單片機第十章串行口

單片機第十章串行口1第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日二．串行通訊的字符格式：1.異步通訊：傳送方向……..1數(shù)據(jù)0……..1數(shù)據(jù)0……..1數(shù)據(jù)0

停止位起始位停止位起始位停止位起始位若干空閑位數(shù)據(jù)中信息的兩種狀態(tài)分別以mark和space標志,其中：

mark譯為”標號”，對應(yīng)邏輯1的狀態(tài)。

Space譯為”空格”，對應(yīng)邏輯0的狀態(tài)。

2第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日每一幀數(shù)據(jù)均以0開始,以1終止,中間傳送的數(shù)據(jù)位可以是5位,7位,8位均可,中間有若干空閑位,空閑時一般處于1的狀態(tài)。異步通訊比較靈活，實現(xiàn)起來比較簡單

2.同步通訊：選用一個同步字符，例如0010010發(fā)送過去，約定同時開始同步傳送。

傳送方向數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)同步字符

數(shù)據(jù)之間沒有間隔，可連續(xù)發(fā)送。3第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日比較：同步傳送效率比異步高。如果傳送200個字節(jié)加一各同步字符，則輔助數(shù)據(jù)只佔0.5％若用異步傳送到200個字節(jié)則至少有400位輔助數(shù)據(jù),其數(shù)量可觀。三.異步串行通訊的信號格式：

1．近程通訊RS232

TXD甲機

RXD

GND1488148914891488RXD乙機TXDGNDTTLTTLTTLTTLRS2324第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日近程通訊采用數(shù)字信號直接傳送方式：計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號是TTL電平標準，而通信線上的數(shù)據(jù)信號是RS-232電平標準。盡管電平標準不同，但數(shù)據(jù)信號的波形和頻率并沒有改變，近程串行通訊只需用傳輸線把兩端接口電路直接連接起來即可實現(xiàn)。RS-232和TTL電平標準的邏輯值規(guī)定為：

RS-232標準TTL標準邏輯1(mark)-3～-25V2～5V(高電平額定值3V)邏輯0（space）+3+25V0～0.8V(低電平額定值0.2V)5第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日2．遠程通訊在遠程通訊中，應(yīng)使用專用通信電纜，出于經(jīng)濟的考慮，通常使用電話線作為傳輸線，如圖：計算機MODEMMODEM計算機數(shù)字信號數(shù)字信號RS-232標準RS-232標準模擬信號電話線地地6第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日遠距離直接傳送數(shù)字信號，信號會發(fā)生畸變，為此要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號再進行傳送，通常使用頻率調(diào)制法，即以不同頻率的載波信號代表數(shù)字信號的兩種不同電平狀態(tài)，這種數(shù)據(jù)傳送方式稱為頻帶傳送方式。通常為：

mark：1270HZ或2225HZspace：1070HZ或2025HZ在串行通信發(fā)送端有調(diào)制器，用以把電平信號調(diào)制為頻率信號，而在接收端有解調(diào)器，用以把頻率信號解調(diào)為電平信號。通常串行通信兩端均具有發(fā)送接收功能，因此均應(yīng)設(shè)置調(diào)制器和解調(diào)器，二者合二為一為調(diào)制解調(diào)器，即MODEM。

7第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日四.串行通訊的數(shù)據(jù)通路形式：1.

單工形式數(shù)據(jù)單向傳送，只需一條傳輸線。

2.

半雙工形式數(shù)據(jù)傳送是雙向，但不可同時進行。傳輸線可用一條，也可用兩條。

3.

