單片機(jī)_3串口

1、1. 簡(jiǎn)單收發(fā)，使用串口調(diào)試工具2. 使用數(shù)碼管顯示發(fā)送過來的數(shù)據(jù)3. 協(xié)議制定，效驗(yàn)和，地址 單片機(jī)串行數(shù)據(jù)通信第一節(jié) 概 述一、串行通信基本原理計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。基本的通信方法有并行通信和串行通信兩種。并行通信的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高。并行數(shù)據(jù)傳送的距離小于30米。并行通信依靠并行1/O接口實(shí)現(xiàn)。串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。二、兩種串行通信方式串行通信根據(jù)通訊雙方是否采

2、用同一個(gè)時(shí)鐘，又分為異步通信和同步通信兩種方式。1、異步通信方式異步通信用起始位"0”表示字符的開始，然后從低位到高位逐位傳送數(shù)據(jù)，最后用停止位“1”表示字符結(jié)束，見圖。一個(gè)字符又稱一幀。圖中a，一幀信息包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。圖b中，數(shù)據(jù)位增加到9位。在MCS-51計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，第九位數(shù)據(jù)D8可以用作奇偶校驗(yàn)位，也可以用作地址/數(shù)據(jù)幀標(biāo)志，D81表示該幀信息傳送的是地址，D8=0表示傳送的是數(shù)據(jù)。兩幀信息之間可以無間隔，也可以有間隔，且間隔時(shí)間可任意改變，間隔用空閑位1來填充。1）、波特率（Baud rate）：每秒傳送的位數(shù)。每秒傳送一個(gè)格式位就是1波特。即： 1

3、波特=lbps(位秒)例如電傳打字機(jī)的傳送速率每秒10個(gè)字符，若每個(gè)字符為11位，則波特率為11位字符×10字符/s110位/s2）、幀（frame）：從起始位開始到停止位結(jié)束的全部?jī)?nèi)容稱之為一幀，幀是一個(gè)字符的完整通信格式，因此也就把串行通信的字符格式稱之為幀格式。起始位：發(fā)送器是通過發(fā)送起始位而開始一個(gè)字符的傳送。起始位使數(shù)據(jù)線處于“space”狀態(tài)。數(shù)據(jù)位：起始位之后就傳送數(shù)據(jù)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前（左），高位在后（右）。數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位。奇偶校驗(yàn)位：用于對(duì)字符傳送作正確性檢查。共有3種可能，即奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)。停止位：停止位在最后，用以標(biāo)志一個(gè)字符傳送的結(jié)

4、束，它對(duì)應(yīng)于mark狀態(tài)。停止位可能是1、1. 5或2位，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需要確定。2、同步通信方式在同步通信中，數(shù)據(jù)中的每一位的傳送都是在同一個(gè)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行的。每一數(shù)據(jù)塊開頭時(shí)發(fā)送一個(gè)或兩個(gè)同步字符，使發(fā)送與接收雙方取得同步。數(shù)據(jù)塊的各個(gè)字符間取消了起始位和停止位，所以通信速度得以提高，見圖7一3。同步通信時(shí)，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)塊之間有間隔時(shí)間，則發(fā)送同步字符填充。三、串行通信的數(shù)據(jù)通路形式串行數(shù)據(jù)通信共有以下幾種數(shù)據(jù)通路形式。1、單工(Simplex)形式單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的。通信雙方中一方固定為發(fā)送端，另一方則固定為接收端。單工形式的串行通信，只需要一條數(shù)據(jù)線。如圖8.4所示。例如

5、計(jì)算機(jī)與打印機(jī)之間的串行通信就是單工形式，因?yàn)橹荒苡杏?jì)算機(jī)向打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)，而不可能有相反方向的數(shù)據(jù)傳送。2、全雙工(Full-duplex)形式全雙工形式的數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此全雙工形式的串行通信需要兩條數(shù)據(jù)線。如圖8. 5所示。3.半雙工(Half-duplex)形式半雙工形式的數(shù)據(jù)傳送也是雙向的。但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工形式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。如圖86所示。MCS-51串行結(jié)構(gòu)與工作原理串行口結(jié)構(gòu)如上所述，MCS - 51串行1/O接口的基本工作是：發(fā)送時(shí)，將CPU送來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的串行

6、數(shù)據(jù)，從引腳TXD（P31）上按規(guī)定的波特率逐位輸出；接收時(shí)，要監(jiān)視引腳RXD（P3.0），一旦出現(xiàn)起始位“0”，就將外圍設(shè)備送來的一定格式的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，等待CPU讀人。接收緩沖器是雙緩沖的，是為了避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時(shí)響應(yīng)接收器的中斷，把上幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問題而設(shè)置的雙緩沖結(jié)構(gòu)。對(duì)于發(fā)送緩沖器，為了保持最大傳輸率，一般不需要雙緩沖，這是因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問題。 第二節(jié) 串行接口控制與狀態(tài)寄存器1、串行口控制寄存器SCON功能說明如下：·SM0、SM1串行口工作方式選擇位其狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的工作方式為：·S

