第8章單片機(jī)串行通信及其接口

1、第第8章章 串行通信及其接口串行通信及其接口8.1 概述概述8.2 MCS-51的串行口的串行口8.3 串行口的控制串行口的控制8.1 概述概述串行通信：串行通信： 數(shù)據(jù)一位接一位順序傳送，可只用一根數(shù)據(jù)線傳送多位信息。數(shù)據(jù)一位接一位順序傳送，可只用一根數(shù)據(jù)線傳送多位信息。返回本章首頁8.1 概述概述串行通信有兩種基本方式串行通信有兩種基本方式。 同步通信同步通信SYNCSYNC(Synchronous Data Communication): :嚴(yán)格同步嚴(yán)格同步, ,發(fā)送同步碼發(fā)送同步碼, ,數(shù)據(jù)連續(xù)數(shù)據(jù)連續(xù), ,信息量大信息量大, ,速度較高速度較高 異步通信異步通信ASYNCASYNC(

2、Asynchronous Data Communication): :幀格式幀格式傳送傳送, ,信息量不大信息量不大返回本章首頁異步通信一幀字符信息的結(jié)構(gòu)異步串行通信數(shù)據(jù)格式同步字符CRC字符開始終止數(shù)據(jù)塊同步通信數(shù)據(jù)格式幀結(jié)構(gòu)8.1 概述概述串行通信從傳輸方式分為：串行通信從傳輸方式分為：串行接口有單工、半雙工和全雙工串行接口有單工、半雙工和全雙工3種種返回本章首頁8.1 概述概述RS-232C總線總線I2C-PHILIPS公司推出的公司推出的 I2C總線（總線（INTEL IC BUS）SPI-(Serial Peripheral Interface-串行外設(shè)接口串行外設(shè)接口)返回本章首頁

3、串行接口的連接的三種方法 1 三線連接 2 RS-232接口連接 3 modem方式連接 TXDRXDGND TXDRXDGND三線鏈接TXDRXDGNDTXDRXDGNDRS232電平轉(zhuǎn)換RS232電平轉(zhuǎn)換RS232接口連接 串行通信的傳送速率串行通信的傳送速率傳送速率用于描述數(shù)據(jù)傳送的快慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳送的，因此傳送速率用每秒鐘傳送格式位的數(shù)目來表示，稱之為波特率(baud rate)。每秒傳送一個(gè)格式位就是1波特，即： 1波特=1bps（位/秒） 在串行通信中，格式位的發(fā)送和接收分別由發(fā)送時(shí)鐘脈沖和接收時(shí)鐘脈沖進(jìn)行定時(shí)控制。時(shí)鐘頻率高，則波特率也高，通信速度就快；反之，

4、時(shí)鐘頻率低，則波特率也低，通信速度也慢。 起 始位D0D1D2D4D3D5D6D7X標(biāo)志停止位檢驗(yàn)位RS232C總線上傳輸?shù)漠惒酵ㄐ诺湫蛿?shù)據(jù)格式分類符號(hào)名稱引腳說明地線 機(jī)架保護(hù)地（屏蔽地）1 信號(hào)地（公共地）7 數(shù)據(jù)信號(hào)線TXD數(shù)據(jù)發(fā)送線2在無數(shù)據(jù)信息傳輸或收/發(fā)信息間隔期，RXD/TXD電平為1。輔助信道傳輸速率較主信道低。其余同RXD數(shù)據(jù)接收線3TXD輔助信道數(shù)據(jù)發(fā)送線14RXD輔助信道數(shù)據(jù)接收線16定時(shí)信號(hào)線 DCE發(fā)送信號(hào)定時(shí)15指示被傳輸?shù)拿總€(gè)bit信息的中心位置 DCE接收信號(hào)定時(shí)17 DTE發(fā)送信號(hào)定時(shí)24 控制線RTS請(qǐng)求發(fā)送4DTE發(fā)給DCECTS允許發(fā)送5DCE發(fā)給DTE

