第6章 89C51的串行口(筆記)

1第6章89C51的串行口

（將單片機的數(shù)據(jù)傳到計算機中）

1內(nèi)容概要：串行口的基本工作原理與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器串行口的4種工作方式串行口多機通信的工作原理雙機串行通信的軟件編程。

89C51單片機有一個可編程全雙工的異步通信串行口。全雙工就是兩個單片機之間串行數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸。異步通信，就是收、發(fā)雙方使用各自的時鐘控制發(fā)送和接收過程，這樣可省去收、發(fā)雙方的一條同步時鐘信號線，連接簡單且易實現(xiàn)。236.1串行口的結(jié)構(gòu)6.1.1串行口通信概述6.1.289C51內(nèi)部串口結(jié)構(gòu)6.2串行口的工作方式6.2.1方式06.2.2方式16.2.3方式26.2.4方式36.3波特率的制定方法6.4串行口的應(yīng)用和編程6.4.1雙機串行通信的硬件連接6.4.2串行通信設(shè)計需要考慮的問題6.4.3雙機串行通信軟件編程第6章89C51的串行口36.1串行口的結(jié)構(gòu)（一位一位傳送數(shù)據(jù)。）串行通訊：數(shù)據(jù)的各位按時間順序依次在一根傳輸線上傳輸6.1.1

串行通信概述

RD目的TD源011010101、同步通信與異步通信 兩種基本的通信方式：

★

異步通信ASYNC

★

同步通信SYNC4（1）異步通信

兩項約定：

①字符格式

1位起始位，低電平；5-8個數(shù)據(jù)位，（如標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼。則為7位）；1個奇偶校驗位（作為檢錯用）；（只有它可有可無，其余三個必須有。）1，1.5或2個終止位（停止位），高電平。

起始位后面緊跟的是要傳送字符的最低位，每個字符的結(jié)束是一個高電平的終止位，起始位至終止位構(gòu)成一幀。相連兩個字符之間的間隔可以是任意長度的，兩個相鄰字符之間叫空閑位，為高電平。

②波特率（BaudRate）波特率是指單位時間內(nèi)傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，以位/秒為單位。<在信號源中這個定義是錯誤的>5

每個數(shù)據(jù)位的傳送時間Td即為波特率的倒數(shù)。

異步通訊常用格式：一個字符幀一幀字符位數(shù)的規(guī)定：數(shù)據(jù)位，校驗位<可選>，起始位和停止位。6例：要求每秒傳送120個字符，每幀為10位。

解：傳送的波特率為：

120×10=1200(位/秒)=1200波特每位的寬度0.83ms

數(shù)據(jù)位傳輸率=120×8（去掉起始位和終止位）=960位/秒例：若某串行異步通信接口設(shè)置為1位奇校驗位，1位終止位，7位數(shù)據(jù)位的工作方式時。寫出發(fā)送字符“9”的幀格式，并畫出數(shù)據(jù)波形圖。發(fā)送字符“9”的幀格式為：0100111011

數(shù)據(jù)波形圖為:7題解：9ASC碼：39H二進制：（39H用7位數(shù)據(jù)位表示）0111001從低到高發(fā)送：0（起始位）100111011（奇校驗位加1，終止位為高位加1）8（2）同步通信（51單片機只有異步通信）在數(shù)據(jù)塊開始處要用同步字符來指明同步傳送速度高于異步傳送速度，可工作在幾十～幾百千波特。要求有時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端及接收端之間的同步硬件電路比較復(fù)雜。9

2、串行通信的傳送方向 單工（單方向）、半雙工、全雙工三種：

（1）單工（Simplex）

僅能進行一個方向的傳送。

（2）半雙工（Half-Duplex）

交替地進行雙向數(shù)據(jù)傳送，但兩設(shè)備之間只用一根傳輸線，兩個方向的數(shù)據(jù)傳送不能同時進行。10（3）全雙工（Full-Duplex）

A、B之間有兩條傳輸線，能在兩個方向上同時進行數(shù)據(jù)傳送。

3、信號的調(diào)制與解調(diào)計算機通信傳送的是數(shù)字信號，數(shù)字信號直接進行通信，經(jīng)過傳輸線后必然會產(chǎn)生畸變。在發(fā)送端必需采用調(diào)制器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，在接收端又必需用解調(diào)器檢出發(fā)送來的模擬信號，恢復(fù)為原來的數(shù)字信號。11

