单片机原理与应用设计[张毅刚等编著][电子教案]第7章

1、单片机原理和应用修订，张毅刚等编辑了电子教案，第7章89C51串行端口全双工异步通信串行端口的4种工作方式，波特率由片上计时器/计数器控制。 每次发送和接收帧数据时都可以发出中断请求。 不仅可用于串行通信，还可用于扩展残奥级I/O端口。 7.1串行端口的结构串行端口的内部结构如下所示，在两个物理上独立的可发送和接收缓冲器，同时可发送和接收数据(全双工)。 两个缓冲器共享特殊功能寄存器的字节地址： SBUF(99H )、控制寄存器两个：特殊功能寄存器SCON和PCON。 7.1.1串行端口控制寄存器SCON字节地址98H，可以是位地址，格式如图7-2所示。 (1)SM0、SM1串行端口的4种工作

2、方式的选择位表7-1串行端口的4种工作方式SM0 SM1方式功能说明00同步移位寄存器方式(扩展I/O端口用) 018位异步收发、波特率可变(定时器控制) 1 0 2 9位异步收发在串行端口通过方式2或方式3接收的情况下，如果SM2=1，则仅在接收到的第9位数据(RB8 )为“1”的情况下，将接收到的最初的8位数据发送到SBUF，设置“1” RI，生成并接收到的第9位数据(RB8 ) 如果SM2=0，则无论第9位的数据是“1”还是“0”，都将高8位的数据发送到SBUF，排列“1” RI以产生中断请求。 方式1时，如果SM2=1，则仅在接收到停止位时激活RI。 方式0时，SM2必须为0。 (3)

3、REN许可串行接收位通过软件被设置为“1”或“0”。 允许REN=1串行端口接收数据。 REN=0禁止串行端口接收数据。 (4)在由TB8发送的第9位数据方案2和3的情况下，TB8是要发送的第9位数据，这可以用作奇偶校验位，也可以用作每个地址帧和数据帧的标记。 当=1是寻址帧、=0是由数据帧(5)RB8接收的第9位数据方式2和3时，RB8存储接收到的第9位数据。 在方式1中，如果SM2=0，则RB8是接收到的停止比特。 方式0不使用RB8。 (6)在ti发送中断标志位、方式0的情况下，当串行发送第8位的数据结束时，在硬件中设为“1”，在其他动作方式中，在串行端口发送停止位的开始时设为“1”。

4、TI=1表示1帧的数据发送结束，可以通过软件询问，也可以申请中断。 CPU响应中断后，写入发送到SBUF的下一帧数据。 TI必须用软件清零。 (7)当RI接收到中断标志位制式0时，RI在硬件上被设置为“1”，以完成第八位的数据的接收。 其他动作方式中，串行接收停止位时，其位置为“1”。 RI=1表示一帧的数据接收完成，请求中断。 此位状态也可以通过软件查询。 RI必须通过软件清除“0”。 7.1.2特殊功能寄存器PCON字节地址为87H，没有位地址指定功能。 SMOD :波特率选择位。 例如，对于方式1的波特率的校正公式，将方式1的波特率=(2SMOD/32 )计时器T1的溢出速率也称为波特率

5、倍增位。 7.2串行端口的4种工作方式7.2.1方式0同步移位寄存器输入输出方式经常用于外置移位寄存器，扩展残奥电平I/O端口。 8位数据是1帧，不设定开始位和停止位，最初发送接收最低位。 波特率固定在fosc/12上。 关于帧格式，在1方式0发送CPU执行向发送缓冲器SBUF写入数据的命令时，以fosc/12的固定波特率从RXD端子串行输出串行端口即SBUF中的8位数据，TXD端子向下位输出同步移动脉冲，输出8位2方式0接收REN=1、接收数据、REN=0、禁止接收。 REN=1，允许接收。 向串行端口的SCON写入控制字(设为方式0，“1”REN位，同时设为RI=0)时，产生正脉冲，串行端

6、口开始接收数据。RXD是数据输入端，TXD是移位脉冲信号输出端，接收机也以fosc/12的固定波特率对RXD端子的数据信息进行采样，在接收到8位数据时设置“1” RI。 关于表示1帧的数据接收完成的序列，在图7-5、方式0中，不使用SCON中的TB8、RB8位，发送或接收完成的8位的数据在硬件中设定“1”TI或RI，CPU响应中断。 TI或RI的用户软件必须清除“0”，可以使用以下命令： CLR TI； TI比特清“0” CLR RI； RI位清除“0”方式为0时，SM2位必须设为0。 另外，图7-6、7.2.2方式1 SM0、SM1=01方式1帧数据在10比特、1开始比特(0)、8数据比特、

