單片微機(jī)原理 第四章 43定時、中斷、串行

4.3串行口及其通信方式根本通信方式計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。串行通信是CPU與外界交換信息的一種根本通信方式。常用通信方式有兩種：并行通信——所傳送數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或接受；串行通信——所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接受并行通信方式的特點(diǎn)：傳送速度快，但傳輸線多，價格較貴，適合近距離傳輸。串行通信方式的特點(diǎn)：傳送速度較慢，需傳輸線少，適合遠(yuǎn)距離傳輸。計(jì)算機(jī)1GND計(jì)或算外機(jī)設(shè)2GND計(jì)算機(jī)1GND計(jì)或算外機(jī)設(shè)2GND幾個概念傳送編碼：用二進(jìn)制數(shù)對傳送字符編碼。常用的編碼有：ASCII碼和擴(kuò)展BCD碼〔同步通信〕串行通信分同步和異步兩種方式異步方式：在異步通信中數(shù)據(jù)或字符是分為一幀一幀地傳送，在幀格式中先用一個起始位“0〞表示字符的開始，然后是5~8位數(shù)據(jù)，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗(yàn)位〔可省略〕，最后一位停止為“1〞表示字符結(jié)束，構(gòu)成一幀。01D7D6D5D4D3D2D1D0P異步傳送格式0D0同步方式:在同步通信中，在數(shù)據(jù)或字符開始處就用一同步字符來指示〔常約定1~2個〕，由時鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，一旦檢測到與規(guī)定的同步字符符合，下面就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。同步方式:在同步通信中，在數(shù)據(jù)或字符開始處就用一同步字符來指示〔常約定1~2個〕，由時鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，一旦檢測到與規(guī)定的同步字符符合，下面就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。SYS字符1SYS字符2連續(xù)傳送的數(shù)據(jù)波特率〔Baudrate〕:是異步通信中對數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定。即每秒鐘傳送多少位二進(jìn)制數(shù)。如果數(shù)據(jù)傳送的速率為每秒鐘傳送240個字符，每個字符由1個起始位8個數(shù)據(jù)位，一個停止位組成，傳送波特率為：10x240=2400b/s=2400波特率異步通信的傳送速度一般在50~9600波特率之間。通信方向：在串行通信中，如果通信接口只能發(fā)送或接受，這種單向傳送的方法稱單工傳送。通常數(shù)據(jù)需在兩機(jī)之間雙向傳送，這種方式稱雙工傳送。在雙工傳送方式中，如果接收和發(fā)送不能同時進(jìn)行，只能分時接收和發(fā)送，這種方式稱半雙工傳送；如果接收和發(fā)送可以同時進(jìn)行，那么稱全雙工傳送。4.3.1串行口結(jié)構(gòu)8051的串行口是一個可編程的全雙工串行通信接口，通過編程控制，該口可以同時進(jìn)行發(fā)送和接收。串行通信數(shù)據(jù)幀的格式有8位、10位、11位，并能設(shè)置各種波特率，使用方便靈活。8051串行口結(jié)構(gòu)框圖如圖4—5所示。串行口結(jié)構(gòu)

一、數(shù)據(jù)緩沖存放器SBUF數(shù)據(jù)緩沖存放器共兩個，一個對應(yīng)發(fā)送，一個對應(yīng)接收。當(dāng)CPU向SBUF寫入時，數(shù)據(jù)進(jìn)入發(fā)送存放器，同時啟動串行發(fā)送;CPU讀SBUF時，實(shí)際是讀接收存放器數(shù)據(jù)。注意：兩個SBUF用同一個地址99H。二、串行控制存放器SCONSCON控制串行通信方式的選擇、接收、發(fā)送及保存串行口的狀態(tài)。其格式如下圖：8051單片微機(jī)通過對SCON的設(shè)置、檢測與讀、取來管理串行口的通信。三、專用存放器PCONPCON的最高位SMOD是串行口波特率倍增位。當(dāng)SMOD=1時，波特率加倍，復(fù)位時，SMOD=0。