7、M2多機(jī)通信控制位SM2位主要用于方式2和方式3。當(dāng)串行口方式2或方式3接收時(shí)，如SM2=1，則只有當(dāng)接收到的第九位數(shù)據(jù)(RB8)為1，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；否則，將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。而當(dāng)SM2=0時(shí)，則不論第九位數(shù)據(jù)為0還是為1，都將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 ·REN允許接收位 REN=0 禁止接收 REN=1 允許接收該位由軟件置位或復(fù)位。·TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8在方式2和方式3時(shí)，TB8的內(nèi)容是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，其值由用戶通過軟件設(shè)置。在雙機(jī)通信時(shí)，TB8一般作為奇偶校驗(yàn)位使用；在多機(jī)通信中，常以TB8位的狀

8、態(tài)表示主機(jī)發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，且一般約定：TB8=0為數(shù)據(jù)幀 TB8=1為地址幀。·RB8接收數(shù)據(jù)位8在方式2或方式3時(shí)，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，代表著接收數(shù)據(jù)的某種特征（與TB8的功能類似），故應(yīng)根據(jù)其狀態(tài)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。·TI發(fā)送中斷標(biāo)志當(dāng)方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，于發(fā)送停止位之前，由硬件置位。因此TI=1，表示幀發(fā)送結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可請(qǐng)求中斷。TI位由軟件清“0”。·RI接收中斷標(biāo)志當(dāng)方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，當(dāng)接收到停止位時(shí)，該位由硬件置位。因此RI=1，

9、表示幀接收結(jié)束。其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可以請(qǐng)求中斷。RI位由軟件清“0”。2、電源控制寄存器PCONSMOD串行口波特率的倍增位當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SMOD0。3、中斷允許寄存器IEES=0 禁止串行中斷 ES=1 允許串行中斷 一、 方式21、電路邏輯結(jié)構(gòu)初始化時(shí)，8位計(jì)數(shù)初值同時(shí)裝入TL0和TH0中。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，置位TF0，同時(shí)把保存在預(yù)置寄存器TH0中的計(jì)數(shù)初值自動(dòng)加載TL0，然后TL0重新計(jì)數(shù)。串行口的工作方式MCS - 51單片機(jī)中的異步通信串行接口能方便地與其他計(jì)算機(jī)或傳送信息的外圍設(shè)備（如串行打印機(jī)、CPU終端等）實(shí)現(xiàn)雙機(jī)、多機(jī)通信。串行

10、口有4種工作方式，見表7一1。方式0并不用于通信，而是通過外接移位寄存器芯片實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展并行1/O接口的功能。該方式又稱為移位寄存器方式。方式1、方式2、方式3都是異步通信方式。方式1是8位異步通信接口。一幀信息由10位組成，其格式見圖7一2a。方式1用于雙機(jī)串行通信。方式2、方式3都是9位異步通信接口、一幀信息中包括9位數(shù)據(jù)，1位起始位，1位停止位，其格式見圖7一2b。方式2、方式3的區(qū)別在于波特率不同，方式2、方式3主要用于多機(jī)通信，也可用于雙機(jī)通信。一、串行接口的工作方式0SM00、SM10串行口工作于方式0, 即串行寄存器方式或稱為同步移位寄存器輸入輸出方式。CPU執(zhí)行一條寫SBUF的指令

11、如MOV SBUF ，A就啟動(dòng)了發(fā)送過程。發(fā)送的時(shí)序見圖7-1。接收時(shí)序見圖7-2 圖7-1 方式0發(fā)送時(shí)序圖7-2 方式0接收時(shí)序串行口方式0不適用于兩個(gè)8051之間的數(shù)據(jù)通信，但可通過外接移位寄存器來擴(kuò)展單片機(jī)的接口。例如，可以采用74LS164可以擴(kuò)展并行輸出口，74LS165可以擴(kuò)展輸入口。二、串行口工作方式1SM00，SM11串行口接口工作于方式1，即將8位異步通信接口方式，RXD為接收端，TXD為發(fā)送端。一幀信息由10位組成，方式1的波特率可變，由定時(shí)器計(jì)數(shù)器1或定時(shí)器計(jì)數(shù)器2的溢出速率以及SMOD（PCON.7）決定。1.發(fā)送CPU執(zhí)行一條寫SBUF指令后便啟動(dòng)了串行口發(fā)送，數(shù)據(jù)