7、1停止比特(1)中，首先发送接收最下位比特。 帧格式由如图7-7 :所示的方法1波特率=(2SMOD/32 )计时器T1的溢出率SMOD是PCON寄存器的最高有效比特的值(0或1 )。图7-7、1方式1发送方式1输出、数据从TXD输出，1帧信息为10比特、1比特开头比特0、8比特数据位(先行下位)和1比特停止比特1。 执行数据写入发送缓冲区SBUF的指令后，开始发送。 图7中的TX时钟是要发送的波特率。 发送开始时，内部发送控制信号有效。 将开始位输出到TXD，然后，每经过TX时钟周期就产生移动脉冲，从TXD输出数据位。 8位数据位全部发送完成后，设置“1” TI。 方式1发送数据的定时如图7

8、-8所示。2方式1接收数据从RXD(P3.0)脚本输入。 检测到起始位的负跳跃时，开始接收数据。 定时控制信号接收移位时钟(RX时钟，具有与波特率相同的频率)和比特检测器的采样脉冲(频率是RX时钟的16倍，1比特数据时段，16个采样脉冲)，并且在RXD端子从1跳到0时检测器接收到的值连续3次采样(第7 1帧的数据接收完成后，接收真正有效需要同时满足2个条件。 RI=0，即前一帧的数据接收完成后，响应来自RI=1的中断请求，SBUF中的数据被检索，表示“接收SBUF”为空。 SM2=0或接收到的停止位=1(方式1的情况下，停止位在RB8中)，图7-9的情况下，接收到的数据被加载到SBUF和RB8

9、(RB8加载停止位)，设置“1”中断标志RI。 如果两个条件不同时满足，接收的数据将丢失。 7.2.3方式2 9位异步通信接口。 各帧数据为11比特、1比特开头比特0、8比特数据位(先行下位)、1比特可编程第9比特数据和1比特停止比特。 帧格式应该如图7-10所示。 方式2波特率=(2SMOD/64)fosc，在图7-10,1、1方式2发送之前，根据通信协议在软件中设置TB8(例如，双机通信时的奇偶校验位和多机通信时的地址/数据的标记位)。 方式2发送数据波形如图7-11所示。 发送对图7-11、例7-1方式22机通信的应用。 在双通信中，下一个传输中断服务程序将TB8设置为奇偶校验位，并且该

10、处理方法在将数据写入SBUF之前将数据的奇偶校验位写入TB8并确保通过偶数检查进行传输。 推式开关； 现场保护推式ACC setb RS 1； 选择第2组的工作寄存器区域CLR RS0 CLR TI。 发送中断标志清“0” MOV A，R0； 取数据，MOV C，p； 检查位发送TB8、偶校验MOV TB8、C MOV SBUF、a； 启动发送INC R0。 数据指针加1 POP Acc； 修复现场POP PSW RETI； 中断返回2方式2接收SM0、SM1=10且REN=1。 数据从RXD侧输入，接收11位的信息。 比特检测出RXD从1向0的负跳跃；当判定开始比特有效时，开始帧信息的接收。

11、 在接收机接收到第9位数据之后，必须满足两个条件才能将接收到的数据发送到SBUF。 (1)RI=0表示接收缓冲器为空。 (2)SM2=0或者所接收到的第九位数据位RB8=1的情况。 在满足上述两个条件的情况下，所接收的数据被发送到SBUF (接收缓冲器)，第9位的数据被发送到RB8，“1”RI被并行设置。 如果不符合两个条件，收到的信息将被丢弃。 方式2接收数据的定时如图7-12所示。例7-2方式接收在双通信中的应用。 图7-12、本例对应于上述例子。 如果第9位的数据是奇偶校验位，则由接收程序进行偶数校验处理，将1组寄存器区域的R0作为数据缓冲指针。 piri :推式电源推式ACC setb

12、 RS 0。 选择一组寄存器区域CLR RS1 CLR RI MOV A、SBUF。 接收数据为A MOV C、P JNC L1； C0 L1 JNB RB8，ERP，跳跃式飞行器； ERP包括错误处理程序、AJMP L2 L1: JB RB8、ERP； RB81、ERP L2: MOV R0、A INC R0 POP Acc POP PSW ERP: 错误处理段RETI 7.2.4方式3 SM0、SM1=11、串行端口为方式3。 波特率可变的9位异步通信方式除波特率以外，方式3和方式2相同。 方式3的时机如方式2所示。 另外，方式3波特率=(2SMOD/32 )计时器T1的溢出率7.3多机器

