第7章 串行口

2020 4 7 1 第7章89C51的串行口 基本概念 7 1 串行口的結(jié)構(gòu) 7 2 串行口的工作方式 7 3 串行口的編程和應(yīng)用 7 4 2020 4 7 2 7 1串行通信基礎(chǔ) 串行通信的概念 所謂串行通訊是指外設(shè)和計算機間使用一根數(shù)據(jù)信號線一位一位地傳輸數(shù)據(jù) 每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度 串行 是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式 CPU與接口之間仍按并行方式工作 2020 4 7 3 信息傳輸?shù)臋z錯和糾錯 串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中 由于干擾可能引起信息的出錯如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤 叫檢錯 發(fā)現(xiàn)錯誤后 如何消除錯誤 叫糾錯最簡單的檢錯方法是奇偶校驗 即在傳送字符的各位之外 再傳送1位奇 偶校驗位 可采用奇校驗或偶校驗 奇校驗 所有傳送的數(shù)位 包含字符的各個數(shù)位和校驗位 中 1的個數(shù)為奇數(shù)偶校驗 所有傳送的數(shù)位 包含字符的各個數(shù)位和校驗位 中 1的個數(shù)為偶數(shù) 奇偶校驗?zāi)軌驒z測出1位誤碼 但是不能糾錯 2020 4 7 4 串行數(shù)據(jù)傳輸方式 通訊雙方能同時進行發(fā)送和接收操作 只有1根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號 通訊雙方不能同時在兩個方向上傳送 只允許數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送 單工方式 半雙工方式 全雙工方式 2020 4 7 5 傳輸速率 在串行通訊中 用波特率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率波特率 即每秒鐘傳送的二進制位數(shù) 簡寫為bps 國際上規(guī)定了一個標(biāo)準(zhǔn)波特率系列 110 300 600 1200 1800 2400 4800 9600 14 4Kbps 19 2Kbps 28 8Kbps 33 6Kbps 56Kbps 2020 4 7 6 傳輸速率 在串行通信中 無論收發(fā)都必須有時鐘脈沖信號對傳送的數(shù)據(jù)進行定位和同步控制 接收時鐘 發(fā)送時鐘是波特率的倍數(shù) 波特率因子 例 波特率 9600bps 波特率因子 16 則接收時鐘和發(fā)送時鐘頻率 9600 16 153600Hz波特率因子 16 表明16個時鐘脈沖傳送1位 2020 4 7 7 信號的調(diào)制和解調(diào) 數(shù)字信號的頻帶寬 而普通通信線路頻帶較窄 如電話線頻帶范圍僅300 3400Hz所以采用普通通信線路進行遠程數(shù)據(jù)通信時 需要在發(fā)送端用調(diào)制器 Modulator 把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號 模擬信號經(jīng)通信線路傳送到接收方 接收方再以解調(diào)器 Demodulator 把模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號 大多數(shù)情況下 調(diào)制器和解調(diào)器合在一個裝置中 稱為調(diào)制解調(diào)器 Modem 2020 4 7 8 在數(shù)據(jù)通訊中 Modem起著傳輸信號的作用 是一種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備 簡稱DCE接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備 簡稱DTE 微機串行通信接口電路 如8250 8251為DTE 信號的調(diào)制和解調(diào) 2020 4 7 9 串行通信的類型 串行通訊可以分為兩種類型 同步通訊 異步通訊 異步通訊 一個字符一個字符地傳輸 每個字符一位一位地傳輸 傳輸一個字符時 以起始位開始 然后傳輸字符本身的各位 接著傳輸校驗位 最后以停止位結(jié)束該字符的傳輸 一次傳輸?shù)钠鹗嘉?字符各位 校驗位 停止位構(gòu)成一組完整的信息 稱為幀 Frame 幀與幀之間可有任意個空閑位 2020 4 7 10 異步通訊的信息格式 起始位邏輯01位數(shù)據(jù)位邏輯0或15位 6位 7位 8位校驗位邏輯0或11位或無停止位邏輯11位 1 5位或2位空閑位邏輯1任意數(shù)量 串行通信的類型 異步通訊 2020 4 7 11 例 傳送8位數(shù)據(jù)45H 0100 0101B 奇校驗 1個停止位 則信號線上的波形為 串行通信的類型 異步通訊 2020 4 7 12 同步通訊 靠同步字符完成收發(fā)雙方同步 多個字符成組傳送 在每組信息的開始 加上同步字符 字符組和同步字符以及需要的其他字符構(gòu)成一個信息幀 同步字符字符1字符2 字符n校驗字符 數(shù)據(jù)塊 串行通信的類型 2020 4 7 13 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 在串行通信中 DTE和DCE之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn)計算機通信中使用最普遍的是RS 232C標(biāo)準(zhǔn)PC機上的COM1 COM2接口 就是RS 232C接口 使用9針和25針連接器 2020 4 7 14 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) TxD發(fā)送數(shù)據(jù) DTE DCE RxD接收數(shù)據(jù) DCE DTE SG信號地DSRDCE就緒 DCE DTE DTRDTE就緒 