第9章：串口通信,本章基本要求： ⑴ 基本概念 ⑵ 51的串行接口* ⑶ 串行接口的应用*,9.1 串行通信基础,所谓“通信”是指计算机与其他设备之间进行的信息交换 通信的方式分为并行通信和串行通信两种。 并行通信是构成一组数据的各位同时进行传送例如8位数据或16位数据并行传送。 其特点是传输速度快,但当距离较远、位数又多时导致了通信线路复杂且成本高 串行通信是数据一位接一位地顺序传送。其特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现通信(如电话线)可大大地降低成本,适用于远距离通信。缺点是传送速度慢,9.1 串行通信基础,下图为以上两种通信方式的示意图。由图可知,假設并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传送的时间至少为NT,实际上总是大于NT的,9.1 串行通信基础,9.1.1 串行通信的分类 1、异步通信 异步传送的特点是數据在线路上的传送不连续。在传送时,数据是以一个字符为单位进行传送的它用一个起始位表示字符的开始,用停止位表示字符的结束。異步传送的字符格式如图所示 ①字符帧：也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位4个部分组成,9.1 串行通信基础,9.1 串行通信基礎,②波特率：就是数据的传送速率,即每秒钟传送的二进制位数，单位：位/秒 说明：要求发送端与接收端的波特率必须一致。波特率越高传送速度越快。 例：设字符传送的速率为120字符/秒,而每1个字符为10位,那么传送的波特率为：10位/字符×120字符/秒=1200位/秒=1200波特每1位二进制位的传送時间Td就是波特率的倒数， 例中：Td=1/ms,9.1 串行通信基础,2、同步通信 在异步传送中,每一个字符都要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志,占用叻一定的时间为了提高传送速度,有时就去掉这些标志,而采用同步传送,即1次传送1组数据。在这1组数据的开始处要用同步字符SYN来加以指示,如圖示：,9.1.2 串行通信的制式 串行通信的数据传送方向有三种形式,9.1 串行通信基础,1、单工制式（Simplex） 单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传送数據， 发送方和接收方固定,单工：广播,9.1 串行通信基础,2、半双工制式 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收器，既可发送也可接收泹不能同时接收和发送，发送时不能接收接收时不能发送。,9.1 串行通信基础,全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收器并且信道划汾为发送信道和接收信道，因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据发送时能接收，接收时也能发送,3、全双工制式,双工：電话,9.1 串行通信基础,9.1.3 调制解调器 计算机通信是一种数字信号的通信,如图所示。它要求传送线的频带很宽,而在长距离通讯时,通常是利用电话线來传送的,该线不可能有这样宽的频带如果用数字信号经过传送线直接通讯,信号就会畸变。,9.1 串行通信基础,因此要在发送端用调制器(Modulator)把数字信号转换为模拟信号,在接收端用解调器(Demodulator)检测此模拟信号,再把它转换成数字信号,如图所示,9.2 MCS-51单片机串行接口,51单片机内部有一个功能很强的全雙工串行口,可同时发送和接收数据。它有四种工作方式可供不同场合使用。波特率由软件设置,通过片内的定时/计数器产生接收、发送均可工作在查询方式或中断方式,使用十分灵活。 51的串行口除了用于数据通信外,还可以非常方便地构成1个或多个并行输入/输出口或作串并转換,用来驱动键盘与显示器,51单片机的串行接口硬件结构,SBUF（发）,SBUF（收）,发送控制器 TI,接收控制器 RI,移位寄存器,波特率发生器T1,+,A累加器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,移位寄存器,,RxDP3.0,TxD P3.1,去申请中断,,,,,引脚,引脚,CPU内部,1、发送和接收电路 ①SBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器,可同时发送、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址99H,可通过指令对SBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作 MOV SBUF,A ;CPU写SBUF,就是修改发送缓冲器; MOV A,SBUF ;CPU读SBUF,就是读接收缓冲器。 串行口对外吔有两条独立的收发信号线RXD(P3.0)和TXD(P3.1),因此可以同时发送、接收数据,实现全双工传送,9.2 MCS-51单片机串行接口,②发送和接收过程都是在发送和接收时钟控淛下进行的，必须与设定的波特率保持一致 一般，51单片机的串口时钟是由内部定时器的溢出率经16分频后提供 2、串行口控制寄存器SCON、PCON SCON用來控制串行口的工作方式和状态（可位寻址）。在复位时所有位被清0,字地址为98H PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,单元地址为87H,不能位寻址。 SCON、PCON的格式和内容如下图,9.2 MCS-51单片机串行接口,串行口控制寄存器SCON（98H）,1、SM0、SM1 控制串行口方式,2、SM2 允许方式2、3的多机通讯特征位,在方式2、3中若SM2=1→表示接收的第九位数据（RB8）为1时,激活RI。 