5、DSRDCE裝置就緒6 DTRDTE裝置就緒20DTE發(fā)給DCEDCD接收信號(hào)（載波）檢測8DTE收到滿足標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)時(shí)置位 振鈴指示22由DCE收到振鈴時(shí)置位 信號(hào)質(zhì)量檢測21由DCE根據(jù)數(shù)據(jù)信息是否有錯(cuò)而置位/復(fù)位 數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇23指定兩種傳輸速率中的一種RTS輔助信道請(qǐng)求發(fā)送19 CTS輔助信道允許發(fā)送13RCD輔助信道接收檢測12備用線 9未定義，保留供未定義，保留供DCE裝置測試使用裝置測試使用 10 11 18 25RS232C信號(hào)線及其在信號(hào)線及其在DB-25的針腳號(hào)的針腳號(hào)8.1 概述概述串行接口結(jié)構(gòu)圖串行接口結(jié)構(gòu)圖返回本章首頁8.2 MCS-51的串行口的串行口8.2.1

6、串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu)8.2.2 串行口的工作方式串行口的工作方式8.2.3 波特率的計(jì)算波特率的計(jì)算返回本章首頁中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求8.2.1 串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)串行接口，可提供同步或全單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)串行接口，可提供同步或全 雙工異步串行通信方式雙工異步串行通信方式.設(shè)有二個(gè)互相獨(dú)立的設(shè)有二個(gè)互相獨(dú)立的 接收接收發(fā)送緩沖器發(fā)送緩沖器,可可 分別接受和發(fā)送數(shù)據(jù)分別接受和發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器只能寫入發(fā)送緩沖器只能寫入, 接收緩沖器只能讀出接收緩沖器只能讀出兩個(gè)緩沖器可共用一兩個(gè)緩沖器可共用一 個(gè)地址碼個(gè)地址碼99H 發(fā)送：發(fā)送：MOV SBUF,A 接收：接收：

7、MOV A,SBUF中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求8.2.1 串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu)與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器有與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器有:SCON:串行口控制寄存器串行口控制寄存器SBUF :緩沖寄存器緩沖寄存器PCON:功耗控制寄存器功耗控制寄存器(D7: SMOD為波特率系數(shù)選擇位為波特率系數(shù)選擇位) 。8.2.1 串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu)1串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON (98H)，可位尋址，可位尋址SM0 SM1:確定確定4種工作方式種工作方式SM2:多機(jī)通信控制位多機(jī)通信控制位REN:允許串行接收位允許串行接收位TB8:待發(fā)送的第待發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)RB8:接受到的第接受到

8、的第9位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)TI和和RI:發(fā)送和接收中斷標(biāo)志位發(fā)送和接收中斷標(biāo)志位(注注:軟件清零軟件清零)SCON（98h）位地址SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F9E9D9C9B9A9998 D7D6D5D4D3D2D1D02特殊功能寄存器特殊功能寄存器PCON其字節(jié)地址為其字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。，沒有位尋址功能。PCON的的格式如圖格式如圖7-7所示，其中與串行接口有關(guān)的只有所示，其中與串行接口有關(guān)的只有D7位。位。PCONSMOD D7D6D5D4D3D2D1D0 返回本節(jié)8.2.2 串行口的工作方式串行口的工作方式1方式方式0 （移位寄存器方式）發(fā)送（移位寄存器方式）

9、發(fā)送/接收時(shí)序接收時(shí)序發(fā)送發(fā)送接收接收2方式方式1 （8位位UART) 發(fā)送發(fā)送/接收時(shí)序接收時(shí)序發(fā)送發(fā)送接收接收3方式方式2 （9位位UART)發(fā)送發(fā)送/接收時(shí)序接收時(shí)序發(fā)送發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)TXD端輸出，發(fā)送端輸出，發(fā)送11位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。第第9位為可程控的數(shù)據(jù)，在位為可程控的數(shù)據(jù)，在SCON的的TB8中。中。TB8由軟件值由軟件值1或清零。或清零。多機(jī)通訊，作為發(fā)送地址（多機(jī)通訊，作為發(fā)送地址（1）或數(shù)據(jù)（）或數(shù)據(jù)（0）的標(biāo)志位。）的標(biāo)志位。雙機(jī)通訊，作為奇偶校驗(yàn)位。雙機(jī)通訊，作為奇偶校驗(yàn)位。接收接收數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由RXDRXD端輸入，接收端輸入，接收1111位信息，位信息，當(dāng)接收器采樣到

