MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部資源及應(yīng)用-串行通信

第3章

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部資源及應(yīng)用

3.1MCS-51單片機(jī)的并行I/O口應(yīng)用3.2MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

3.3MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3.4MCS-51單片機(jī)的串行通信3.4MCS-51單片機(jī)的串行通信1.串行通信概述2.MCS-51的串行口3.串行口的工作方式4.串行口的通信波特率5.串行口的應(yīng)用(1)通信

通信：單片機(jī)與外界進(jìn)行信息交換統(tǒng)稱為通信。并行通信：多位數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送或接收。 傳送速度快、效率高，但成本高。 短距離傳送數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部，以并行方式為主。串行通信：一位一位順序發(fā)送或接收。 傳送速度慢，但成本低。 長距離傳送數(shù)據(jù)，與外界的數(shù)據(jù)交換以串行方式為主1串行通信-概述(2)通信的制式單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定方向傳送；半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行；全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送；多工方式：在同一線路上實(shí)現(xiàn)資源共享。(3)串行通信的分類按數(shù)據(jù)傳送方式： 分為異步通信和同步通信1串行通信-概述同步方式：以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，包括同步字符、數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)字符CRC。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率較高，缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步。數(shù)據(jù)格式如下圖所示。

1串行通信-概述異步方式：以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，每一個(gè)字符均按固定的字符格式傳送，又被稱為幀。優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步脈沖，可靠性高，所需設(shè)備簡單；缺點(diǎn)是字符幀中因包含有起始位和停止位而降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。數(shù)據(jù)格式如下圖所示：1串行通信-概述(4)串行通信的波特率

波特率是指每秒鐘傳送信號的數(shù)量，單位為波特（Baud）。而每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)的信號數(shù)（即二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)）定義為比特率，單位是bps（bitpersecond）或?qū)懗蒪/s（位/秒）。在單片機(jī)串行通信中，傳送的信號是二進(jìn)制信號，波特率與比特率數(shù)值上相等。單位采用bps。例如：異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/秒，而每個(gè)字符規(guī)定包含10位數(shù)字，則傳輸波特率為：

120字符/秒×10位/字符=1200位/秒=1200bps1串行通信-概述全雙工的異步串行通信口（P3.0、P3.1） 一個(gè)UART（通用異步接收/發(fā)送器） 同步移位寄存器 幀格式可有10位和11位 可設(shè)置各種波特率

2MCS-51串行口MCS51的串行口SBUF（發(fā)）SBUF（收）發(fā)送控制器TI接收控制器RI移位寄存器波特率發(fā)生器T11A累加器(門)移位寄存器RxD(P3.0)TxD(P3.1)去申請中斷引腳引腳CPU內(nèi)部

MCS-51串行口的結(jié)構(gòu)如下圖所示：同名的接收/發(fā)送緩沖寄存器SBUF輸入和輸出移位寄存器和控制器1．串行口寄存器結(jié)構(gòu)MCS-51串行口MCS-51串行口（1）獨(dú)立的同名接收/發(fā)送緩沖寄存器SBUF

指令MOVSBUF，A：數(shù)據(jù)發(fā)送指令MOVA，SBUF：數(shù)據(jù)接收。向SBUF寫入數(shù)據(jù)即發(fā)送數(shù)據(jù)從SBUF讀出數(shù)據(jù)即接收數(shù)據(jù)（2）輸入和輸出移位寄存器和控制器（3）2個(gè)SFR寄存器，SCON和PCON，用于串行口的初始化編程。（4）接收/發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，必須用指令對RI/TI清0，以備下一次收/發(fā)。2.串行通信控制寄存器SCON

（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0，SM1：串行口4種工作方式控制位。

=00：方式0，8位同步移位寄存器，其波特率為fosc/12；

=01：方式1，10位UART，其波特率為可變（T1溢出率）；

=10：方式2，11位UART，其波特率為fosc/64或fosc/32；

=11：方式3，11位UART，其波特率為可變（T1溢出率）。

其中：fosc為系統(tǒng)晶振頻率。RI,TI：串行口收/發(fā)數(shù)據(jù)申請中斷標(biāo)志位

＝1：申請中斷；

＝0：不申請中斷。RB8： 方式2、3中，存放收到的第9位數(shù)據(jù)； 雙機(jī)通信中，作奇偶校驗(yàn)位； 多機(jī)通信中，作地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志：0—數(shù)據(jù)，1—地址。TB8： 方式2、3中，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)； 雙機(jī)通信中，數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)； 多機(jī)通信中，作地址幀/數(shù)據(jù)幀標(biāo)志：0—數(shù)據(jù)，1—地址。REN：串行口接收允許控制位