13、通信必须保证串行端口具有识别功能，以便保证主机和所选从机之间的可靠通信。 SCON中的SM2比特是被设置为满足该条件的多机器通信控制比特。 原理： (1)在接收到的第9位数据是1的情况下，将数据加载到SBUF中，并且在设置中断标志RI=1之后，将数据分配给CPU (2)当接收到的第9位数据为0时，不产生中断标志并且丢弃信息。 如果SM2=0，则无论接收到的第9位的数据是0还是1，都会发生RI=1中断标志，接收到的数据被加载到SBUF中。 根据上述特性，可进行89C51的多机通信。 在多机系统中，如图7-13所示，假设有1个主机和3个8031从机。 主机的RXD连接在从属的TXD上，主机TXD连

14、接在从属的RXD侧。 从地址分别为00H、01H、02H。图7-13、多机通信动作过程： (1)从串行端口被编程为通过方式2或方式3接收，设定“1”SM2和REN位，成为从机通过多机通信接收地址帧的状态。 (2)主机先将从地址(即准备接收数据的从机)发送到各从机，主机发送的地址信息的第9位为1，各从机接收到的第9位的信息RB8为1，另外，因为SM2=1，所以设置“1” RI 各从站在执行中断程序的中断服务子程序中，判断从主机发送来的地址是否与本机的地址一致，在一致的情况下，该从站清除“0”SM2位，使接收主机的数据或命令的准备(3)接着，主机发送数据帧，此时各从串行端口接收到的RB8=0，只有

15、地址一致的从系统(即清零了“0”SM2位的从机)激活RI，进入中断，中断程序由于接收信号的其它从装置为SM21，所以RB8=0不激活中断标记RI且不能进入中断且丢失接收到的数据。 图7-13所示的多机系统为主从方式，其中，主机控制多机之间的通信，从机和从机的通信只能经由主机来实现。 7.4波特率的制定方法方式0、方式2的波特率固定的方式1、方式3的波特率由计时器T1的溢出速率决定。 7.4.1波特率的定义波特率的定义。 波特率的范围因计时器的动作方式而不同的7.4.2计时器T1不产生波特率的校正运算(1)方式0波特率=时钟频率fosc1/12，不受到SMOD位的值的影响。 fosc=12MHz

16、时，波特率为fosc/12即1Mb/s。 (2)方形2波特率=(2SMOD/64)fosc若fosc=12MHz: SMOD=0波特率=187.5kb/s； 在SMOD=1波特率=375kb/s、(3)方式1或方式3的情况下，波特率在波特率=(2SMOD/64)T1的溢出率实际设定了波特率的情况下，T1总是成为方式2定时(自动安装初始值)而实际使用(1)当时钟振荡频率是12MHz或6MHz时，表7-2中的初始值x与相应的波特率之间存在一定的误差。 举例来说，FDH的对应理论值为10416波特(时钟6MHz )。 与9600波特和816波特不同，通过消除误差，可以调整时钟振荡频率fosc来实现。

17、例如采用的时钟振荡器频率是11.0592MHz。 (2)如果选择低波特率进行串行通信，例如波特率为55时，可将T1设定为方式1的定时。 但是，如果T1溢出，则需要在中断服务程序中重新加载初始值。 如果中断响应时间和指令执行时间，波特率会产生一定的误差，可通过变更初始值进行调整。 当单片机的时钟振荡频率是11.0592MHz时，作为波特率发生器，将T1设为方法2个定时，并且将波特率设为2400b/s，获得初始值。 上述结果可以从表7-2直接调查。 这里，当时钟振荡器频率为11.0592 MHz时，可以使初始值为整数，并且可以产生正确的波特率。 介绍7.5串行端口的编程和应用89C51之间的2机串

18、行通信的硬件接口和软件设置修订。 7.5.1机串行通信硬件接口89C51串行端口的TTL级别。 在这种TTL电平串行传输数据的方案中，抗噪声性能恶化，并且传输距离短。 为了提高串行通信的可靠性、增大串行通信的距离，一般采用标准串行接口，例如RS-232、RS-422A、RS-485等实现串行通信。 可根据89C51的双机通信距离和抗干扰性要求，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。 如果1TTL电平通信接口两个89C51单片机相距几米以内，则这些串行端口直接连接，可以通过直接TTL电平传输方法实现双机通信。 接口电路如图7-14所示。图7-15、RS-232C双机通信接口如果双机通信距离在30m以内，则可通过RS-232C标准接口实现点对点双机通信。 接口电路