4、異步收發(fā)器UART原理

（1）組成（三部分組成） “接收器”—用來把串行碼轉(zhuǎn)換為并行碼；（串入并出） “發(fā)送器”—用來把并行碼轉(zhuǎn)換為串行碼； “控制器”—用來接收CPU的控制信號，執(zhí)行CPU所要求的操作，并輸出狀態(tài)信息和控制信息。12（2）功能UART的功能是接收異步串行輸入碼并將其轉(zhuǎn)換為CPU所需要的并行碼。將CPU內(nèi)部的并行碼轉(zhuǎn)換為串行碼輸出。UART是用外部時鐘來和接收的數(shù)據(jù)進行同步的。外部時鐘的周期Tc和每個數(shù)據(jù)位的周期Td有以下關(guān)系：

Tc

=Td

/K

K=16

或64（K為波特率因子） 外部時鐘和接收數(shù)據(jù)的同步如圖所示：13

6.1.289C51內(nèi)部串口結(jié)構(gòu)一個可編程的全雙工的異步通信串行口，串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖兩個物理上獨立地接收【讀】和發(fā)送【寫】緩沖器兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節(jié)地址：

SBUF(99H）14

兩個控制寄存器：特殊功能寄存器SCON和PCON。

1、串行口控制寄存器SCON

字節(jié)地址98H，可位尋址，格式如圖所示。（1）SM0、SM1——串行口4種工作方式的選擇位SM0SM1

方式

功能說明

00

0

同步移位寄存器方式（用于擴展I/O口）

01

1

8位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器控制）

10

2

9位異步收發(fā)，波特率為fosc/64或fosc/32

11

3

9位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器控制）15（2）SM2——多機通信控制位

在方式2或方式3接收時：若SM2=1當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置“1”RI，產(chǎn)生中斷請求；當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時，則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。若SM2=0

不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，都將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中，并置“1”RI，產(chǎn)生中斷請求。

方式1時：若SM2=1，則只有收到停止位時才會激活RI（置1）。方式0時：SM2必須為0。16

（3）REN——允許串行接收位

REN=1

允許串行口接收數(shù)據(jù)。

REN=0

禁止串行口接收數(shù)據(jù)。

由軟件置“1”或清“0”。

（4）TB8——發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)

方式2和3時，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)送入TB8，該位可作為

奇偶校驗位使用，也可作為識別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。

（5）RB8——接收到的第9位數(shù)據(jù)

方式2和3時，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。

方式1時，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。

方式0，不使用RB8。17（6）TI——發(fā)送中斷標(biāo)志位

方式0時，串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時由硬件置“1”，

其它工作方式，串行口發(fā)送停止位的開始時置“1”。

TI=1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后,向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)。

TI必須由軟件清0。（7）RI——接收中斷標(biāo)志位

方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)時，RI由硬件置1。其它工作方式，串行接收到停止位時，該位置“1”。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并申請中斷。該位狀態(tài)也可軟件查詢。RI必須由軟件清“0”。18

SMOD：波特率選擇位。

例：方式1的波特率的計算公式為：

方式1波特率=（2SMOD/32）×定時器T1的溢出率（公式很重要）也稱SMOD位為波特率倍增位。2、特殊功能寄存器PCON

字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。

196.2串行口的工作方式

6.2.1方式0串行口作同步移位寄存器用，串行數(shù)據(jù)通過RXD引腳輸入/輸出，TXD輸出移位時鐘；發(fā)送和接受不能同時進行；發(fā)送或接受均為8位數(shù)據(jù)，最低有效位在前，不設(shè)起始位和停止位；波特率固定為fosc/12。常用于外接移位寄存器，以擴展并行I/O口。幀格式如下：

1、方式0發(fā)送

CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入SBUF的指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口即把SBUF中的8位數(shù)據(jù)以fosc/12的固定波特率從RXD

引腳串行輸出，低位在先。20

TXD（發(fā)送時鐘）引腳輸出同步移位脈沖，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中斷標(biāo)志位TI。時序如圖所示。21

2、方式0接收REN=1，允許接收數(shù)據(jù)。向串口的SCON寫入控制字（置為方式0，并置“1”REN位，同時RI=0）時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口開始接收數(shù)據(jù)。接收器以fosc/12的固定波特率采樣RXD引腳的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)收到8位數(shù)據(jù)時置“1”RI。表示一幀數(shù)據(jù)接收完。TXD為移位脈沖信號輸出端。REN=0，禁止接收時序如下：22方式0下，SCON中的TB8、RB8位沒有用到