D7D6D5D4D3D2D1D0

接收中斷標(biāo)志位發(fā)送中斷標(biāo)志位接收數(shù)據(jù)/地址標(biāo)志位RB8=0接收的是數(shù)據(jù)，RB8=1接收的是地址發(fā)送數(shù)據(jù)/地址標(biāo)志位RB8=0發(fā)送的是數(shù)據(jù)，RB8=1發(fā)送的是地址串行接收允許位REN=0允許接收，REN=1禁止接收功能控制方式選擇控制8051單片微機(jī)正是通過對SCON的設(shè)置、檢測與讀、取來管理串行口的通信。SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI三、輸入移位存放器輸入移位存放器的作用是在接收到外部數(shù)據(jù)后，先進(jìn)入輸入移位存放器，再送入接收緩沖存放器SBUF。這樣起到了雙緩沖作用，防止第1幀數(shù)據(jù)沒取走，第2幀數(shù)據(jù)又輸入，造成數(shù)據(jù)重迭的錯誤4.3.2串行口工作方式SCON中最高兩位SM0、SM1是方式選擇控制位。兩位組合出四種狀態(tài)：00、0l、10、11，正好對應(yīng)串行口的方式0、方式1、方式2、方式3四種工作方式。方式0:串行口為同步移位存放器方式，波特率固定為fosc/12。該方式主要用于I／O口擴(kuò)展，串行數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)端送出。發(fā)送時，8位數(shù)據(jù)以fosc/12的波特率從RXD端輸出(低位在前)，發(fā)送完置中斷標(biāo)志TI為“l(fā)〞。接收時，當(dāng)REN＝l時，RXD以fosc/12的波特率接收數(shù)據(jù)(低位在前)，接收完8位數(shù)據(jù)，置RI為“1〞。方式1串行口為10位異步通信口。一幀信息10位(包括起始標(biāo)志“O〞和停止標(biāo)志位“l(fā)〞及8位數(shù)據(jù))。2SMOD波特率——×T1溢出率32發(fā)送時，只要數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF，就啟動發(fā)送器，數(shù)據(jù)那么從TXD端輸出。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)．把TI置“1〞申請中斷。接收時REN＝l，數(shù)據(jù)從RXD端輸入。當(dāng)采樣到起始位為“0〞，開始接收一幀數(shù)據(jù)，采到停止位為“l(fā)〞此時RI＝0(或SM2=0)，那么把RI置“1〞。注意：方式1，發(fā)送前先清TI，接收前先清RI和SM2。方式2串行口為11位異步通信口。一幀信息由11位組成。除了起始位0、停止位l和8位數(shù)據(jù)還有一位可編程位(第9位)，存放數(shù)據(jù)地址標(biāo)志。發(fā)送時，寫SBUF地址，把8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，同時把數(shù)據(jù)/地址標(biāo)志TB8狀態(tài)送入第9位，從TXD端送出一幀數(shù)據(jù)，置TI為“l(fā)〞。接收時，RKN＝l允許接收，RB8接收的是TB8狀態(tài)。RB8=0表示接收的是數(shù)據(jù)，RB8＝l表示接收的是地址。在多機(jī)通信中能否接收還受SM2控制，2SMOD方式2波特率＝——fOSC64方式3:2SMOD方式3波特率為——×T1溢出率32除此之外，方式3與方式2通信方式完全相同。說明:表中用到的SMOD是專用存放器PCON的最高位(其它位無用)，SMOD是串行口波特率倍增位。SMOD=1時波特率加倍4.3.3串行口通信舉例串行口通信，要進(jìn)行波特率設(shè)置、通信雙方的約定以及接收、發(fā)送程序設(shè)計(jì)。一、波特率設(shè)置在串行通信中，接收和發(fā)送雙方的波特率必須一致。因此，首先要約定通信波特率，根據(jù)需要設(shè)置合理的發(fā)送、接收速率。波特率和串行口工作方式有關(guān)。方式0：波特率固定為時鐘頻率fosc的十二分之一，且不受SMOD影響。假設(shè)fosc＝12MHz，波特率為fosc/12即1Mb／s。方式2：波特率與SMOD值有關(guān)其關(guān)系式為：2SMOD波特率＝———·fosc64假設(shè)fosc＝12MHz，SMOD＝0波特率＝187．5kb／sSMOD＝l波特率＝375kb／s

方式l和方式3：

波特率可變8051單片機(jī)在串行口方式1和方式3兩種方式工作時，常用定時器T1為波特率發(fā)生器。T1的溢出率和SMOD共同決定波特率，其關(guān)系式如下：2SMOD波特率＝---------·T1溢出率32T1的溢出率取決于T1的工作方式和初值。T1常設(shè)置為定時方式(C/T＝0)，方式2(自動裝初值)，即TL1作8位計(jì)數(shù)器、TH1存放備用初值。設(shè)定時器初值為X那么計(jì)數(shù)速率fosc/12fosc溢出率＝———＝————＝————(代入上式)256-X256-X12(256-X)

