第7章80C51單片機的串行口

2023/2/61第7章80C51單片機的串行口計算機串行通信基礎7.180C51單片機的串行口7.280C51單片機的串行口應用7.3

單片機通信是指單片機與計算機或單片機與單片機之間的信息交換。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。

在單片機系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信的方式。

并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時在多根數(shù)據(jù)線上發(fā)送或接收。特點：控制簡單、傳輸速度快，但占用的數(shù)據(jù)線多，成本較高，適用于近距離傳輸。例如：老式的打印機就是通過并口方式與計算機連接的。

串行通信是數(shù)據(jù)的各位在同一根數(shù)據(jù)線上依次逐位發(fā)送或接收。特點：占用的數(shù)據(jù)線少，成本低但速度較慢，數(shù)據(jù)傳送控制比并行復雜，適用于遠距離傳輸。7.1計算機串行通信基礎2023/2/637.1計算機串行通信基礎通信：并行通信與串行通信

并行通信特點：傳送控制簡單、速度快，但傳輸線較多，成本高。2023/2/64

串行通信特點：傳輸線少，成本低；傳送控制復雜、速度慢串行通信的必要過程是：發(fā)送時要把并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)發(fā)送到線路上；接收時要把串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)，才能被計算機和其他設備處理。2023/2/65異步通信與同步通信收、發(fā)設備時鐘獨立，以字符(幀)為單位傳輸

7.1.1串行通信的基本概念異步通信（通信的發(fā)送和接收設備各自使用自己的時鐘）

1．異步通信

異步通信中，傳送的數(shù)據(jù)可以是一個字符代碼或一個字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以幀的形式一幀一幀傳送。

異步通信的一幀數(shù)據(jù)格式2023/2/67

異步通信幀格式起始位（１位）；數(shù)據(jù)位（８位）；奇偶校驗位（１位，可無校驗位）；停止位（１位）。

特點易于實現(xiàn)效率不高同步通信（發(fā)、收時鐘直接連接，效率高。板內元件間的SPI接口）

注：PC機上的RS-232C接口就是典型的異步通信(1)起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時，通信線上處于邏輯“1”狀態(tài)。當發(fā)送端要發(fā)送1個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送1個邏輯“0”信號，這個低電平便是幀格式的起始位。其作用是向接收端表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。接收端檢測到這個低電平后，就準備接收數(shù)據(jù)信號。(2)數(shù)據(jù)位：在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出(或接收端接收)的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴格的限制，5～8位均可。由低位到高位逐位傳送。(3)奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完(接收完)之后，可發(fā)送一位用來檢驗數(shù)據(jù)在傳送過程中是否出錯的奇偶校驗位。奇偶校驗是收發(fā)雙方預先約定好的差錯檢驗方式之一有時也可不用奇偶校驗。(4)停止位：字符幀格式的最后部分是停止位，邏輯“1”電平有效，它可占1/2位、1位或2位（在串行通信時每位的傳送時間是固定的）。停止位表示傳送一幀信息的結束，也為發(fā)送下一幀信息作好準備。同步通信：是把數(shù)據(jù)塊作為整體來傳輸，由定時時鐘實現(xiàn)接收端與發(fā)送端同步。每次傳一組數(shù)據(jù)，加入幀頭和幀尾。同步通信的特點：必須建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方達到完全同步；傳送的字符間不留間隙，即保持位同步，也保持字符同步關系。同步字符

校驗字符數(shù)據(jù)塊

字符1

字符2……

字符n一幀2、同步通信2023/2/612串行通信的傳輸方向單工

半雙工

全雙工80C51有1個全雙工串行口

二、串行通信的波特率

波特率(BaudRate)是串行通信中一個重要概念，它是指傳輸數(shù)據(jù)的速率,亦稱比特率。波特率的定義是每秒傳輸二進制數(shù)碼的位數(shù)。如：波特率為1200bps是指每秒鐘能傳輸1200位二進制數(shù)碼。

波特率的倒數(shù)即為每位數(shù)據(jù)傳輸時間。例如：波特率為1200bps，每位的傳輸時間為：1)(833.01200msdT==

波特率和字符幀的傳輸速率不同，若采用前面圖中的數(shù)據(jù)幀格式，并且數(shù)據(jù)幀連續(xù)傳送（無空閑位），則實際的字符傳輸速率為1200/11=108.08幀/秒。再例如：每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位（1個起始位、1個停止位、8個數(shù)據(jù)位），這時的波特率為10位*240個/秒=2400bps。2023/2/615信號的調制與解調DTE：數(shù)據(jù)終端設備計算機DCE：數(shù)據(jù)通信設備MODEM調制解調器調制解調