1：表示允許接收，

0：禁止接收。SM2： 方式2、方式3中，多機(jī)通信的附加控制位。 主機(jī)置為0 所有從機(jī)的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)。 地址相符的從機(jī)，置為0，以接收主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀。2.串行通信控制寄存器SCON（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI3.中斷允許寄存器IE（0A8H）

EA=1：總中斷允許；

ES=1：允許串行中斷；

ES=0：禁止串行中斷。4.電源管理寄存器PCON（87H）不可位尋址。PCON主要用于實(shí)現(xiàn)電源控制而設(shè)置的專用寄存器。SMODGF1GF0PD1DLSMOD：串行口波特率倍增位

=1：串行口波特率加倍。

=0：串行口波特率不變，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)默認(rèn)為SMOD=0。3.4.3串行口的工作方式

1.方式0:

8位移位寄存器I/O方式,用于擴(kuò)展并行口2.方式1:波特率可變的10位異步通信方式3.方式2:固定波特率的11位異步通信方式1.方式0（8位移位寄存器I/O方式）發(fā)送/接收過程：SBUF中的串行數(shù)據(jù)由RXD逐位移出/移入（低位在先，高位在后）；TXD輸出移位時(shí)鐘，頻率=fosc1/12；每送出/接收8位數(shù)據(jù)TI/RI自動置1；需要用軟件清零TI/RI。注意：串行口在方式0下的工作并非是一種同步通信方式，經(jīng)常配合“串入并出”“并入串出”移位寄存器一起使用，以達(dá)到擴(kuò)展一個(gè)并行口的目的。擴(kuò)展電路如下頁圖所示。3.4.3串行口的工作方式

如要發(fā)送數(shù)據(jù)，查詢方式的程序如下：

MOVSCON,#00H；串行口方式0MOVSBUF,A；將數(shù)據(jù)送出

JNBTI,$；等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

CLRTI；為下次發(fā)送作準(zhǔn)備注意：復(fù)位時(shí)，SCON已經(jīng)被清零，缺省值為方式0。發(fā)送條件：TI=0。接收條件：RI=0，置位REN=1（允許接收數(shù)據(jù)）。1.方式0（8位移位寄存器I/O方式）發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的格式：

一幀信息包括1個(gè)起始位(0)，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位(1)。發(fā)送/接收過程：

SBUF中的串行數(shù)據(jù)由TXD/RXD逐位移出/移入； 每發(fā)送/接收8位數(shù)據(jù)TI/RI自動置1；用軟件清零TI/RI。發(fā)送端自動添加一個(gè)起始位和一個(gè)停止位；接收端自動去掉一個(gè)起始位和一個(gè)停止位。

波特率=（2^SMOD/32）T1的溢出率，波特率可變。發(fā)送/接收條件：TI=0/RI=0，置位REN=1（允許接收數(shù)據(jù)）2.方式1（波特率可變的10位異步通信方式）3.方式2（固定波特率的11位異步接收/發(fā)送方式）發(fā)送/接收過程：

類似于方式1，比方式1增加了一位“第9位”數(shù)據(jù)(TB8/RB8)，常用于“奇偶校驗(yàn)”。 方式2常用于單片機(jī)間通信。波特率=fosc2SMOD/64。 發(fā)送/接收條件：TI=0/RI=0，置位REN=1（允許接收數(shù)據(jù)）4.方式3（可變波特率的11位異步接收/發(fā)送方式）

方式3和方式2唯一的區(qū)別是波特率機(jī)制不同 方式3的波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率。奇偶校驗(yàn)：是檢驗(yàn)串行通信雙方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)正確與否的一個(gè)措施，并不能保證通信數(shù)據(jù)的傳輸一定正確。即如果奇偶校驗(yàn)發(fā)生錯(cuò)誤，表明數(shù)據(jù)傳輸一定出錯(cuò)了；如果奇偶校驗(yàn)沒有出錯(cuò)，絕不等于數(shù)據(jù)傳輸完全正確。奇校驗(yàn)規(guī)定：8位有效數(shù)據(jù)連同1位奇偶校驗(yàn)附加位中，二進(jìn)制“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。偶校驗(yàn)規(guī)定：8位有效數(shù)據(jù)連同1位奇偶校驗(yàn)附加位中，二進(jìn)制“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。校驗(yàn)方式：3.4.4串行口的通信波特率