發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)由硬件置“1”TI或RI，CPU響應(yīng)中斷。TI或RI須由用戶軟件清“0”，可用如下指令：

CLRTI ；TI位清“0” CLRRI ；RI位清“0”方式0時，SM2位必須為0。幾點說明：23

6.2.2方式1（必考）

設(shè)置

SM0、SM1=01，為方式1的雙機串行通信方式，一幀數(shù)據(jù)為10位:1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位。

方式1波特率=（2smod/32）×定時器T1的溢出率幀格式如圖

：TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)P3.0P3.0P3.1P3.124

1、方式1發(fā)送

方式1輸出，數(shù)據(jù)由TXD輸出，當(dāng)執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫發(fā)送緩沖器SBUF的指令，就啟動發(fā)送。

發(fā)送開始時，內(nèi)部發(fā)送控制信號變?yōu)橛行?。將起始位向TXD輸出，此后，每經(jīng)過一個TX時鐘周期，便產(chǎn)生一個移位脈沖，并由TXD輸出一個數(shù)據(jù)位,TX時鐘是發(fā)送的波特率。8位數(shù)據(jù)位全部發(fā)送完畢后，（硬件）置“1”TI。方式1發(fā)送數(shù)據(jù)的時序，如圖所示。252、方式1接收數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當(dāng)檢測到起始位的負跳變時，開始接收數(shù)據(jù)。啟動檢測器，以RX時鐘頻率（波特率）的16倍速率采樣RXD腳狀態(tài)（1位RX時鐘脈沖期間，有16個采樣脈沖），接收的值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖時采樣）中至少兩次相同的值。一幀數(shù)據(jù)接收完，須同時滿足兩個條件，接收才真正有效。⑴RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走，“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或收到的停止位=1（方式1時，停止位已進入RB8

）。26收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8（RB8裝入停止位），且置中斷標(biāo)志RI“1”。若這兩個條件不同時滿足，收到的數(shù)據(jù)將丟失。三次取樣27方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc

6.2.3方式29位異步通信接口。一幀數(shù)據(jù)均為11位：1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位，1位可程控的第9位數(shù)據(jù)和1位停止位。如圖：1．方式2發(fā)送發(fā)送前，根據(jù)通訊協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（例如，雙機通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址/數(shù)據(jù)的標(biāo)志位）。波形如圖：28

例7-1：方式2發(fā)送在雙機通訊中的應(yīng)用。雙機通訊中發(fā)送中斷服務(wù)程序，以TB8作為偶校驗位，處理方法為數(shù)據(jù)寫入SBUF之前，先將數(shù)據(jù)的奇偶校驗位寫入TB8，以保證采用偶校驗發(fā)送。PIPTI：PUSH PSWPUSH Acc

SETB RS1CLR RS0

CLR TIMOV A，@R0MOV C,P

MOV TB8，CMOV SBUF，A

INCR0

POPAcc

POPPSW

RETI

現(xiàn)場保護現(xiàn)場恢復(fù)奇偶校驗位292．方式2接收

SM0、SM1=10，且REN=1。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當(dāng)位檢測到RXD從1到0的負跳變，并判斷起始位有效后，開始收一幀信息。在接收器完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足兩個條件，才將接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF（接收緩沖器），第9位數(shù)據(jù)送入RB8，并置RI為“1”。方式230

（1）RI=0，意味著接收緩沖器為空。（2）SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB8=1時。若不滿足兩個條件，接收的信息將被丟棄。方式2接收數(shù)據(jù)的時序如圖所示。

例7-2：方式2接收在雙機通訊中的應(yīng)用。（考）與例1相對應(yīng)。若第9位數(shù)據(jù)為偶校驗位，在接收程序中作偶校驗處理，設(shè)1組寄存器區(qū)的R0為數(shù)據(jù)緩沖器指針。31PIRI: PUSHPSW PUSHAcc SETBRS0 CLRRS1 CLRRI MOVA,SBUF MOVC,P JNCL1（C為1執(zhí)行） JNBRB8,ERP（C為0執(zhí)行）

AJMPL2L1: JBRB8,ERP L2: MOV@R0,A

INCR0 POPAcc POPPSW AJMPL2ERP:

