單片機課件的串行口

單片機課件的串行口1第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.1.1并行通信和串行通信 計算機采用二進制數(shù)字（位）表示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從一臺計算機向另一臺計算機傳輸稱為通信。 數(shù)據(jù)通信有兩種方式：并行通信和串行通信。6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念并行通信串行通信2第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.2串行通信方式串行通信有單工通信、半雙工通信和全雙工通信3種方式。

單工通信3第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.2串行通信方式串行通信有單工通信、半雙工通信和全雙工通信3種方式。半雙工方式4第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.2串行通信方式串行通信有單工通信、半雙工通信和全雙工通信3種方式。半雙工方式5第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（一）異步方式

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.3數(shù)據(jù)通信的同步方式異步方式的一幀數(shù)據(jù)格式

用一個起始位表示一個字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，數(shù)據(jù)位則在起始位之后、停止位之前。通信時，數(shù)據(jù)從低位開始傳送。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在數(shù)據(jù)位之后緊跟一位奇偶校驗位，用于有限差錯檢測。當(dāng)數(shù)據(jù)不需進行奇偶校驗時，此位可省略。6第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（一）異步方式

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.3數(shù)據(jù)通信的同步方式異步通信中數(shù)據(jù)傳送格式7第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（一）異步方式在異步通信時，通信的雙方必須遵守以下基本約定：（1）字符格式必須相同；（2）通信速率必須相同。

6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.3數(shù)據(jù)通信的同步方式8第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（一）異步方式串行通信的速率也稱為波特率，波特率是指每秒傳送二進制代碼的位數(shù)，單位為位/秒（bit/s）。假設(shè)一臺設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率為240字符/秒，異步通信方式時，字符格式位為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，則波特率為：240×10=2400bit/s

每一個二進制代碼位的傳送時間為波特率的倒數(shù)：

異步通信的波特率一般在50～19200bit/s之間。6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.3數(shù)據(jù)通信的同步方式9第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（二）同步方式每個數(shù)據(jù)位占用的時間都相等，發(fā)送器按照一個基本相同的時間單位發(fā)送一個數(shù)據(jù)位，接收器必須與傳輸符號同步，使采樣的定時脈沖周期與碼元相匹配，即發(fā)送時鐘與接收時鐘必須同步。在同步方式時，是以塊的形式傳送，數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)之間沒有間隔。傳送數(shù)據(jù)塊時，在數(shù)據(jù)塊之前加上同步字符（SYN），緊接著連續(xù)傳送數(shù)據(jù)，并用準確的時鐘來保證發(fā)送端與接收端的同步，當(dāng)線路空閑不斷地發(fā)送同步字符。一個大的數(shù)據(jù)塊可以分解成若干個小的數(shù)據(jù)塊，每個小數(shù)據(jù)塊之間依靠同步字符來區(qū)別。6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念6.1.3數(shù)據(jù)通信的同步方式10第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.1MCS－51單片機的串行口結(jié)構(gòu)MCS－51單片機串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)11第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日

串行口的工作有多種方式，由串行口控制寄存器（SCON）、波特率控制寄存器（PCON）及SBUF實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，在工作過程中，需要提供接收和發(fā)送的頻率信號。在接收方式下，串行數(shù)據(jù)通過RXD（P3.0）進入單片機。當(dāng)接收控制器檢測到接收端RXD的負跳變時，啟動接收過程，則串行口按照程序設(shè)定的格式、以一定的頻率（波特率）接收一幀數(shù)據(jù)，接收完畢，數(shù)據(jù)存入接收緩沖器SBUF中，并置RI為1。在發(fā)送方式下，通過CPU執(zhí)行MOVSBUF，A指令啟動發(fā)送過程，數(shù)據(jù)由TXD（P3.1）一位一位的發(fā)出，發(fā)送完最后一位，將TI置1。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.1MCS－51單片機的串行口結(jié)構(gòu)12第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日（一）串行口控制寄存器（SCON，98H）：用來設(shè)置串行口的工作方式和指示串行口的工作狀態(tài)。SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRID7D6D5D4D3D2D1D0串行口工作方式多機通信選擇位允許接收選擇位發(fā)送數(shù)據(jù)的第8位接收數(shù)據(jù)的第8位接收中斷標志發(fā)送中斷標志6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.2串行口的控制13第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