波特率：每秒鐘傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，反映串行傳輸數(shù)據(jù)的速率。串行口四種工作方式中：方式0：波特率固定：波特率=

fosc/12。方式2：波特率固定：波特率=（2SMOD/64）×fosc，

SMOD是PCON的最高位方式1和方式3：

波特率可變，由定時(shí)器T1控制。波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率

T1溢出率=（fosc/12）/（2KTC）

其中：K——定時(shí)器T1的位數(shù)，定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器時(shí)，通常工作在方式2，8位定時(shí)器，T1的溢出所需的周期數(shù)=28TC。TC——定時(shí)器T1的預(yù)置初值。

T1工作于方式2的常用波特率及初值。

常用波特率（bps）fOSC（MHz）SMODTH1初值1920011.05921FDH3960011.05920FDH3480011.05920FAH6240011.05920F4H12120011.05920E8H24串行口的通信波特率波特率=

（2SMOD/32）×

（fosc/12）/（2KTC）

TC=2K

（2SMOD×fosc

/12/

波特率/32）Fosc2^SMODBAUDTCTC1200000011200229.9583230E61200000012400242.9792243F31200000022400229.9583230E61200000024800242.9792243F31105920011200232

E81105920012400244

F41105920014800250

FA1105920019600253

FD1105920022400232

E81105920024800244

F41105920029600250

FA11059200219200253

FDTC=2K

（2SMOD×fosc

/12/

波特率/32）接收/發(fā)送緩沖寄存器SBUF（99H）MOVSBUF，A ;發(fā)送數(shù)據(jù)MOVA，SBUF ;接收數(shù)據(jù)串行通信控制寄存器SCON（98H）串行通信小結(jié):SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI電源管理寄存器PCON（87H）SMODGF1GF0PD1DL串行口的工作方式:串行通信小結(jié):串行口的工作方式:方式0:8位移位寄存器I/O方式方式1:8位數(shù)據(jù),1位起始,1位停止位,一幀10位方式2:9位數(shù)據(jù),1位起始,1位停止位,一幀11位方式3:9位數(shù)據(jù),1位起始,1位停止位,一幀11位波特率方式0：波特率固定：波特率=

fosc/12。方式2：波特率固定：波特率=（2SMOD/64）×fosc，方式1和方式3：波特率可變，由定時(shí)器T1控制。波特率=（2SMOD/32）×（fosc/12）/（2KTC）TC=2K

（2SMOD/32）×（fosc

/12）/

波特率波特率晶振頻率 （MHz）SMOD位Timer1工作在模式2下載入TH1（=TL1）的計(jì)數(shù)初始值6001200CCH12001210F6H24001200F3H48001210F3H120011.059200E8H240011.059200F4H480011.059200FAH960011.059200FDH1920011.059210FDHTC=2K

（2SMOD/32）×（fosc/12）/波特率3.4.5串行口的應(yīng)用

串口應(yīng)用初始化步驟：(1)設(shè)置TMOD(2)設(shè)置T1初值(4)設(shè)置PCON(3)啟動定時(shí)器1(5)設(shè)置SCON定時(shí)器T1溢出率波特率倍增率串口工作模式MOVTMOD,#20H ;定時(shí)器1置為方式2

MOVTH1,#0F4H ;裝載定時(shí)器初值

MOVTL1,#0F4H ;波特率2400(12MHz時(shí)為0F3h)SETBTR1 ;啟動定時(shí)器MOVPCON,#00H ；SMOD=0，PCON=00000000 MOVSCON,#50H ;設(shè)定串行口方式1SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI雙機(jī)通信

雙機(jī)通信的硬件連接圖如下圖所示。

雙機(jī)通信軟件要求：通信協(xié)議一致

(雙方相同的約定)例如： 采用方式1，10位（起始位1、數(shù)據(jù)位8，停止位1） 波特率為2400bps：T1工作在方式1， 時(shí)鐘頻率11.0592MHz TH1=TL1=0F4H， PCON寄存器的SMOD位為0。單片機(jī)與PC的通信

單片機(jī)與PC機(jī)通信:硬件接口:電平轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)：通信協(xié)議一致PC與單片機(jī)通信實(shí)例：

1.PC發(fā)送6個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)給單片機(jī)

2.單片機(jī)收到后將6個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)回單片機(jī)

3.將LED移動一位。程序如下：SIO.ASM

ORG0000H AJMPMAIN ORG0023H ;串行口中斷入口

LJMPINT_SERIAL ;ORG0030HMAIN:MOVSP,#60H CLR P1.