全雙工形式數(shù)據(jù)傳送是雙向，且可同時發(fā)送接收。需兩條傳輸線。ABABAB8第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日五.串行通訊的傳送速率：用每秒傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)衡量，稱波特率(baudrate)

以波特為單位1波特=1bit/s(位/秒)

例如電傳打字機傳送速率為每秒10個字符，每個字符11位，則波特率為：

11位/字符×10字符/秒=110位/秒即110波特

傳送一位需時間：1/110秒≈9.1ms

MCS-51系列單片機具有一個全雙工的串行口，它在不同的工作方式中可同步或異步發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。其波特率范圍：以6MHZ晶振為例、為0.24波特～31250波特

9第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日

第二節(jié)8031單片機串行口的控制及工作方式

串行口的接收端為P3.0(10腳)稱RXD，發(fā)送端為P3.1(11腳)稱TXD。一.

8031串行口的控制寄存器：1.串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址98H可位尋址。

SM0SM1SM2RENTB8

RB8TIRI

00：方式0接收中斷標志

01：方式1發(fā)送中斷標志

10：方式21：允許接收接收到的第9位

11：方式30：禁止接收待發(fā)送的第9位10第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日例：使串行口方式1發(fā)送

MOVSCON,#40H01000000

方式1禁止接收2.PCON字節(jié)地址87HD7SMOD

只有最高位D7位有定義，SMOD稱波特率選擇位。SMOD為1時比為0時波特率高一倍。3.

串行通道數(shù)據(jù)寄存器SBUF

它是兩個9位移位寄存器，一個是發(fā)送緩沖器，只寫不讀，另一個是接收緩沖器，只讀不寫，它們共用一個地址99H

11第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日二．串行口的四種工作方式：1．方式0移位寄存器輸入輸出方式，同步發(fā)送接收8位數(shù)據(jù)，每個機器周期移一位。如圖:DSADSBCP74LS164Q0Q7

RXDTXD8031

RXDTXD8031Q7CP74LS165D0D7

輸出方式輸入方式12第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日方式0輸出的基本指令：

MOVSCON,#00H;SM0=SM1=0，選方式0

MOVA,#nnH;取待輸出數(shù)據(jù)nnHCLRTI;清發(fā)送中斷標志

MOVSBUF,A;對SBUF寫入即啟動發(fā)送，TXD端每個機器周期發(fā)出一個移位脈沖，數(shù)據(jù)即從RXD端輸出一位，74LS164的CP端每接收TXD端一個移位脈沖，數(shù)據(jù)右移一次，輸出時以并行方式出現(xiàn)。WAIT:JNBTI,WAIT;發(fā)送一個字節(jié)后TI=1

標志一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢

CLRTI;清發(fā)送中斷標志，準備發(fā)送下一字節(jié)13第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日方式0輸入：當REN=1，接收中斷標志RI=0，則啟動接收，移位脈沖仍從TXD端輸出，數(shù)據(jù)從RXD端輸入，當一個字節(jié)數(shù)據(jù)輸入完畢時，置1接收中斷標志RI。

2.方式1異步通訊。發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為10位，其格式是：

18位數(shù)據(jù)0

SCON中SM0,SM1為01則選方式114第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日發(fā)送過程：①

啟動發(fā)送：執(zhí)行一條訪問SBUF的指令即啟動發(fā)送，且同時1裝入第9位。②

發(fā)送一位的時間：由選定的波特率決定。③

發(fā)送過程：首先起始位0從TXD腳發(fā)出，且第9位寫入1，然后每個移位脈沖將SBUF中數(shù)據(jù)右移一位，從TXD輸出，空位由0填充。發(fā)送結(jié)束后，置位發(fā)送中斷標志TI，申請中斷。15第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日接收過程：當REN=1，且接收中斷標志RI=0時，允許接收。①

判斷起始位：以選定波特率的16倍速率采樣RXD端，當連續(xù)三次采樣中有兩次是0時，則確認為起始位0，此時開始一幀數(shù)據(jù)的接收。②

開始接收：1FFH寫入移位寄存器，每個位移脈沖左移一位，一幀數(shù)據(jù)接收完后置1接收中斷標志，申請中斷。移位脈沖的頻率由選定波特率決定。③

判斷保留數(shù)據(jù)的條件保留數(shù)據(jù)的條件是：RI=0、SM2=0或者RI=0、停止位為1，符合兩組條件其中之一則將數(shù)據(jù)保留在SBUF中，并置位接收中斷標志RI。若不符合保留數(shù)據(jù)的條件，則將收到的數(shù)據(jù)丟棄，重新檢測RXD端以備下次接收。16第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.方式2.異步發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為11位，其格式為：