12、從TXD輸出，時(shí)序見圖7-8a。在指令執(zhí)行期間，CPU送來“寫SBUF”信號(hào)，將并行數(shù)據(jù)送入SBUF，并啟動(dòng)發(fā)送控制器，經(jīng)一個(gè)機(jī)器周期，發(fā)送控制器的SEND、DATA相繼有效，通過輸出控制門從TXD上逐位輸出一幀信號(hào)。一幀信號(hào)發(fā)送完畢后，SEND、DATA失效，發(fā)送控制器硬件置發(fā)送中斷標(biāo)志TI1，向CPU申請(qǐng)中斷。2.接收方式1的接收時(shí)序見圖7-8b。允許接收位REN被置1接收器就開始工作，跳變檢測(cè)器以波特率16倍的速率采樣RXD引腳上電平，當(dāng)采樣到從1到0的負(fù)跳變時(shí)，啟動(dòng)接收控制器接收數(shù)據(jù)，由于發(fā)送、接收雙方各自使用自己的時(shí)鐘，兩者的頻率總有少許差異。為了避免這種影響，控制器將1位送時(shí)間等分

13、成16分、位檢測(cè)器在7、8、9三個(gè)狀態(tài)也就是在位信號(hào)中央采樣RXD三次。 而且，三次采樣中至少兩次相同的值被確認(rèn)為數(shù)據(jù)，這是為了減小干擾的影響。如果起始位接收到的值不是0，由起始位無效，復(fù)位接收電路。如果起始位為0，則開始開始接收本幀其他數(shù)據(jù)?？刂破靼l(fā)出的內(nèi)部移位脈沖將RXD上的數(shù)據(jù)逐位移入移位寄存器，當(dāng)8位數(shù)據(jù)及停止位全移入后：(1)如果RI0、SM20，接收控制器發(fā)出“裝載SBUF”信號(hào)，將8位數(shù)據(jù)裝入接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，停止裝入RB8，并置RI1，向CPU申請(qǐng)中斷。(2)如果RI0、SM21，那么只有停止位為1時(shí)才發(fā)生上述動(dòng)作。(3)如果RI0、SM21且停止位為0，（通常由傳輸過程

14、中的干擾所致）所接收的數(shù)據(jù)應(yīng)會(huì)丟失，不再恢復(fù)。(4)如果RI1，則所接收的數(shù)據(jù)在任何情況下都會(huì)丟失。無論出現(xiàn)哪一種情況，跳變檢測(cè)器將繼續(xù)采樣RXD引腳的負(fù)跳變，以便接收下一幀信息。接收器采用移位寄存器和SBUF雙緩沖結(jié)構(gòu)，以避免在接收后一幀數(shù)據(jù)之前，CPU尚未及時(shí)響應(yīng)中斷將前一幀數(shù)據(jù)取走，造成兩幀數(shù)據(jù)重疊問題。采用雙緩沖器后，前、后兩幀數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF的時(shí)間間隔至少有10個(gè)位傳送周期。在后一幀數(shù)據(jù)送入SBUF之前，CPU有足夠的時(shí)間將前一幀數(shù)據(jù)取走。三、串行接口工作方式2和與方式3串行口工作在方式2、方式3時(shí)，為9位異步通信接口。發(fā)送或接收的一幀信息由11位組成，見圖7-2b。方式2與方式3僅

15、波特率不同，方式2的波特率為fosc/32（SMOD1時(shí)）或fosc/64（SMOD0時(shí)），而方式3的波特率由定時(shí)器計(jì)數(shù)器具或定時(shí)器計(jì)數(shù)器2及SMOD決定。1.發(fā)送方式2、方式3發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，附加的第九位數(shù)據(jù)由SCON中的TB8提供。CPU執(zhí)行一條寫入SBUF的指令后立即啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送完一幀信息后由硬件置TI=1。2.接收與方式1相似，REN置1后，跳變檢測(cè)器不斷對(duì)RXD引腳采樣。當(dāng)采樣到負(fù)跳變后就啟動(dòng)接收控制器。位檢測(cè)器對(duì)每位數(shù)據(jù)采集3個(gè)值，用采3取2辦法確定每位的數(shù)值。當(dāng)?shù)诰盼粩?shù)據(jù)移入移位寄存器后，將8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，第九位數(shù)據(jù)裝入RB8，并置RI=1，其時(shí)序見圖2-26b。與方式1相同，方式2、方式3中也設(shè)置有數(shù)據(jù)辨別功能，即當(dāng)RI1或SM21且第九位數(shù)據(jù)為0時(shí)所接收的一幀信息被丟失。四、波特率的設(shè)計(jì) 方式1的波特率是可變的，以定時(shí)器T1