10、當(dāng)接收器采樣到RXDRXD端從端從1 1到到0 0的跳變，開始接收一的跳變，開始接收一幀信息。幀信息。當(dāng)當(dāng)SM2=1SM2=1，僅接受地址信號(hào)。地址匹配，僅接受地址信號(hào)。地址匹配， SM2,- 0SM2,- 0。SM2=0SM2=0，接受數(shù)據(jù)及地址信號(hào)。，接受數(shù)據(jù)及地址信號(hào)。(RB8=1(RB8=1為地址信號(hào)，為地址信號(hào)， RB8=0RB8=0為有效數(shù)據(jù)位）為有效數(shù)據(jù)位）SCON位地址SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F9E9D9C9B9A9998 D7D6D5D4D3D2D1D04方式方式3 （9位位UART) 當(dāng)當(dāng)SM0SM1=11時(shí)，串行口工作在方式時(shí)，串行口工作在方式3。方

11、式。方式3為波特率可變的為波特率可變的9位異步通信方式，除了波特率外，位異步通信方式，除了波特率外，方式方式3和方式和方式2相同。相同。返回本節(jié)8.2.3 波特率的計(jì)算波特率的計(jì)算l串行口方式0的波特率是固定的，為系統(tǒng)時(shí)鐘的12 分頻(fosc/12)，即每個(gè)機(jī)器周期傳送一位數(shù)據(jù)位。l串行口用方式2工作時(shí)，波特率為(2SMOD/64)fosc 。 l串行口方式1和方式3用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器， 其波特率有多種選擇，與T1的溢出率有關(guān)l串行口方式1、3的波特率= (2SMOD32)T1溢出率lT1的溢出率即T1溢出時(shí)間的倒數(shù)，它與T1選擇的 功能、工作方式和預(yù)置初值等有關(guān)8.2.3 波特率

12、的計(jì)算波特率的計(jì)算l 若定時(shí)器T1設(shè)定為自動(dòng)重裝方式,T1的溢出率及串 行口波特率算式如下：l當(dāng)單片機(jī)與PC機(jī)通訊，工作于串行工作方式1，假 定波特率為9600波特，當(dāng)單片機(jī)的fOSC=11.0592MHZ， 波特率= (2SMOD32)T1溢出率， T1溢出率=(28-X)*fOSC/12lSMOD1時(shí)， X256- fOSC*2/(384*9600)= 2500FAHl將X寫入TH1和TL1時(shí)，若波特率發(fā)生器產(chǎn)生的實(shí)際傳輸率為波特率9599.84波特l波特率相對(duì)誤差=(96009599.84)/9600=0.00177%表8-3 常用的波特率及計(jì)算器初值返回本節(jié)8.3 串行口的控制串行口的

13、控制一、利用串行口擴(kuò)展一、利用串行口擴(kuò)展I/O二、二、 主從機(jī)間的通信主從機(jī)間的通信三、三、 多機(jī)通信接口多機(jī)通信接口返回本章首頁一、利用串行口擴(kuò)展一、利用串行口擴(kuò)展I/O l l 單片機(jī)串行工作方式單片機(jī)串行工作方式08位同步移位寄存器位同步移位寄存器利用利用74LS16474LS164擴(kuò)展并行口，編制程序使擴(kuò)展并行口，編制程序使L0L0L7L7以計(jì)數(shù)方式以計(jì)數(shù)方式點(diǎn)亮。點(diǎn)亮。2 2、共陰數(shù)碼管八段碼、共陰數(shù)碼管八段碼ABCDEFGPABCDEFGP分別接分別接74LS16474LS164的輸出口的輸出口Q7Q7Q0Q0，左移位顯示，左移位顯示0 09 9串并轉(zhuǎn)換，發(fā)光二極管顯示程序設(shè)計(jì)串并

