175是TTL电平到RS-232电平与RS-232电平到TTL电平的电平转换芯片。,图7-16,4RS-485双机通信接口 RS-422A双机通信需四芯传输线，对长距离通信很不经济，故通常

21、采用双绞线传输的RS-485串行通信接口，它很容易实现多机通信。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7-17,7.5.2 双机串行通信软件编程 串行口的的方式0是移位寄存器工作方式，主要用于扩展并行I/O用，并不用于串行通信。 串行口的方式13是用于串行通信的，下面介绍双机串行通信软件编程。软件编程实际上与上面介绍的各种串行标准的硬件接口电路无关。 1串行口方式1应用编程 例7-4 用方式1双机串行通信，收、发双方均采用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18位为数据位，最后1位为停止位。发送方把以78H、

22、77H单元的内容为首地址，以76H、75H单元内容减1,为末地址的数据块通过串行口发送给接收方。 发送方要发送的数据块的地址为2000H201FH。发送时先发送地址帧，再发送数据帧； 接收方在接收时使用一个标志位来区分接收的是地址还是数据，然后将其分别存放到指定的单元中。 发送方可采用查询方式或中断方式发送数据，接收方可采用中断或查询方式接收。下面仅介绍采用中断方式发送、接收的程序。 （1）甲机发送程序 中断方式的发送程序如下：,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP COM_INT ORG 1000H MAIN:MOV P,#53H;设置堆栈指针 MOV 78H

23、,#20H;设置要发送的数据块的 ;首、末地址 MOV 77H,#00H MOV 76H,#20H MOV 75H,#40H ACALL TRANS;调用发送子程序 HERE:SJMP HERE TRANS:MOV TMOD,#20H ;设置定时器工作方式 MOV TH1,#0F3H;设置计数器初值,MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#80H;波特率加倍 SETB TR1;接通计数器计数 MOV SCON,#40H;设置串行口工作方式 MOV IE,#00H;先关闭中断, 利用查询方 ;式发送地址帧 CLR F0 MOV SBUF,78H;发送首地址高8位 WAIT1:JNB TI

24、,WAIT1 CLR TI MOV SBUF,77H;发送首地址低8位 WAIT2:JNB TI,WAIT2 CLR TI,MOV SBUF,76H;发送末地址高8位 WAIT3:JNB TI,WAIT3 CLR TI MOV SBUF,75H;发送末地址低8位 WAIT4:JNB TI,WAIT4 CLR TI MOV IE,#90H;打开中断允许寄存器, 采 ;用中断方式发送数据 MOV DPH,78H MOV DPL,77H MOVX A,DPTR MOV SBUF,A;发送首个数据 WAIT:JNB F0,WAIT;发送等待 RET,COM_INT:CLR TI;关发送中断标志位TI

25、INC DPTR;数据指针加1, 准备发送下个数据 MOV A,DPH;判断当前被发送的数据的地址是 ;不是末地址 CJNE A,76H,END1;不是末地址则跳转 MOVA,DPL;同上 CJNE A,75H,END1 SETB F0;数据发送完毕, 置1标志位 CLR ES ;关串行口中断 CLR EA;关中断 RET;中断返回 END1: MOVX A,DPTR;将要发送的数据送累加器, ;准备发送 MOV SBUF,A;发送数据 RETI;中断返回 END,（2）乙机接收程序 中断方式的接收程序如下： ORG 0000H LJMPMAIN ORG 0023H LJMP COM_INT

26、ORG 1000H MAIN: MOV SP,#53H;设置堆栈指针 ACALL RECEI;调用接收子程序 HERE:SJMP HERE RECEI: MOV R0,#78H;设置地址接收区 MOV TMOD,#20H;设置定时器/计数器工作方式,MOV TH1,#0F3H;设置波特率 MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#80H;波特率加倍 SETB TR1;开计数器 MOV SCON,#50H;设置串行口工作方式 MOV IE,#90H;开中断 CLR F0;标志位清“0” CLR 7FH WAIT:JNB 7F,WAIT;查询标志位等待接收 RET COM_INT:PUSH

27、DPL;压栈, 保护现场 PUSH DPH PUSH Acc,CLR RI;接收中断标志位清“0” JB F0,R_DATA;判断接收的是数据还是地 ;址, F0=0为地址 MOV A,SBUF;接收数据 MOV R0,A;将地址帧送指定的寄存器 DEC R0 CJNE R0,#74H,RETN SETB F0;置标志位, 地址接收完毕 RETN: POP Acc;出栈, 恢复现场 POP DPH POP DPL RETI;中断返回 R_DATA:MOV DPH,78H;数据接收程序区 MOV DPL, 77H,MOV A,SBUF;接收数据 MOVX DPTR,A;送指定的数据存储单元中 I

28、NC 77H;地址加1 MOV A,77H;判断当前接收的数据的地址是否 ; 应向高8位进位 JNZ END2; INC 78H END2: MOV A,76H CJNE A,78H,RETN;判是否为最后一帧数据,否则继续 MOV A,75H CJNE A,77H,RETN;是最后一帧数据则各种标志位 ; 清“0” CLR ES CLR EA SETB 7FH SJMP RETN;跳入返回子程序区 END,2串行口方式2应用编程 方式2和方式1有两点不同之处。 一个不同点：方式2接收/发送11位信息，第0位为起始位，第18位为数据位，第9位是程控位，该位可由用户置TB8决定，第10位是停止位

29、1，这是方式1和方式2的。 另一个不同点：是方式2的波特率变化范围比方式1小，方式2的波特率=振荡器频率/n。 当SMOD=0时，n=64。 当SMOD=1时，n=32。 方式2的使用和方式3基本一样（只是波特率不同），所以方式2的具体编程应用，可参照方式3的应用编程。,3串行口方式3应用编程 例7-5 本例为AT89C51用方式3发送和接收的应用实例。发送方采用查询方式发送地址帧，采用中断或查询方式发送数据，接收方采用中断或查询方式接收数据。发和接方均采用6MHz的晶振，波特率为4800b/s。 发送方首先将存放在78H和77H单元中的地址发送给接收方，然后发送数据00HFFH，共256个数

30、据。 （1）甲机发送程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H LJMP COM_INT,ORG 1000H MAIN:MOV SP,#53H;设置堆栈指针 MOV 78H,#20H;设置要存放数据的单元的首地址 MOV 77H,#00H ACALL TRAN;调用发送子程序 HERE:SJMP HERE TRANS:MOV TMOD,#20H;设置定时器/计数器工作方式 MOV TH1,#0FDH;设置波特率为4800 MOV TL1,#0FDH SETB TR1;开定时器 MOV SCON,#0E0H;设置串行口工作方式为方式3 SETB TB8;设置第9位数据位 MOV IE,#00H;关中断 MOV SBUF,78H;查询方式发送首地址高8位,WAIT:JNB TI,WAIT C