2SMODfosc波特率=————·————3212(256-X)從表達(dá)式可見，這種方式波特率隨fosc、SOMD及初值x而變化，都會引起波特率的改變。為方便，波特率可查表。注意：假設(shè)C／T＝1，T1為計(jì)數(shù)方式，這時的計(jì)數(shù)速率取決于外部輸入脈沖頻率。在串行通信設(shè)置中，經(jīng)常根據(jù)波特率和時鐘頻率，計(jì)算定時器T1的初值。表

常用的波特率及計(jì)算器初值例假設(shè)805l單片機(jī)時鐘頻率11.059MHz，需要波特率2400b／s，試計(jì)算T1初值。解：設(shè)T1為工作方式2，選SMOD＝0根據(jù)2SMODfosc波特率=────·──────32

12(256-X)

fosc×2SMODx＝256-───────384×波特率把fosc、SMOD、波特率代入式中那么：

11.059×106×20x＝256-────────＝244D＝F4H384×2400只要把F4H裝入TH1和TTL1，那么T1發(fā)出的波特率為2400b/s。二、串行口雙機(jī)通信設(shè)兩個8051系統(tǒng)直接通信，甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收，如圖4—6所示。

圖4—6雙機(jī)通信示意圖RXD8051(甲機(jī))TXD

GNDTXD8051RXD(乙機(jī))

GND1．通信任務(wù)及約定任務(wù)：甲機(jī)將外部數(shù)據(jù)存儲器4000H～40FFH單元的內(nèi)容向乙機(jī)發(fā)送，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先將數(shù)據(jù)塊長度發(fā)送給乙機(jī)，發(fā)送完256B，向乙機(jī)發(fā)送一個累加校驗(yàn)和。乙機(jī)接收甲機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并存入乙機(jī)以4000H為首地址的外部數(shù)據(jù)存儲器中。首先接收數(shù)據(jù)長度，然后接受數(shù)據(jù)，接受完256B，最后接受累加和校驗(yàn)碼之后，進(jìn)行一次累加和校驗(yàn)，數(shù)據(jù)全部接收完畢且校驗(yàn)碼比較時向甲機(jī)送出狀態(tài)字，表示傳送狀態(tài)。雙機(jī)通信必有許多約定，以保持兩者數(shù)據(jù)傳送正常。設(shè)約定如下：①波特率約定為2400即T1方式2，常數(shù)為F4H，SMOD=0。②行口初始化為方式1，允許接收方式。③工作存放器設(shè)置R5為累加和存放器，R4為頁內(nèi)計(jì)數(shù)器，R6為數(shù)據(jù)塊長度存放器。2.雙機(jī)通信程序發(fā)送程序TRT：MOVTMOD，#20HMOVTH1，#0F4H;T1初始化MOVTL1，#0F4HSETBTR1MOVSCON，#50H；串行口初始化方式1，允許接收MOVPCON，#00H；置SMOD＝0RPT：MOVDPTR，#4000H；送數(shù)據(jù)塊首地址MOVR6，#00H；數(shù)據(jù)塊長度初值→R6MOVR5，#00H；累加和存放器清“0〞MOVSBUF，R6；發(fā)送長度L1：JBCT1，L2；等待發(fā)送，TI＝1發(fā)送結(jié)束AJMPL1L2：MOVXA，@DPTR；讀數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)MOVSBUF，A；發(fā)送數(shù)據(jù)ADDA，R5；累加MOVR5，A；累加和送R5INCDPTR；地址加1L4：JBCT1，L3；等待發(fā)送AJMPL4L3：DJNZR6，L2；判斷256個數(shù)是否發(fā)送完MOVSBUF，R6；假設(shè)R6＝0，256個數(shù)發(fā)送完，發(fā)校驗(yàn)碼MOVR5，#00HL6：JBCTI，L5；等待發(fā)送校驗(yàn)碼結(jié)束AJMPL6L5：JBCRI，L7；等待接收乙機(jī)發(fā)來的結(jié)束標(biāo)志碼AJMPL5L7：MOVA,SBUFJZL8；標(biāo)志碼為00H，接收正確AJMPRPT；發(fā)送有錯，重發(fā)L8：RET乙機(jī)接收程序RSU：MOVTMOD，#20HMOVTH1，#0F4HMOVTL1，#0F4HSETBTR1MOVSCON，#50H