14、轉(zhuǎn)換，發(fā)光二極管顯示程序設(shè)計(jì) ORG 0000H ORG 0000H LJMP MAIN LJMP MAIN ORG 000BH ORG 000BHLJMP INT_T0LJMP INT_T0MAIN: MOV SP,#53HMAIN: MOV SP,#53H MOV TMOD, #01HMOV TMOD, #01HMOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HMOVIE, #82HSETBTR0MOV R0,#30HMOV R0,#30H MOV R1,#0AH MOV R1,#0AH MOV SCON,#00H MOV SCON,#00H CLR TI CLR TINEXT: MOV A,

15、 R0NEXT: MOV A, R0 SETB P1.0 SETB P1.0 MOV SBUF,A MOV SBUF,AJNB TI $JNB TI $ CLR TI CLR TICLR P1.0CLR P1.0 INC R0 INC R0 CLR F0 CLR F0JNB F0, $ JNB F0, $ CLR F0CLR F0 LJMP NEXT LJMP NEXT END END初始化：串口方式初始化：串口方式0定時(shí)器方式定時(shí)器方式1等待等待1S串口發(fā)送數(shù)據(jù)串口發(fā)送數(shù)據(jù)查詢發(fā)送完否查詢發(fā)送完否 （TI=1 )TI=0顯示數(shù)據(jù)指針顯示數(shù)據(jù)指針+1YN1 1秒定時(shí)程序（秒定時(shí)程序（1 1秒鐘

16、秒鐘 F0-1)F0-1)INT_T0: PUSH ACCINT_T0: PUSH ACC PUSH PSW PUSH PSW CLR EA CLR EA MOV TL0,#3CH MOV TL0,#3CH MOV TH0,#0B0H MOV TH0,#0B0H DJNZ R1,EXIT DJNZ R1,EXIT MOV R1,#0AH MOV R1,#0AH SETB F0 SETB F0 EXIT: SETB EAEXIT: SETB EA POP PSW POP PSW POP ACC POP ACC RETI RETI定時(shí)定時(shí)初值初值中斷中斷允許允許串口串口方式方式0定時(shí)定時(shí)1S串行串

17、行發(fā)送發(fā)送關(guān)閉并行輸出關(guān)閉并行輸出開啟并行輸出開啟并行輸出串并轉(zhuǎn)換，串并轉(zhuǎn)換，LED顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序設(shè)計(jì) ORG 0000H ORG 0000H LJMP MAIN LJMP MAIN ORG 000BH ORG 000BH LJMP INT_T0 LJMP INT_T0 OGR 0030H OGR 0030HMAIN:MOV SP,#53HMAIN:MOV SP,#53H MOV TMOD, #01H MOV TMOD, #01H MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H MOV IE，#82H SETB TR0 MOV R0,#30H MOV R0,#30H MOV R1,

18、#0AH MOV R1,#0AH MOV SCON,#00H MOV SCON,#00H CLR TI CLR TINEXT:MOV A,R0NEXT:MOV A,R0 MOV DPTR,#CDATA MOV DPTR,#CDATA MOVC A,A+DPTR MOVC A,A+DPTR初始化：串口方式初始化：串口方式0定時(shí)器方式定時(shí)器方式1等待等待1S串口發(fā)送串口發(fā)送LED字型碼字型碼查詢發(fā)送完否查詢發(fā)送完否 （TI=1 )TI=0顯示數(shù)據(jù)指針顯示數(shù)據(jù)指針+1YN SETB SETB P1.0 MOV SBUF,A JNB TI $ CLR P1.0 CLR TI INC R0 CLR F0

19、 JNB F0, $ CLR F0CLR F0 LJMP NEXT LJMP NEXT END ENDCDATA:DB 0FCH,60HCDATA:DB 0FCH,60H DB 0DAH,0F2H DB 0DAH,0F2H DB 66H,0B6H DB 66H,0B6H DB 0BEH,0E0H DB 0BEH,0E0H DB 0FEH,0F6H DB 0FEH,0F6H (abcdefgh (abcdefgh) )二、二、 主從機(jī)間的通信主從機(jī)間的通信1雙機(jī)串行異步通信雙機(jī)串行異步通信l l 單片機(jī)與單片機(jī)間的串行異步通信接口設(shè)計(jì)單片機(jī)與單片機(jī)間的串行異步通信接口設(shè)計(jì)（如圖如圖8-148-1

