單片機(jī) 第5章 串行接口

第五章1-----1wyx第五章MCS—51單片機(jī)的串行接口

MCS-51系列單片機(jī)的串行通信接口可以方便地實(shí)現(xiàn)與其他單片機(jī)之間、與PC機(jī)之間的串行通信，也可用通信接口實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、LED顯示及其他的控制。

主要內(nèi)容：

1.串行通信概述

2.MCS-51單片機(jī)串行通信接口的結(jié)構(gòu)

3.MCS-51單片機(jī)串行通信的工作原理及其工作方式

4.MCS-51單片機(jī)串行接口應(yīng)用編程重點(diǎn)：MCS-51單片機(jī)串行接口的工作原理及工作方式MCS-51單片機(jī)串行接口應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法第五章1------2wyx

第一節(jié)串行通信概述1.并行通信并行通信是指所傳送的數(shù)據(jù)各位同時(shí)進(jìn)行傳送。其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快，缺點(diǎn)是傳輸線多，通信線路費(fèi)用較高，并行傳送適用于近距離、傳送速度高的場合。2．串行通信串行通信時(shí)，傳送數(shù)據(jù)的各位按分時(shí)順序一位一位地傳送(例如先低位、后高位)。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸線少，傳送通道費(fèi)用低，故適合長距離數(shù)據(jù)傳送。缺點(diǎn)是傳送速度較低。當(dāng)通信的距離在30m以上時(shí)，應(yīng)采用串行通信方式。

一、并行通信與串行通信

第五章1------2wyx1.單工方式——通信雙方只有一條單向傳輸線，只允許數(shù)據(jù)由一方發(fā)送，另一方接收。2．半雙工方式——通信雙方只有一條雙向傳輸線，允許數(shù)據(jù)雙向傳送，但每時(shí)刻上只能有一方發(fā)送，另一方接收，這是一種能夠切換傳送方向的單工方式，3．全雙工方式——通信雙方只有兩條傳輸線，允許數(shù)據(jù)同時(shí)雙向傳送，其通信設(shè)備應(yīng)具有完全獨(dú)立的收發(fā)功能。二、串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向第五章1-----3wyx三、同步通信和異步通信為了準(zhǔn)確地發(fā)送、接收信息，發(fā)送者和接受者雙方必須協(xié)調(diào)工作。這種協(xié)調(diào)方法，從原理上可分成兩種：同步串行I/O和異步串行I/O。

1．異步通信方式異步通信方式時(shí)，數(shù)據(jù)一幀一幀地傳送，不需要同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)簡單。在異步方式中，為了避免連續(xù)傳送過程中的誤差積累，每個字符都要獨(dú)立確定起始和結(jié)束(即每個字符都要重新同步)，字符和字符間還可能有長度不定的空閑時(shí)間。

有約定的幀格式；發(fā)送與接收之間的同步是利用每一幀的起、止信號來建立的；雙方用各自的時(shí)鐘控制發(fā)送與接收2．同步通信方式

在同步通信中，在數(shù)據(jù)或字符開始傳送前用同步字符(SYNC)來指示(常約定l一2個)，由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，當(dāng)檢測到規(guī)定的同步字符后，接下來就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。同步字符是一特定的二進(jìn)制序列，在傳送的數(shù)據(jù)中不會出現(xiàn)．同步通信方式由于不采用起始和停止位，是在同步字符后可以接較大的數(shù)據(jù)區(qū)，同步字符所占部分很小，因此有較高的傳送效率。第五章1------4wyxMCS-51單片機(jī)中串行接口只可實(shí)現(xiàn)異步串行通信方式

第五章1----5wyx

四、波特率

在通信中發(fā)、接雙方有兩次約定字符格式————幀格式傳送速率————波特率

波特率是通信雙方對數(shù)據(jù)傳送速率的約定，表示每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，單位是bit/s。假如數(shù)據(jù)傳送的速率是120個字符／秒，每一個字符規(guī)定包含10個位(一個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位)，則傳送的波特率為：10×120＝1200位／秒＝1200波特(bps)每一位的傳送時(shí)間即為波特率的倒數(shù)

第五章1-----6wyx第二節(jié)MCS—51的串行通信接口

一、MCS-51串行口結(jié)構(gòu)及工作原理基本組成：兩個獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖器SBUF(一個用作接收，一個用作發(fā)送)以及發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門等組成。

用戶可訪問的三個地址單元：SBUF：兩個SBUF共用一個地址99H。發(fā)送SBUF只寫不讀，接收SBUF只讀不寫，由所用指令是發(fā)送還是接收來決定對個SBUF進(jìn)行操作；SCON：串行口控制寄存器PCON：電源控制寄存器第五章1------7wyx二、串行口控制寄存器SCON

SCON是一個可位尋址的專用寄存器，用來設(shè)定串行口的工作方式、控制串行口的接收／發(fā)送以及狀態(tài)標(biāo)志。SCON的字節(jié)地址為98H，位地址為98H～9FH。其格式如下：

1）SM0、SMl：串行口工作方式選擇位，可選擇四種工作方式SM0SM1工作方式功能波特率00方式0同步移位寄存器foc/1201方式110為異步收發(fā)