（1）SM0、SM1：串行口操作方式選擇位。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.2串行口的控制

（2）SM2：方式2和3的多機通信控制位。方式2或3中，SM2＝1，只有當(dāng)RB8＝1，才會將接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF，并置RI為1。否則，將接收到的數(shù)據(jù)丟棄。而SM2＝0,不論RB8是否為1，都將前8位數(shù)據(jù)存入SBUF，并置RI為1。SCON各位的定義：14第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.2串行口的控制

（3）REN：允許串行接收位。

REN＝1允許接收，REN＝1禁止接收。（4）TB8：方式2和3時要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。

TB8可作為奇偶校驗位。在多機通信中作為發(fā)送地址幀或數(shù)據(jù)幀的標志。TB8＝1，表示該發(fā)送幀為地址幀，TB8＝0，表示該發(fā)送幀為數(shù)據(jù)幀。（5）RB8：方式2或3中接收的第9位數(shù)據(jù)可能是奇偶校驗位或地址/數(shù)據(jù)標識位；方式1中，如果SM2＝0，RB8是接收到的停止位，在方式0中，不使用RB8。（6）TI、RI：中斷標志位

RI＝1標志著接收到一幀數(shù)據(jù)。RI必須由軟件清零。

TI＝1標志著發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)。TI必須由軟件清零。 SCON各位的定義：15第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日（二）電源控制寄存器（PCON，87H）

SMOD：波特率倍增選擇位。串行口工作在方式1、方式2、方式3時，如果采用定時/計數(shù)器T1產(chǎn)生波特率，則SMOD設(shè)置為1，波特率提高一倍；SMOD＝0，波特率不會提高。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.2串行口的控制波特率選擇位16第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日（一）串行口工作方式0

在方式0時，串行口作為同步移位寄存器使用，此時，RXD作為移位寄存器的出口和入口，TXD提供移位時鐘脈沖，頻率為振蕩器頻率的1/12。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一組，低位在前，高位在后。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式17第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日（一）串行口工作方式0串行口方式0的時序6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式18第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日（二）串行口工作方式1

10位為一幀的異步串行通信方式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)，1位停止位。發(fā)送和接收頻率可設(shè)定。

TXD為發(fā)送端，RXD為接收端，數(shù)據(jù)以一定的頻率發(fā)送，由定時/計數(shù)器提供。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式19第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日（二）串行口工作方式1串行口方式1的時序6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式20第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日

發(fā)送和接收頻率（波特率BaudRate）的設(shè)定通常采用定時/計數(shù)器的方式2產(chǎn)生波特率，以避免計數(shù)初始常數(shù)的重新裝入。定時/計數(shù)器的溢出率（TimerOverflowRate）的倒數(shù)為定時/計數(shù)器的溢出周期，即定時時間。設(shè)計數(shù)初始值為X，定時時間為

為晶體振蕩器的頻率。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式21第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日

波特率BaudRate

定時/計數(shù)器的初始時間常數(shù)為：6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式22第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日（三）串行口工作方式211位為一幀的異步串行通信方式，1位起始位，9位數(shù)據(jù)，1位停止位。發(fā)送和接收頻率是固定的：有兩種情況，SMOD＝1，波特率為晶體振蕩器頻率的1/32；SMOD＝0，波特率為晶體振蕩器頻率的1/64。發(fā)送時，數(shù)據(jù)的第8位由TB8設(shè)置，而接收時，數(shù)據(jù)的第8位被放置在RB8中。接收和發(fā)送原理過程與方式1相同。支持多機通信方式。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式23第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日（三）串行口工作方式2串行口方式2、3的時序6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式24第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日（四）串行口工作方式311位為一幀的異步串行通信方式，1位起始位，9位數(shù)據(jù)，1位停止位。通信過程與方式2相同，不同的是它的波特率是可變的，計算過程與方式1相同。方式3支持多機通信方式。6.2MCS－51單片機的串行口