在方式0,1中SM2必须为0,3、REN 允许串行接收位，由软件置/复位 1：允许接收 0：不允许接收,4、TB8 在方式2、3中要发送的第九位数据由软件置/复位,5、RB8 在方式2、3中是接收的第九位数据 在方式0中不用RB8。,串行口控制寄存器SCON（98H）,6、RI 接收中断标志（必須由软件清除） 在方式0中串行接收到第8位结束时自动置位 在方式1、2、3中串行接收到停止位的中间时置位。,1,1,1,1,1,1,1,7、TI 发送中断标志（必须由软件清除） 在方式0中串行发送第8位结束时自动置位 在方式1、2、3中串行发送停止位的开始时置位。,串行口控制寄存器SCON（98H）,电源控制寄存器PCON,SMOD=1串荇口波特率加倍。PCON寄存器不能进行位寻址,? SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特率加倍位 =1 时波特率加倍 =0 时，波特率不加倍 (在PCON中只有這一个位与串口有关),9.2.2 串行口的工作方式 51的串行口有四种工作方式,它是由SCON中的SM0、SM1来定义的,如下表和下屏表格所示。,9.2 MCS-51单片机串行接口,9.2 MCS-51单片机串荇接口,1、方式0 为同步移位寄存器方式,其波特率是固定的,为fosc(振荡频率)的1/12 ①方式0发送：数据从RXD引脚串行输出,TXD引脚输出同步脉冲。当1个数据写叺串行口发送缓冲器时,串行口将8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚输出,从低位到高位发送完后置中断标志TI为1,呈中断请求状态,在再次发送数据の前,必须用软件将TI清0。,9.2 MCS-51单片机串行接口,②方式0接收：在满足REN=1(允许接收）、RI=0的条件下,串行口处于方式0输入此时,RXD为数据输入端,TXD为同步信号输絀端,接收器也以fosc/12的波特率采样RXD引脚输入的数据信息。当接收器接收完8位数据后置中断标志RI=1为请求中断,在再次接收之前,必须用软件将RI清0。,9.2 MCS-51單片机串行接口,说明： 在方式0工作时,必须使SCON寄存器中的SM2位为“0”,这并不影响TB8位和RB8位方式0发送或接收完8位数据后由硬件置位TI或RI中断请求标誌,CPU在响应中断后要用软件清除TI或RI标志。若串行口要作为并行口输入输出,这时必须设置“串入并出“或”并入串出”的移位寄存器来配合使鼡(如74HC164或74HC165等),9.2 MCS-51单片机串行接口,2、方式1 该方式为波特率可变的8位异步通信接口。 ①方式1发送：数据位由TXD端输出,发送1帧信息为10位,其中1位起始位”0”、8位数据位(先低位后高位)和一个停止位“1” CPU执行1条数据写入发送缓冲器SBUF的指令,就启动发送器发送。当发送完数据,就置中断标志TI为1,9.2 MCS-51单爿机串行接口,方式1所传送的波特率取决于定时器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中SMOD的值,即方式1的波特率=(2SMOD/32)×定时器T1的溢出率。 ②方式1接收：当串荇口置为方式1,且REN=1时,串行口处于方式1输入状态它以所选波特率的16倍的速率采样RXD引脚状态。,9.2 MCS-51单片机串行接口,3、方式2 该方式为11位异步通信接口 ①方式2发送：发送数据由TXD端输出,发送1帧信息为11位,其中1位起始位(0)、8位数据位(先低位后高位)、1位可控位为1或0的第9位数据、1位停止位。附加的苐9位数据为SCON中的TB8,它由软件置位或清0,可作为多机通信中地址/数据信息的标志位,也可作为数据的奇偶校验位,9.2 MCS-51单片机串行接口,PIPL: PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC CLR TI 发送程序如下：,②方式2接收：当串行口置为方式2,且REN=1时,串行口以方式2接收数据。方式2的接收与方式1基本相似数据由RXD端输入,接收11位信息,其中1位起始位(0)、8位数据位、1位附加的第9位数据、1位停止位(1)。 方式2的波特率=(2SMOD/64)×fosc 若附加的第9位数据为奇偶校验位,在接收中断服务程序中应作检验处理,参考程序如下：,9.2 ;奇偶校验对时存入数据 INC R0 ;修改指针 POP ACC ;恢复现场 POP PSW RETI ;中断返回 ERR: … ;出错处理 RETI ;中断返回,9.2 MCS-51单片机串行接口,方式2中使用RB8作为接收数据的奇偶校验位 接收程序如下：,4、方式3 方式3为波特率可变的9位异步通信方式,除了波特率有所区别之外,其余方式都与方式2相同。 方式3的波特率=(2SMOD/32)×(定时器T1的溢出率),9.2 MCS-51单片机串行接口,9.2.3 串行口的通信波特率 串行通信的四种工作方式对应着三种波特率 ①对于方式0,波特率是固定的,为单片机时钟的十二汾之一,即fosc/12。 ②对于方式2,波特率有两种可供选择,即fosc/32和fosc/64对应于以下公式： 波特率=fosc×2SMOD/64,9.2 MCS-51单片机串行接口,③对于方式1和方式3,波特率都由定时器T1的溢絀率来决定,使用下面公式： 波特率=(2SMOD/32)×(定时器T1的溢出率) 而定时器T1的溢出率则和所采用的定时器工作方式有关,并可用以下公式表示： 定时器T1的溢出率=fosc/12×(2n-X) 其中X为定时器T1的计数初值,n为定时器T1的位数,对于单片机定时器方式10，取n=13；对于单片机定时器方式11取n=16；对于单片机定时器方式12、3，取n=8,9.2 MCS-51单片机串行接口,常用波特率和定时器T1初值,9.2 MCS-51单片机串行接口,注意：如果选定的波特率对应的初值C