20、6所示所示 ）l l 單片機(jī)與單片機(jī)與PC系列微機(jī)間的異步串行通信接口系列微機(jī)間的異步串行通信接口設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)（如圖如圖8-17所示）所示）圖8-14 兩臺(tái)8031直接通信圖8-15 兩臺(tái)8031采用RS232C總線通信圖8-16 兩臺(tái)8751互傳數(shù)據(jù)圖8-17 8031單片機(jī)和PC機(jī)通過RS232C總線通信接口圖程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)1、假定甲、乙機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，其波特率為、假定甲、乙機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，其波特率為1200。甲機(jī)將內(nèi)部。甲機(jī)將內(nèi)部RAM 40H4FH單元的內(nèi)容傳送到乙機(jī)外部單元的內(nèi)容傳送到乙機(jī)外部RAM 1000H100FH單元，請(qǐng)編程實(shí)現(xiàn)。單元，請(qǐng)編程實(shí)現(xiàn)。ORG 0000HL

21、JMPMAINORG0023HLJMPT_PGORG0030HMAIN： MOV SP, #60HMOV TMOD, #20HMOV TH1, #0F3HMOV TL1, #0F3HMOV PCON, #00HMOV SCON, #40H MOV R0, #40HMOV R1, #10HSETB EASETB ES假設(shè)假設(shè)fsoc=6MHz，串行工作方式，串行工作方式1，smod=0,則計(jì)數(shù)初值為：則計(jì)數(shù)初值為：X=256-6*106*20 / (384*1200)=256-13=FFH+1-13=0F3HSETB TR1MOV A, R0CLR TIMOV SBUF, A SJMP$T_PG

22、: DJNZ R1, NEXTCLR ESCLR TR1LJMP BACKNEXT:INCR0MOVA, R0CLR TIMOVSBUF, ABACK: RETIsmod=0 方式方式1，REN=0中斷中斷允許允許取數(shù)取數(shù)發(fā)送發(fā)送甲機(jī)發(fā)送程序：甲機(jī)發(fā)送程序：程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)1、假定甲、乙機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，其波特率為、假定甲、乙機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，其波特率為1200。甲機(jī)將內(nèi)部。甲機(jī)將內(nèi)部RAM 40H4FH單元的內(nèi)容傳送到乙機(jī)外部單元的內(nèi)容傳送到乙機(jī)外部RAM 1000H100FH單元，編程實(shí)現(xiàn)。單元，編程實(shí)現(xiàn)。ORG 0000HLJMPMAINORG0023HLJMPR_PGORG0030

23、HMAIN： MOV SP, #60HMOV TMOD, #20HMOV TH1, #0F3HMOV TL1, #0F3HMOV PCON, #00HMOV SCON, #50H MOV DPTR, #1000HMOV R1, #10HSETB EASETB ESSETB TR1CLR RISJMP$R_PG: MOVA, SBUFMOVDPTR, ACLR RIINC DPTRDJNZ R1, BACKCLR ESCLR TR1BACK: RETIsmod=0 方式方式1，REN=1中斷中斷允許允許接受接受送外存送外存乙機(jī)接受程序：乙機(jī)接受程序：8.3.2 多機(jī)通信接口多機(jī)通信接口1多機(jī)通信原理多機(jī)通信原理 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON中的中的SM2為多機(jī)通信接口控制位。為多機(jī)通信接口控制位。 RB8=1為地址信號(hào)，為地址信號(hào)， RB8=0為有效數(shù)據(jù)位為有效數(shù)據(jù)位 串行口以方式串行口以方式2或或3接收時(shí)，接收時(shí)， SM2=1，則僅當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為1時(shí)，數(shù)