1第9位8位數(shù)據(jù)0

發(fā)送與接收操作同方式1，注意保留數(shù)據(jù)的兩組條件為：RI=0、SM2=0或者RI=0、第9位數(shù)據(jù)為1

4.方式3與方式2相同的是異步接收發(fā)送一幀數(shù)據(jù)是11位，但波特率與方式2不同。

注：所有方式當發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)置1TI和RI中斷標志后，必須軟件清0，以備下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。17第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日三.SCON中的TB8、RB8第9位數(shù)據(jù)的用法舉例在數(shù)據(jù)通訊中，由于傳輸距離較遠，數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中可能發(fā)生畸變，從而引起誤碼，為了保證傳輸質(zhì)量，除了硬件上采取措施之外，軟件可采取排錯措施，例如可用第9位數(shù)據(jù)作為奇偶檢驗。例：

發(fā)送端發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)及奇偶位：MOVSCON,#80H;選串行口方式2，傳送11位數(shù)據(jù)MOVA,#DATA;待發(fā)送8位數(shù)據(jù)送A，注意此時A的內(nèi)容將影響PSW中的奇偶標志P,即PSW.0MOVC,PSW.0;奇偶標志送C，奇為1、偶為0MOVTB8,C;奇偶標志送TB8，待發(fā)送的第9位MOVSBUF,A;啟動一次發(fā)送共11位數(shù)據(jù)LOOP:JBCTI,NEXT;TI=1時，一幀數(shù)據(jù)發(fā)完，清TI轉(zhuǎn)下SJMPLOOP…………….NEXT:…18第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日接收端將收到的數(shù)據(jù)用奇偶校驗位進行核對排錯：

MOVSCON,#90H;選方式2，10010000，REN==1，允許接收

LOOP：JBCRI,RIV;等待接收完畢

SJMPLOOPRIV：MOVA,SBUF;接收完一幀數(shù)據(jù)取出送A

此時收到的數(shù)據(jù)將影響PSW中奇偶位PSW.0JBPSW.0,ONE;為奇跳下

JBRB8,ERR;接收到的數(shù)據(jù)為偶，而第9位為1，出錯

SJMPLD;接收正確

ONE：JNBRB8,ERR;接收到的第9位不為1，出錯

LD：……………;接收正確

ERR：…………….;接收出錯處理，可通知對方重發(fā)

19第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日

四.用SCON中的SM2實現(xiàn)多機通訊在方式2和方式3中，當接收到一幀數(shù)據(jù)時，只有符合下列條件之一數(shù)據(jù)才會被保留，否則將被丟棄：①RI=0②RI=0SM2=0第九位數(shù)據(jù)為11.多機通訊時約定主機發(fā)出地址信息時第9位為1，而數(shù)據(jù)信息第9位為0，且初始化時使SM2=12.主機先向各從機發(fā)出地址信息，此時由于地址信息第9位為1，各從機接收到的信息均符合第②組條件而被接收保存，各從機即將收到的地址信息與自己的地址相比較，如果與本機地址相符則使SM2=020第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.隨后主機向各從機發(fā)出數(shù)據(jù)，第9位為0，各從機收到后均不符合條件②，只有地址相符的從機由于SM2=0符合條件①而保存接收到的數(shù)據(jù)信息，其余各從機均將數(shù)據(jù)信息丟棄，這就實現(xiàn)了點對點的多機通訊。第三節(jié)波特率的制定方法一.方式0：以下以B代表波特率，以f代表晶振頻率方式0的波特率固定為晶振頻率的1/12