………

；出錯處理程序段

………

RETIC是A的偶校驗結(jié)果32

方式3波特率

=

（2smod/32

）

定時器T1的溢出率6.2.4方式3

SM0、SM1=11，串口為方式3。波特率可變的9位異步通訊方式，除波特率外，方式3和方式2相同。336.3波特率的設(shè)置串行通信中收、發(fā)雙方發(fā)送或接收的波特率必須一致。方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可變的，由T1溢出率確定。定時器的不同工作方式，得到的波特率的范圍不一樣。1、方式0和方式2的波特率（1）方式0時，波特率固定為時鐘頻率fosc的1/12，不受SMOD位值的影響。若fosc

=

12MHz，波特率為1Mbit/s。（2）方式2時，波特率僅與SMOD位的值有關(guān)。方式2波特率

=

fosc

34若fosc

=

12MHz：

SMOD

=

0，波特率

=

187.5kbit/s；

SMOD

=

1，波特率

為375kbit/s。342、方式1和方式3的波特率

波特率

=

定時器T1的溢出率

（1）

T1溢出率和SMOD的值共同決定波特率。實際設(shè)定波特率時，T1常設(shè)置為方式2定時（自動裝初值）?？杀苊庖蜍浖匮b初值帶來的定時誤差。設(shè)定時器T1方式2的初值為X，則有:定時器T1的溢出率

=

（2）35將式2代入式1則有：

波特率

=

（3）3536波

特

率foscSMOD位（定時器）方式

初值X62.5kbit/s12MHz12FFH19.2kbit/s11.0592MHz（記）12FDH9.6kbit/s（最常用）11.0592MHz02FDH4.8kbit/s11.0592MHz02FAH2.4kbit/s11.0592MHz02F4H1.2kbit/s11.0592MHz02E8H由上式可見，波特率隨fosc、SMOD和初值X而變化。根據(jù)已知波特率和時鐘頻率fosc來計算T1的初值X。實際使用時，預(yù)先根據(jù)常用的波特率計算初值X列成下表，以供查用。36對上表有兩點需要注意：（1）在使用的時鐘振蕩頻率fosc為12MHz或6MHz時，將初值X和fosc帶入式3中計算出的波特率有一定誤差。消除誤差可采用時鐘頻率11.0592MHz。（2）如果選用很低的波特率，如波特率選為55，可將定時器T1設(shè)置為方式1定時。但在這種情況下，T1溢出時，需在中斷服務(wù)程序中重新裝入初值。中斷響應(yīng)時間和執(zhí)行指令時間會使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的方法加以調(diào)整。3737例7-3:

若時鐘頻率為11.0592MHz，選用T1的方式2定時作為波特率發(fā)生器，波特率為2

400bit/s，求初值。設(shè)T1為方式2定時，選SMOD

=

0。將已知條件帶入式3中

波特率

=

=

2400從中解得X

=

244

=

F4H。把F4H裝入TH1和TL1，則T1產(chǎn)生的波特率為2400bit/s。該結(jié)果也可直接從上表中查到。這里時鐘振蕩頻率選為11.0592MHz，就可使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。38386.4串行口的應(yīng)用和編程

利用串行口可實現(xiàn)單片機間的點對點串行通信、多機通信以及單片機與PC機間的單機或多機通信。本節(jié)僅介紹單片機間的雙機串行通信的接口和軟件設(shè)計。

6.4.1雙機串行通信的硬件連接

AT89C51串行口的輸入、輸出均為TTL電平。

抗干擾性差，傳輸距離短，傳輸速率低。

采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。

1．TTL電平通信接口

兩個單片機相距在1.5m之內(nèi)，它們的串行口可直接相連，甲機RXD與乙機TXD端相連，乙機RXD與甲機TXD端相連。3939

2．RS-232C雙機通信接口

如果雙機通信距離在1.5～15m之間時，可用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)點對點的雙機通信，接口如圖所示。MAX232A（芯片型號）是美國MAXIM（美信）公司生產(chǎn)的RS-232C雙工發(fā)送器/接收器電路芯片。40P3.1P3.0P3.0P3.140

（記）RS-232C雙機通信接口電路416.4.2串行通信設(shè)計需要考慮的問題（1）確定通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率。（2）由數(shù)據(jù)傳輸速率確定采用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。（3）在通信接口標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)確定通信的波特率。為減小波特率的誤差，通常選用11.0592MHz的晶振頻率。（4）根據(jù)任務(wù)需要，確定收發(fā)雙方使用的通信協(xié)議。（5）通信線的選擇，通信線一般選用雙絞線較好，并根據(jù)傳輸?shù)木嚯x選擇纖芯的直徑。如果空間的干擾較多，還要選