串行通信的目的不只是傳送數(shù)據(jù)信息，更重要的是應確保準確無誤地傳送。因此必須考慮在通信過程中對數(shù)據(jù)差錯進行校驗，校驗方法有奇偶校驗、累加和校驗等。檢錯：數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能受干擾使接收的數(shù)據(jù)出錯，如何發(fā)現(xiàn)錯誤——檢錯。糾錯：發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何消除或糾正錯誤——糾錯?？垢蓴_編碼：最簡單的編碼是奇偶校驗；奇校驗：所傳送的數(shù)據(jù)中1的個數(shù)為奇數(shù)；偶校驗：所傳送的數(shù)據(jù)中1的個數(shù)為偶數(shù)；發(fā)送字符時，數(shù)據(jù)位尾隨1位奇偶校驗位（1或0）。奇校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為奇數(shù)；偶校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為偶數(shù)。

奇偶校驗能夠檢測出奇數(shù)位誤碼，但是不能糾錯，比較低級，一般只用在異步通信中。

串行通信的錯誤校驗2023/2/617代碼和校驗

發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生的校驗和字節(jié)附加到數(shù)據(jù)塊的末尾。接收方在接收數(shù)據(jù)時要對數(shù)據(jù)塊（除校驗字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結果與收到的“校驗和”進行比較，兩者相符則無差錯，否則就認為傳送過程出現(xiàn)了差錯。2023/2/618傳輸速率與傳輸距離傳輸速率波特率：每秒鐘傳送信息的位數(shù)，單位：波特（Baud）單片機通信屬于基帶傳輸（每個碼元帶有“1”或“0”這1bit信息)。

常用波特率為：2400、4800、9600、14.4K、19.2K等

傳輸距離與傳輸速率的關系***傳輸距離隨波特率的增加而減小。等時間間隔信號稱為碼元每個碼元可以攜帶n位信息7.1.2串行通信接口種類

根據(jù)串行通信格式及約定（如同步方式、通信速率、數(shù)據(jù)塊格式等）不同，形成了許多串行通信接口標準，如常見的：

UART（串行異步通信接口）、

USB（通用串行總線接口）、

I2C（集成電路間的串行總線）、

SPI（串行外設總線）、

485總線、CAN總線接口等。51單片機的串行接口：作通用異步收發(fā)器(UART)，也可作同步移位寄存器通信只有3根線(P3.0—RXD，P3.1—TXD，GND)全雙工通信，有4種工作方式TTL電平正邏輯輸出(RS-232C為負邏輯)，實現(xiàn)RS-232C接口需要電平轉換——

MAX232芯片實現(xiàn)RS485接口需要變換——MAX485芯片以下是P3.1發(fā)送字符“9”的時序：起始位校驗位停止位字符位編碼010011101/001D0D7空閑空閑7.1.2串行通信接口標準

RS-232C標準接口是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）于1969年頒布的串行通信接口標準。RS是“RecommendedStandard”（推薦標準）的縮寫，232為標準的編號，C為版本號。在RS-232C之前為RS-232A與RS-232B，1987年修訂為EIA-232D，1991年修訂為EIA-232E，1997年又修訂為EIA-232F。其中，RS-232C最為常用。RS-232C定義的是DTE與DCE間的接口標準。

2023/2/622機械特性DB-25（陽頭）連接器DB-9（陽頭）連接器陽頭通常用于計算機側，陰頭用于連接線側

RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器（DB-25），連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。由于一般的應用中很少用到RS-232C標準的全部信號線，所以在實際應用中常常使用9針連接器（DB-9）替代25針連接器。兩者的外形與引腳排列如圖9-7所示。通常一端做成插針，另一端做成插孔。2023/2/623功能特性注：引腳序號欄中帶括號的序號為DB-9連接器的引腳序號。2023/2/624電氣特性RS-232C采用負邏輯電平，規(guī)定（-3～-25V）為邏輯“1”，（+3～+25V）為邏輯“0”。-3V～+3V是未定義的過渡區(qū)。試比較：

