串口原理及應(yīng)用

串口通信1、80C51的串行口結(jié)構(gòu)和工作原理2、單片機(jī)串行口編程應(yīng)用舉例通信基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。通信有并行通信和串行通信兩種方式。在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送。并行通信特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快；但傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在困難。

串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。一、串行通信的傳輸方向1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。

單工半雙工全雙工串行通信的分類

分為兩大類：異步通信與同步通信1、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。

異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系，但同一字符內(nèi)的各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍。異步通信的數(shù)據(jù)格式：異步通信的特點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開銷較小，但每個(gè)字符要附加2～3位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。2、同步通信同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)。

外同步自同步串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

一、RS-232C接口

RS-232C是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。1、機(jī)械特性RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。（陽頭）公頭母頭串口線(公對(duì)母)串口線(母對(duì)母)串口線(公對(duì)公)2、功能特性80C51串行口

SBUF為兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，它們有相同的名字和地址空間，共用地址99H，但不會(huì)產(chǎn)生沖突；因?yàn)榻邮掌髦荒鼙籆PU讀出數(shù)據(jù)；發(fā)送緩沖器只能被CPU寫入數(shù)據(jù)，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。

80C51串行口的結(jié)構(gòu)

P3.1P3.0

SCON是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志：

80C51串行口的控制寄存器

SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：

●SM2，多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。1.當(dāng)SM2=1時(shí)，只有接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1，RI才會(huì)置1，（此時(shí)RB8具有控制RI激活的功能；進(jìn)而在中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走）。2.當(dāng)SM2=0時(shí)，收到字符RI就置1，使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，（即此時(shí)RB8不具有控制RI激活的功能）。通過控制SM2，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。

●REN，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收?！馮B8，在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用?？梢杂米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式0和方式1中，該位未用，默認(rèn)為0?！馬B8，在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位?！馮I，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)?！馬I，接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)

：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。

80C51串行口的工作方式

一、方式0

方式0時(shí)，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD（P3.1）引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為fosc/12。

1、方式0輸出

2、方式0輸入方式0接收和發(fā)送電路

二、方式1

方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

1、方式1輸出例：SBUF=0x0110000000

2、方式1輸入用軟件置REN為1時(shí)，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測(cè)到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位為1）時(shí)，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進(jìn)入RB8，并置RI=1，向CPU請(qǐng)求中斷。10000000

三、方式2和方式3

方式2或方式3時(shí)為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。方式2和方式3時(shí)起始位1位，數(shù)據(jù)9位（含1位附加的第9位，發(fā)送時(shí)為SCON中的TB8，接收時(shí)為RB8），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率決定。

1、方式2和方式3輸出發(fā)送開始時(shí)，先把起始位0輸出到TXD引腳，然后發(fā)送移位寄存器的輸出位（D0）到TXD引腳。每一個(gè)移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引腳輸出。第一次移位時(shí)，停止位“1”移入輸出移位寄存器的第9位上，以后每次移位，左邊都移入0。當(dāng)停止位移至輸出位時(shí)，左邊其余位全為0，檢測(cè)電路檢測(cè)到這一條件時(shí)，使控制電路進(jìn)行最后一次移位，并置TI=1，向CPU請(qǐng)求中斷。

2、方式2和方式3輸入接收時(shí)，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，在起始位0移到最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1）時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF和RB8（接收數(shù)據(jù)的第9位），置RI=1，向CPU請(qǐng)求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，繼續(xù)搜索RXD引腳的負(fù)跳變。四、波特率的計(jì)算

串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。方式0的波特率=fosc/12方式2的波特率=（/64）·fosc方式1的波特率=（/32）·（T1溢出率）方式3的波特率=（/32）·（T1溢出率）當(dāng)定時(shí)器1作波特率發(fā)生器使用時(shí)，通常選用可自動(dòng)裝入初值模式(方式2)，在方式2中，TL1作為計(jì)數(shù)用，而自動(dòng)裝入的初值放在TH1中，假設(shè)計(jì)數(shù)初值為x，則每過“256-x”個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器T1就會(huì)產(chǎn)生一次溢出。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。T1溢出率=溢出周期的倒數(shù)；溢出周期=(256-TH1)×12/Fosc；(其中：12/Fosc表示一個(gè)機(jī)器周期)因此方式1和方式3：波特率：Baud=(2×Fsoc)/{32×12×(256-TH1)}我們一般不太關(guān)注波特率的計(jì)算，而是關(guān)心選用的波特率（傳輸速度）去反算定時(shí)器1（自動(dòng)重裝模式）的初值（TH1），所以將上面的公式導(dǎo)一下，得到TH1的公式：TH1=256-(Fsoc×2)/(12×32×Baud)在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。TH1=256-(Fsoc×2)/(12×32×Baud)

串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其編程進(jìn)行初始化設(shè)置，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1；啟動(dòng)T1（編程TCON中的