DTE DCE RTS請求發(fā)送 DTE DCE CTS清除發(fā)送 DCE DTE DCE允許DTE發(fā)送 該信號是對RTS信號的回答 DCD數(shù)據(jù)載波檢出 DCE DTE 當(dāng)本地DCE收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時 使DCD有效 通知DTE準(zhǔn)備接收 并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號 經(jīng)RxD線送給DTE RI振鈴信號 DCE DTE 當(dāng)DCE收到交換機送來的振鈴呼叫信號時 使該信號有效 通知DTE已被呼叫 2020 4 7 15 RS 232C電器特性及接口信號1 電氣特性在數(shù)據(jù)線TXD和RXD上 邏輯1 3V 15V邏輯0 3V 15V2 可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口 但通信距離較近 12m 若距離較遠 可附加調(diào)制解調(diào)器 MODEM 2020 4 7 16 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) RS 232 C采用負邏輯 且信號電平與TTL不兼容 串行接口芯片8250 8251均使用TTL電平 應(yīng)使用電平轉(zhuǎn)換電路與RS 232C連接器連接 MC1488 TTL電平 RS232電平 用于發(fā)送方 MC1489 TTL電平 RS232電平 用于接收方 2020 4 7 17 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 采用Modem DCE 和電話網(wǎng)通信時的信號連接 2020 4 7 18 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 采用專用線通訊時的信號連接 2020 4 7 19 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 無Modem的標(biāo)準(zhǔn)連接 2020 4 7 20 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 無Modem的最簡連接 2020 4 7 21 典型的串行接口的結(jié)構(gòu) 由于CPU與接口之間按并行方式傳輸 接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸 因此 在串行接口中 必須要有 接收移位寄存器 串 并 和 發(fā)送移位寄存器 并 串 2020 4 7 22 7 2串行口的結(jié)構(gòu) 1個全雙工串口 通信或接口擴展 接收發(fā)送緩沖器邏輯同名 物理分開 接收雙緩沖 2020 4 7 23 7 2 1串行口控制寄存器SCON SM0和SM1 工作方式選擇位 2020 4 7 24 SM2 多機通信控制位 當(dāng)串行口以方式2或方式3接收時 如果SM2 1 只有當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù) RB8 為 1 時 才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF 并置 1 RI 產(chǎn)生中斷請求 當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù) RB8 為 0 時 則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄 如果SM2 0 則不論第9位數(shù)據(jù)是 1 還是 0 都將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中 并置 1 RI 產(chǎn)生中斷請求 在方式1時 如果SM2 1 則只有收到停止位時才會激活RI 在方式0時 SM2必須為0 REN 串行接收使能位 軟件置1時 啟動接收過程 2020 4 7 25 TB8 多機方式發(fā)送的第9位 方式2和3時 TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù) 可作為奇偶校驗位使用 也可作為地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志 1為地址幀 0為數(shù)據(jù)幀 RB8 多機方式接收的第9位 方式2和3時 RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù) 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 TI 發(fā)送中斷標(biāo)志位 要由軟件清0 RI 接收中斷標(biāo)志位 要由軟件清0 2020 4 7 26 7 2 2電源控制寄存器PCON SMOD 波特率倍增位 在串行口方式1 方式2 方式3時 波特率與SMOD有關(guān) 當(dāng)SMOD 1時 波特率提高一倍 復(fù)位時 SMOD 0 例如 方式1的波特率的計算公式為 方式1波特率 2SMOD 32 定時器T1的溢出率 2020 4 7 27 7 3串行口的4種工作方式 方式0 同步移位寄存器 用于擴展并行口 RXD 輸入或輸出引腳TXD 移位脈沖輸出接收和方式都是8位波特率固定為 fosc 12 7 3 1方式0 2020 4 7 28 數(shù)據(jù)輸出 CLR用于對74LS164清0 2020 4 7 29 數(shù)據(jù)輸入 S L負脈沖將并行數(shù)據(jù)裝入 高電平時啟動單片機進行數(shù)據(jù)輸入 2020 4 7 30 方式0接收在滿足REN 1和RI 0的條件下 串行口處于方式0輸入 此時 RXD為數(shù)據(jù)輸入端 TXD為同步信號輸出端 在方式0工作時 必須使SCON寄存器中的SM2位為 0 這并不影響TB8位和RB8位 2020 4 7 31 7 3 2方式1 10位幀 用于雙機通信 