電平轉換電路（如MAX232）。

2023/2/625過程特性遠程通信，需要調制解調器2023/2/626近程通信，不需要調制解調器無聯(lián)絡線方式聯(lián)絡線短接（偽連接）方式

用匯編指令編寫高級語言或匯編中的中斷調用

2023/2/627

RS-232C電平與TTL電平轉換驅動電路早期采用MC1488、MC1489

近期常用MAXM232：

片內帶有自升壓電路僅需+5V電源，內有升壓泵變?yōu)?10V-+10V內含2個發(fā)送器，2個接收器，與TTL/CMOS兼容RS-232C的缺點接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片。與TTL電平不兼容，與TTL電平接口連接需進行電平轉換。傳輸距離短，使用時傳輸距離一般不超過15m，線路條件好時也不超過幾十米。傳輸速率較低，最高傳送速率為20kbit/s。由于收發(fā)信號采用共地傳輸，容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗干擾能力較差。新標準RS-485改善了傳輸特性，應用廣泛！

2023/2/6297.2

80C51單片機的串行口7.2.180C51串行口的結構1個全雙工串口：通信或接口擴展，幀格式為8位、10位或11位接收發(fā)送緩沖器邏輯同名、物理分開；接收雙緩沖。

2023/2/6307.2.280C51串行口的控制寄存器串行口控制寄存器SCONSM0和SM1：工作方式選擇位2023/2/631SM2：多機通信控制位，主要用于方式2和3SM2=1時,接收機地址幀甄別使能。若RB8＝1，接收的信息可進入SBUF，并使RI為1，進而在中斷服務中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走;若RB8＝0，該幀不接收，丟棄掉，且保持RI=0。

SM2=0時，接收機地址幀甄別禁止。不論收到的RB8為0或1，均可以使接收的幀進入SBUF，并使RI=1。此時的RB8通常為校驗位。注意：方式0時，SM2=0；方式1時，若SM2=1，則只有接收到停止位時，RI=1REN：串行接收使能位，軟件置1時，啟動接收過程2023/2/632TB8：多機方式發(fā)送的第9位（方式2、3）發(fā)送的地址/數(shù)據(jù)幀標志。也可作為奇偶校驗位。方式0和1時，該位未用。

RB8：多機方式接收的第9位（方式2、3）接收的地址/數(shù)據(jù)幀標志。也可作為奇偶校驗位。方式0不用（SM2=0）；方式1時也不用，置SM2=0，則RB8是接收到的停止位。

TI：發(fā)送中斷標志位，在中斷服務程序中要由軟件清0RI：接收中斷標志位，在中斷服務程序中要由軟件清02023/2/633電源控制寄存器PCONSMOD：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，當SMOD=1時，波特率提高一倍。復位時，SMOD=0。2023/2/6347.2.380C51串行口的工作方式方式0：同步移位寄存器，用于擴展并行口

RXD：輸入或輸出引腳TXD：移位脈沖輸出引腳發(fā)送和接收都是8位波特率固定為：fosc/122023/2/635數(shù)據(jù)輸出：

CR用于對74LS164清0

2023/2/636數(shù)據(jù)輸入：

S/L下降沿將并行數(shù)據(jù)裝入，高電平啟動數(shù)據(jù)移入。

2023/2/637方式1：10位幀，用于雙機通信（基本上都用方式1）起始位：1位數(shù)據(jù)位：8位停止位：1位2023/2/638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)

①RI=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，SBUF中數(shù)據(jù)已被取走。由軟件使RI=0，以便提供“接收SBUF已空”的信息。②SM2=0或收到的停止位為1（方式1時，停止位進入RB8）。

滿足上述兩個條件，將接收到的數(shù)據(jù)裝入串行口的SBUF和RB8（RB8裝入停止位），并置位RI，通知CPU取數(shù)據(jù)；如果不滿足，接收到的數(shù)據(jù)不能裝入SBUF，這意味著該幀信息將會丟失。接收有效的兩個條件：2023/2/640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2023/2/641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)

發(fā)送前，先根據(jù)通信協(xié)議由軟件設置TB8（如作奇偶校驗位或地址/數(shù)據(jù)標志位），然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，即可啟動發(fā)送過程。串行口能自動把TB8取出，并裝入到第9位數(shù)據(jù)位的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，使TI=1。發(fā)送過程接收時，使SCON中的REN=1，允許接收。當檢測到RXD(P3.0)端有1→0的跳變（起始位）時，開始接收9位數(shù)據(jù)，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0，或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，附加的第9位數(shù)據(jù)送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，也不置位RI。接收過程2023/2/6447.2.480C51波特率確定與初始化步驟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、方式3)