6.2.3串行口的控制方式25第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

串行口工作方式0的功能相當(dāng)于一個移位寄存器，常用于實現(xiàn)串行——并行、并行——串行數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換，因此，可以與具有并行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出功能的芯片結(jié)合擴展并行I/O口。常用的具有并行輸入串行輸出功能的TTL芯片有74LS165、74HC165，CMOS芯片有CD4094。具有串行輸入并行輸出功能的TTL芯片有74LS164、74HC164，CMOS芯片為CD4014。6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展26第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展8位移位寄存器74LS165的管腳圖（一）并行輸入口擴展27第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展74LS165功能表（一）并行輸入口擴展28第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展采用2片74LS165擴展的2個8位并行輸入輸出接口電路（一）并行輸入口擴展29第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展（二）并行輸出口擴展74LS164引腳圖30第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展（二）并行輸出口擴展74LS164功能表31第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日6.3串行口的應(yīng)用6.3.1并行I/O口擴展（二）并行輸出口擴展采用串行口擴展的16位并行輸出接口電路32第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日MCS-51單片機提供3種異步通信方式，與之通信的設(shè)備可以是MCS-51系列的單片機、或者其它系列的單片機或計算機。

3種異步通信方式中，最常用的是方式1和方式3，其通信的波特率是可變的，用戶可以根據(jù)實際情況進行選擇。不論哪種方式，在軟件設(shè)計時，都可以采用查詢方式和中斷方式實現(xiàn)，其數(shù)據(jù)幀的格式可以根據(jù)實際情況確定。在通信時，必須保證通信雙方采用相同的波特率和數(shù)據(jù)格式。6.3串行口的應(yīng)用6.3.2串行口異步通信33第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日例：A、B兩臺MCS-51單片機進行單工串行通信，A機工作在發(fā)送狀態(tài)，B為接收狀態(tài)，如圖6.18所示。現(xiàn)將A機片內(nèi)RAM從30H單元開始存儲的16個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送到B機，并存儲在片內(nèi)RAM20H單元開始的區(qū)域。A、B單片機的晶振頻率均為11.0592MHz，擬采用通信波特率為9600bit/s。6.3串行口的應(yīng)用6.3.2串行口異步通信（一）方式1的應(yīng)用34第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日

在數(shù)據(jù)通信之前，需要進行以下初始化編程：（1）確定定時/計數(shù)器T1的工作方式，設(shè)置TMOD。通常定時/計數(shù)器T1設(shè)定為方式2，定時模式。（2）根據(jù)波特率，計算定時/計數(shù)器T1的計數(shù)初始值，分別裝入TH1和TL1。（3）啟動定時/計數(shù)器T1，SETBTR1。（4）確定串行口工作方式，設(shè)置SCON，接收時置REN＝1。（5）如果采用中斷方式，則開放CPU中斷（EA＝1）、允許串行口中斷（ES＝1）。6.3串行口的應(yīng)用6.3.2串行口異步通信（一）方式1的應(yīng)用35第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日MCS-51單片機單工串行通信6.3串行口的應(yīng)用6.3.2串行口異步通信（一）方式1的應(yīng)用36第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日例：某一單片機應(yīng)用系統(tǒng)的串行口上外接一個串行輸入設(shè)備，單片機系統(tǒng)和該設(shè)備之間采用9位異步通信模式，第9位為數(shù)據(jù)的偶校驗位。通信波特率為2400bit/s。單片機系統(tǒng)的晶體振蕩器頻率為11.0592MHz。6.3串行