可變10方式211為異步收發(fā)foc/32或foc/6411方式311為異步收發(fā)

可變SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1TIRISM2SM2RENTB8RB82）SM2：為多機(jī)通信控制位在工作方式2和方式3中：若SM2＝1：當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置位RI;否則將接收到的數(shù)據(jù)丟棄。若SM2＝0：不論第9位數(shù)據(jù)（RB8）是否為1，都將接收到的前8位數(shù)據(jù)裝數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置位RI。在方式1中：若SM2＝1，則只有接收到有效的停止位時(shí)，才置位RI。在方式0中：必須使SM2＝0第五章1------8wyx3）REN：允許串行接收位。該位由軟件置位或清零。4）TB8:在工作方式2或方式3時(shí)，該位為發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，可按需要由軟件置位或清零。在許多通信協(xié)議中，該位常作為奇偶校驗(yàn)位。在MCS－5l多機(jī)通信中，TB8的狀態(tài)用來表示發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，TB8＝0時(shí)，為地址幀，TB8＝1時(shí)，為數(shù)據(jù)幀。

多機(jī)通信時(shí)，SM2必須置1。雙機(jī)通信時(shí)，通常使SM2＝0。第五章1-----9wyx6）TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。方式0中，串行發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其它方式中，在發(fā)送停止位開始時(shí)，由硬件置位。TI＝1時(shí)，表示幀發(fā)送結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可申請中斷。在任何方式中，TI都必須由軟件清0。

7）RI：接收中斷標(biāo)志。在方式0中，接收完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其它方式中，當(dāng)接收到停止位的中間時(shí)由硬件置位。RI＝1時(shí)，表示幀接收結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可申請中斷。RI也必須靠軟件清0。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，SCON中的所有位均為0。

注意：不管是否采用中斷控制，數(shù)據(jù)發(fā)送前必須用軟件將TI清零；接收數(shù)據(jù)后將RI清零；5）RB8：在工作方式2或方式3時(shí)，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。例如，可能是奇偶位，或?yàn)槎鄼C(jī)通信中的地址／數(shù)據(jù)標(biāo)識位。在方式0中，RB8未用。在方式1中，若SM2＝0，RB8是已接收到的停止位。

PCON的直接地址為87H，不能位尋址。

PCON中只有最高位SMOD與串行口工作有關(guān)，其余幾位用于電源的控制。PCON的格式如下：第五章1-----10wyxSMOD：串行口波特率倍增位。當(dāng)SMOD＝1時(shí)，串行口波特率加倍；復(fù)位時(shí)，SMOD＝0。

三、電源控制寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0SMOD———GF1GF0PDIDL第五章1-----11

MCS—51單片機(jī)的串行口為可編程口，可編程選擇四種工作方式，其中方式0主要用于擴(kuò)展并行輸入輸出口，方式1～方式3為異步串行通信方式。

一、方式0

非主流使用方式

第三節(jié)MCS—51串行通信接口的工作方式第五章1----14wyx

方式1下的傳送波特率是可變的．取決于定時(shí)器TI的溢出速率。二、方式1

串行口工作在方式1時(shí)，是作為10位異步通信接口，發(fā)送／接收的一幀數(shù)據(jù)包括10位：1位起始位，用0來標(biāo)識，8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位，用1來標(biāo)識。其幀格式為：第五章1----14wyx二、方式11.發(fā)送過程

當(dāng)CPU執(zhí)行任何一條寫入SBUF的指今后，便啟動串行口發(fā)送，發(fā)送的數(shù)據(jù)由TXD端輸出。串行接口能自動地在數(shù)據(jù)的前后插入一位起始位和一位停止位，在發(fā)送移位脈沖的作用下依次從TXD端發(fā)送。發(fā)送完一幀信息時(shí)，發(fā)送中斷標(biāo)志TI置1，請求中斷。第五章1----15wyx2.接收過程當(dāng)允許串行輸入位REN置1后，CPU便采樣RXD電平。無信號時(shí)RXD為1。當(dāng)檢測到從1到0的負(fù)跳變時(shí)，開始接收過程。從RXD端采樣三次，至少兩次相同的值才被確認(rèn)，以確保輸入的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢，以下兩個條件同時(shí)滿足：（1）RI＝0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，RI＝1的中斷請求已被響應(yīng)，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走；（2）SM2＝0或接收到停止位為1。則這次接收才有效，將8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF，停止位裝入RB8，井將RI置1，申請中斷。否則數(shù)據(jù)將丟失。第五章1---17wyx三、方式2和方式3

方式2和方式3的工作原理類同，唯一的區(qū)別僅在于：方式2的波特率為fosc／32或fosc／64，而方式3的波特率是可變的，取決于定時(shí)器Tl的溢出率。

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波特率的計(jì)算方式1,3的波特率是可變的。設(shè)用T1作波特率發(fā)生器：

波特率=（2SOMD/32）*T1溢出率

波特率的定義：串口每秒鐘發(fā)送（接收）的位數(shù)。

方式0和方式2是固定波特率：方式0波特率＝fosc/12