起始位 1位數(shù)據(jù)位 8位停止位 1位 方式1波特率 2SMOD 32 定時器T1的溢出率 2020 4 7 32 串行發(fā)送 寫SBUF啟動發(fā)送過程 串行接收 置REN 1啟動接收過程 2020 4 7 33 當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完 須同時滿足兩個條件 接收才真正有效 RI 0 即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時 RI 1發(fā)出的中斷請求已被響應(yīng) SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走 說明 接收SBUF 已空 SM2 0或收到的停止位 1 方式1時 停止位已進入RB8 則收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8 RB8裝入停止位 且置 1 中斷標(biāo)志RI 若這兩個條件不同時滿足 收到的數(shù)據(jù)將丟失 2020 4 7 34 7 3 3方式2和方式3 11位幀 用于多機通信 起始位 1位數(shù)據(jù)位 9位停止位 1位 方式2波特率 2SMOD 64 fosc 方式3波特率 2SMOD 32 定時器T1的溢出率 2020 4 7 35 串行發(fā)送 寫SBUF啟動發(fā)送過程 串行接收 置REN 1啟動接收過程 2020 4 7 36 方式2接收SM0 SM1 10 且REN 1 在接收器完第9位數(shù)據(jù)后 需滿足兩個條件 才能將接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF 1 RI 0 意味著接收緩沖器為空 2 SM2 0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB8 1時 若不滿足兩個條件 接收的信息將被丟棄 2020 4 7 37 波特率的制定方法 波特率的確定 波特率的計算 固定波特率 方式0波特率 fosc 12 方式2波特率 2SMOD 64 fosc 可變波特率 方式1波特率 2SMOD 32 T1溢出率 方式3波特率 2SMOD 32 T1溢出率 T1溢出率 fosc 12 256 TH1 2020 4 7 38 波特率的選擇 波特率要選擇標(biāo)稱值 由于TH1的初值是整數(shù) 為了減小波特率計算誤差 晶振頻率要選為11 0592MHz 方式1和方式3波特率與TH1初值的對應(yīng)關(guān)系 2020 4 7 39 例7 1若8031單片機的時鐘振蕩頻率為11 0592MHz 選用T1為方式2定時作為波特率發(fā)生器 波特率為2400b s 求初值 2020 4 7 40 串行口初始化步驟 確定T1的工作方式 TMOD 計算T1的初值 裝載TH1 TL1啟動T1 置位TR1 確定串行口工作方式 SCON 串口中斷設(shè)置 IE IP 7 3串行口的編程和應(yīng)用 2020 4 7 41 例7 2利用單片機串口的并行I O擴展 串口無通信需求時 2020 4 7 42 DISPLY MOVR0 30HMOVR7 4NE MOVA R0MOVDPTR TABMOVCA A DPTRMOVSBUF AINCR0DJNZR7 NERETtab db21h 0f3h 15h 51hdb0c3h 49h 09h 0f1hdb01h 0c1h 81h 0dbhdb1fh 13h 0ch 8bhdb0ffh 2020 4 7 43 例7 3設(shè)內(nèi)部RAM的50H 5FH中數(shù)據(jù)從串行接口輸出 串行接口以方式2工作 TB8做奇偶校驗位 要求寫入TB8發(fā)送 源程序如下 2020 4 7 44 START MOVSCON 80H 串行接口工作方式2MOVPCON 80H 設(shè)波特率為1 32振蕩頻率MOVR0 50H 設(shè)地址指針MOVR7 10H 設(shè)數(shù)據(jù)塊長度LOOP1 MOVA R0 取數(shù)據(jù)MOVC P 奇偶校驗位送TB8MOVTB8 CMOVSBUF A 數(shù)據(jù)送SBUF 啟動發(fā)送WAIT JBCTI LOOP2 判斷發(fā)送中斷標(biāo)志是否為1 直到TI 1時轉(zhuǎn)移 且TI清為0SJMPWAITLOOP2 INCR0 修改地址指針DJNZR7 LOOP1 判斷循環(huán)是否結(jié)束RET 程序返回 2020 4 7 45 例7 6設(shè)串行接口工作在方式3 MCS 51和外設(shè)之間采用9位異步通訊方式 波特率為2400 晶振為11 0592MHz 在定時器T1工作在方式2 且當(dāng)SMOD 0時 計算得到T1的時間常數(shù)為0F4H 接收子程序如下 2020 4 7 46 RVE MOVTMOD 20H 設(shè)T1為方式2MOVTH1 0F4H 送T1時間常效MOVTL1 0F4HSETBTR1 啟動T1定時MOVR0 50H 設(shè)地址指針MOVR7 10H 設(shè)數(shù)據(jù)塊長度MOVSCON 0D0H 設(shè)串行接口為工作方式3 接收數(shù)據(jù)MOVPCON 00H 設(shè)SMOD為0WAIT JBCRI LOOP1 判斷接收中斷標(biāo)志 等待 2020 4 7 47 SJMPWAIT 當(dāng)RI 1時 接收數(shù)據(jù) 且RI清0LOOP1 MOVA SBUF 接收數(shù)據(jù)JNBPSW 0 LOOP2 判斷P RB8JNBRB8 LOOP3SJMPLOOP4LOOP2 JBRB8 LOOP3LOOP4 MOV R0 A 接收的數(shù)據(jù)送內(nèi)存INCR0 修改地址指針DJNZR7 WAIT 判循環(huán)是否結(jié)束CLRPSW 5 正確接收完16個效據(jù)后 PSW 5清0RET 返回LOOP3 SETBPSW 5 奇校驗出錯 PSW 5置1RET 返回 2020 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