例如6M晶振，則B=6M/12=0.5M位/秒=0.5×106波特傳送一位所需時間是：2微秒注：方式0波特率只與晶振頻率f有關(guān)，f愈大傳送速度愈快。

21第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日二.方式2：

B=f×2SMOD/64其中SMOD是PCON的最高位，可為0或1，以f=6M為例：當SMOD=0B=6M×20/64=93750波特當SMOD=1B=6M×21/64=187500波特注：方式2波特率與晶振頻率和SMOD有關(guān)，一經(jīng)選定晶振頻率，波特率只有兩種可選擇。22第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日三.方式1和方式3：

B=T1溢出率×2SMOD/32

什么是溢出率？溢出率即定時器每秒溢出的次數(shù)。由于定時器工作于不同的工作方式時，具有不同的計數(shù)器位數(shù)，(13位、16位、8位)，裝入不同的初始常數(shù)，因此溢出率也不同。下面從溢出周期(隔多長時間溢出一次)來推出溢出率：23第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日溢出周期：T=TC+TI

式中：TC

為定時器的定時間隔

TC=(2N-Z)×機器周期其中Z是定時器的初始常數(shù)N當定時器選擇方式0、1、2時分別為13、16、8機器周期為12/f

24第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日TI為本次定時結(jié)束到下次啟動定時的時間，它包括：a：轉(zhuǎn)入中斷入口的硬件子程序所需的3個機器周期b：中斷服務(wù)程序中重裝時間常數(shù)又返回所需時間，一般為6個機器周期TI=9×12/f所以，溢出周期為：T=TC+TI

=(2N-Z)×12/f+9×12/f

=(2N-Z+9)×12/ff溢出率=1/T=(2N-Z+9)×1225第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

需要說明的是上述公式是對定時器方式0和1而言，對于定時器方式2則由于可自動重裝時間常數(shù)而省去了轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)重裝時間常數(shù)所需的9個機器周期，即TI=0因此定時器方式2時溢出率為：

f溢出率=(2N-Z)×12

26第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

綜上分析，串行口方式1和方式3的波特率計算公式為：T1工作于方式0和方式1時

B=f×2SMODN=13或16①(2N-Z+9)×1232

T1工作于方式2時

B=f×2SMODN=8②(2N–Z)×1232

27第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日由①式以f=6M為例T1方式0：當SMOD=0、Z=0時獲得最小波特率：

B=1.905≈2波特當SMOD=1、Z=1FFFH時獲得最大波特率：

B=3125波特T1方式1：波特率范圍為0.24～3125波特由②式，T1方式2：波特率范圍為61～31250波特

28第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日例編一程序，設(shè)置8031串行口可發(fā)送接收一幀數(shù)據(jù)為11位，其波特率選定125波特。設(shè)晶振頻率為6MHZ分析：

1.方式2和方式3可發(fā)送接收11位數(shù)據(jù)。若選方式2B=f×2SMOD/64=6×106×2SMOD/64當SMOD=0時B=93750波特當SMOD=1時B=187500波特均不可滿足125波特，因此只能選方式3SCON：

11010000

方式3允許接收D0H29第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.設(shè)置計算波特率：選T1方式2，其波特率范圍為61~31250波特可滿足125波特。T1工作于方式2時

B=f×2SMOD

選SMOD=1

(2N–Z)×1232

則：B=6×106×21=125解之得Z=6

(28–Z)×1232

30第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日程序如下：

ORG0000HAJMPMAINORG0023HAJMPPPT0MAIN:MOVSP,#60HMOVSCON,#0D0H;串行口方式3，允許接收

MOVPCON,#80H;SMOD=1MOVTMOD,#00100000B;T1方式2定時

MOVTL1,#06H;設(shè)置波特率125波特

MOVTH1,#06HSETBEA;允許CPU中斷

SETBES;允許串行口中斷

SETBTR1;啟動T1發(fā)出波特率

……………….