波特率=（2SMOD/32）*（T1溢出率）

T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}（1）方式0的波特率由下圖可見，方式0時，每個機器周期產(chǎn)生一個移位時鐘，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。因此，波特率固定為振蕩頻率的1/12，并不受PCON寄存器中SMOD位的影響。串行口方式0波特率的產(chǎn)生（2）方式2的波特率方式2波特率取決于PCON中SMOD位的值：

SMOD=0時，波特率為fosc的1/64；

SMOD=1時，波特率為fosc的1/32。即:方式2波特率≌(2SMOD/64)×foscfosc=12MHz，SMOD=0，187.5kbpsSMOD=1，375kbps（3）方式1和方式3的波特率方式1和方式3的移位時鐘脈沖由定時器T1產(chǎn)生，如圖所示。因此，MCS-51串行口方式1和方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值共同決定。即方式1、方式3波特率≌(2SMOD/32)×T1溢出率串行口方式1、方式3波特率的產(chǎn)生2023/2/648波特率的選擇波特率要選擇標稱值，由于TH1的初值是整數(shù)，為了獲得標稱值，依公式晶振頻率要選11.0592MHz。

方式1和方式3波特率與TH1初值的對應關系：

若晶振為12MHz，TH1初值取FDH，依公式算出的波特率為10416.6…；

TH1初值取FCH，為7812.5。

例：若定時器T1工作于方式1，采用11.059MHz的晶振，要求利用定時器1產(chǎn)生1200bps的波特率，則

令SMOD=0，可算得初值為

那么，TH1的初值為0FFH，TL1的初值為0E8H。2023/2/650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）串口中斷設置（IE、IP）2023/2/6517.380C51單片機的串行口應用7.3.1利用單片機串口的并行I/O擴展占用串口！單片機端的電平轉換7.3.2單片機與PC機間的通信與PC機的硬件連接

直通連接交叉連接PC機串行口檢查

PC機的串行口的收、發(fā)信號引腳短接

運行串口調試軟件連機編程測試voidmain(void){uchartemp;init();while(1) { temp=ReceiveChar();//接收數(shù)據(jù)

SendChar(temp);//發(fā)送數(shù)據(jù) }}voidinit(void){ SCON=0x50;//方式1（N,8,1），接收允許 PCON=0x00;//波特率不倍增 TMOD=0x20;//置T1為8位自動重裝方式 TL1=0xfd; TH1=0xfd;//波特率9600 TR1=1;}ucharReceiveChar(){ ucharch; while(!RI);//等待接收完 ch=SBUF; RI=0; return(ch);}voidSendChar(ucharch){ SBUF=ch;//發(fā)送字符 while(!TI);//等待發(fā)送完 TI=0;//清標志}通信程序的擴充與完善通訊協(xié)議：

每幀：數(shù)據(jù)8位，起始位1位，停止位1位，無檢驗，波特率9600。PC機作為主機，主機命令由4個字符形成的字符串構成，首字符‘$’是同步頭，次字符為命令關鍵字，其他2個字符未定義。設命令關鍵字為1時，單片機要將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)以由前至后的順序發(fā)送到PC機端；當命令關鍵字為2時，單片機要將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)以由后至前的順序發(fā)送到PC機端，其他關鍵字未定義。單片機端程序：voidDataInit(void){//設置緩沖區(qū)調試數(shù)據(jù) uchari; for(i=0;i<10;i++) OutBuff[i]=i+0x30;}voidSPortInit(void){TMOD|=0x20;SCON=0x50; TH1=0xfd; TL1=0xfd;TR1=1;ES=1; EA=1;

}voidSendChar(ucharch){SBUF=ch;//發(fā)送字符while(!TI);//等待發(fā)送完TI=0;}voidSPortIsr()interrupt4{uchari,ch;ES=0;ch=SBUF;RI=0;

if(ch==0x24)//檢測‘$’

{

InBuff[0]=ch;for(i=1;i<4;i++)

{while(!RI);RI=0;InBuff[i]=SBUF;

}InFullFlag=1;

}ES=1;}voidmain(void){DataInit();SPortInit();InFullFlag=0;while(1){

if(InFullFlag)

{

switch(InBuff[1])

{//依命令完成相應功能

}

InFullFlag=0;

}}}switch(InBuff[1]){//依命令完成相應功能

case0x31:for(i=0;i<10;i++)Send